_cidos E Bases
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE QUÍMICA QUÍMICA INORGÂNICA II Exercícios de Ácidos e Bases 1) Identifique as bases conjugadas correspondentes aos seguintes ácidos: [Co(NH3)5(OH2) ] +3 , HSO4-2, CH3OH, CH3OH, H2PO4-, Si(OH)4 e HS-. 2) Identifique os ácidos conjugados correspondentes as seguintes bases: [Co(CO)4 ]-1, C5H5N (piridina), HPO4-2, O-2, CH3COOH e CN-. 3) Coloque as bases HS-, F-, I- e NH2- em ordem crescente de afinidade com o próton. 4) Qual dos seguintes pares é o ácido mais forte? Justifique sua resposta. a) [Fe(OH2)6 ]+3 ou [Fe(OH2)6 ]+2, b) [ Al(OH2)6 ]+3 ou [ Ga(OH2)6 ]+3, c) Si(OH)4 ou Ge(OH)4, d) HClO3 ou HClO4 e) H2CrO4 ou HMnO4 f) H3PO4 ou H2SO4.. 5) Organize os ácidos HSO4-, H4SiO4,CH3GeH3, NH3, HSO3F em ordem crescente de força ácida. 6) Os íons Ag+ e Na+ têm raios similares. Qual íon aquoso é o ácido mais forte? Por que? 7) Para cada um dos seguintes processos, identifique os ácidos e as bases envolvidos e caracterize os processos como a formação de complexo ou deslocamento ácido-base. Identifique as espécies que apresentam acidez de Bronsted e também acidez de Lewis. a) SO3 + H2O → HSO4- + H+ b) CH3[ B12] + Hg+2 → [ B12]+ + CH3Hg+ Obs: [ B12] designa o macrocíclico de Co, ou seja a vitamina B 12. + c) KCl + SnCl2 → K + [ SnCl3] d) AsF3(g) + SbF5 (l) → [AsF2]+ [SbF6]-(s) e) Etanol dissolve-se em piridina para produzir uma solução não condutora. 8) Escreva as equações balanceadas para a equação principal que ocorre quando a) H3PO4 e Na2HPO4 b) CO2 e CaCO3 são misturados em meio aquoso. 9) Organize os óxidos Al2O3 , B2O3, BaO, CO2, Cl2O7 e SO3 a partir do mais ácido, passando pelo anfótero e ao mais básico. 10) Selecione o composto em cada linha dos itens a e b com a característica mencionada e explique a razão da sua escolha: a) O ácido de Lewis mais forte: b) O mais básico para o B(CH3): BF3 BCl3 BBr3 Me3N Et3N BeCl2 BCl3 2 - CH3C5H4N 4 - CH3C5H4N B(n-Bu)3 B(t-Bu)3 11) Aplicando os conceitos de “duro mole” responda, qual das seguintes reações deverá apresentar uma constante de equilíbrio maior que 1? Até orientação em contrário, considere a fase gasosa ou a solução de hidrocarboneto a 25°C.
a) R3PBr3
+ R3NBF3 ↔ R3PBF3
+ R3NBBr3
b) SO2 + (C6H5)3PHOC(CH3) ↔ (C6H5)3PSO2 c) CH3HgI d) [AgCl2]-(aq)
+
HCl
↔
+ 2 CN-(aq)
CH3HgCl ↔
+
HOC(CH3)3
+ HI
[Ag(CN)2]-(aq) + 2 Cl-
12) A molécula (CH3)2N – PF2 tem dois átomos básicos, P e N. Um está ligado a B no complexo com BH2, o outro ao B no complexo com BF3. Identifique cada um e justifique. 13) As entalpias da reação de trimetilboro com NH3 , CH3NH2, (CH3)2NH e (CH3)3N são -58, -74, -81 e -74kJmol-1, respectivamente. Por que a trimetilamina está fora da faixa? 14) Com a ajuda de uma tabela de E e de C, discuta a basicidade relativa em: a) acetona e dimetilsulfóxido, b) dimetilsulfeto e dimetilsulfóxido. Comente sobre a possível ambigüidade do DMSO. Dados: E→ DMSO=2,40; Acetona= 1,74; Dimetilsulfeto= 0,25 C→ DMSO=1,47; Acetona= 1,26; Dimetilsulfeto= 3,75 15) Forneça a equação para a dissolução do vidro de SiO2 pelo HF e interprete a reação a partir dos conceitos de ácidos e bases de Lewis e de Bronsted. 16) O sulfeto de alumínio,Al2S3, emite um odor característico de sulfeto de hidrogênio quando se torna úmido. Escreva a equação química balanceada para a reação e discuta, considerando os conceitos de ácidos e bases. 17) Discuta as propriedades que: a) favoreceriam o deslocamento do Cl- pelo I- de um centro ácido; b) favoreceria a basicidade do R3As em relação ao R3N; c) favoreceria a acidez do Ag+ em relação ao Al+3; d) promoveria a reação 2FeCl3 + ZnCl2 → Zn+2 + 2[ FeCl4]-. Em cada caso, surgira um solvente específico que possa ser adequado. 18) Recorra aos conceitos de ácidos e bases para comentar o fato de que o único minério importante de mercúrio é o cinabre, HgS, enquanto que o zinco ocorre na natureza como sulfetos, silicatos, carbonatos e óxidos. 19) Escreva as equações ácido base de Bronsted balanceadas para a dissolução dos seguintes compostos em fluoreto de hidrogênio líquido: a) CH3CH2OH; b) NH3 ; c) C6H5COOH. 20) A dissolução dos silicatos em HF é uma reação ácido-base de Lewis, uma reação ácidobase de Bronsted, ou ambas? 21) Considere a reação formando silicatos a partir de carbonatos: nCaCO3(s) + n SiO2(s) → [ CaSiO3]n + n CO2(g) Identifique o ácido mais forte entre SiO2 e CO2. 22) Os minérios de titânio, tântalo e nióbio podem ser dissolvidos quando a temperatura atinge aproximadamente 800°C, com uso de dissulfato de sódio. Uma versão simplificada da reação é: TiO2 + Na2S2O7 → Na2SO4 + TiO(SO4) Identifique os ácidos e as bases.
Problemas 1) Em química analítica, um truque padrão para melhorar a detecção do ponto estequiométrico em titulações de bases fracas com ácidos fortes é usar o ácido acético como solvente. Explique o fundamento dessa abordagem. 2) O hidroxoácido Si(OH)4 é mais fraco que o H2CO3. Escreva as equações balanceadas para mostrar como a dissolução de um sólido M2SiO4 pode permitir a redução da pressão de CO 2 em uma solução aquosa. Explique porque os silicatos em sedimentos de oceano podem limitar o aumento de CO2 na atmosfera. 3) A precipitação do Fe(OH)3 é usada para clarear águas com dejetos, porque o oxido hidróxido gelatinoso é muito eficiente na co-precipitação de alguns contaminantes e trapeamento de outros. A constante de solubilidade do Fe(OH)3 é Kps= [Fe+3][OH-]3 = 10-38. Desde que a constante de autoprotólise da água une o [H3O+] ao [OH-] por Kw = [H3O+] . [OH-] = 10-14, podemos re-escrever a constante de solubilidade por substituição como [Fe+3] / [H+]3. a) Balanceie a equação química para a precipitação do Fe(OH)3 quando Nitrato de Ferro (III) é adicionado à água. b) Se 6,6 kg de Fe(NO3)3.9H2O é adicionado a 100L de água, qual é o pH final da solução e a concentração molar de Fe+3(aq), desprezando as outras formas de Fe(III) dissolvido? Dê as formulas para as duas espécies mais importantes de Fe(III) que foram desprezadas neste calculo. 4) Uma solução eletricamente condutora é produzida quando AlCl3 está dissolvido no solvente sua formação, aplicando os conceitos de ácido e base de Lewis. 5) O ânion complexo [FeCl4]- é amarelo, enquanto o [Fe2Cl6] é avermelhado. A dissolução de 0,1 mol de FeCl3(s) em 1 L de POCl3 ou PO(OR)3 produz uma solução avermelhada que se torna amarela com a diluição. As titulações das soluções vermelhas em POCl3 com soluções de Et2NCl permitem a mudança de cor abrupta (do vermelho para o amarelo) a cloretos formam adutos com ácidos típicos de Lewis via coordenação do oxigênio. Compare as duas séries seguintes de reação como possíveis explicações para as observações; a) Fe2Cl6 + 2POCl3 ↔ 2[FeCl4]- + 2 [POCl2]+ [POCl2]+ + Et2NCl ↔ Et2 N+ + POCl3 b) Fe2Cl6 + 4POCl3 ↔ [FeCl2 (OPCl3)4]+ + [FeCl4]Ambos os equilíbrios deslocam-se para os produtos pela diluição. 6) Na reação de brometo de t-butila com Ba(NCS)2, o produto é 91% s ligado ao t-butil-SCN. Entretanto, se Ba(NCS)2 é impregnado no sólido CaF2, o rendimento é maior e o produto passa a ser 99% t-butil-NCS. Discuta o efeito do suporte do sal se metal alcalino terroso na dureza do nucleófilo ambidentado SCN-. 7) Ordene os seguintes cátions considerando o aumento da acidez de Bronsted em água: Sr+2, Ba+2 e Hg+2.. 8) Desenhe as estruturas dos ácidos clórico e cloroso e prediga seus valores de pKa usando as regras de Pauling. 9) A piridina forma um complexo ácido-base de Lewis mais forte com SO3 do que com o SO2. Entretanto, a piridina forma um complexo mais fraco com o SF6 do que com o SF4. Explique a diferença. 10) (Proponha qual das duas soluções de a), b) e c) tem o menor pH: a) Fe(ClO4)2 0,1 mol/L ou Fe(ClO4)3 0,1 mol/L b) Ca(NO3)2 0,1 mol/L ou Mg(NO3)2 0,1 mol/L c) Hg(NO3)2 0,1 mol/L ou Zn(NO3)2 0,1 mol/L. 11) Considere três óxidos de manganês MnO, MnO2 e Mn2O7. Um deles é ácido, um deles é básico e o outro anfótero. Identifique cada um.
a) R3PBr3
+ R3NBF3 ↔ R3PBF3
+ R3NBBr3
b) SO2 + (C6H5)3PHOC(CH3) ↔ (C6H5)3PSO2 c) CH3HgI d) [AgCl2]-(aq)
+
HCl
↔
+ 2 CN-(aq)
CH3HgCl ↔
+
HOC(CH3)3
+ HI
[Ag(CN)2]-(aq) + 2 Cl-
12) A molécula (CH3)2N – PF2 tem dois átomos básicos, P e N. Um está ligado a B no complexo com BH2, o outro ao B no complexo com BF3. Identifique cada um e justifique. 13) As entalpias da reação de trimetilboro com NH3 , CH3NH2, (CH3)2NH e (CH3)3N são -58, -74, -81 e -74kJmol-1, respectivamente. Por que a trimetilamina está fora da faixa? 14) Com a ajuda de uma tabela de E e de C, discuta a basicidade relativa em: a) acetona e dimetilsulfóxido, b) dimetilsulfeto e dimetilsulfóxido. Comente sobre a possível ambigüidade do DMSO. Dados: E→ DMSO=2,40; Acetona= 1,74; Dimetilsulfeto= 0,25 C→ DMSO=1,47; Acetona= 1,26; Dimetilsulfeto= 3,75 15) Forneça a equação para a dissolução do vidro de SiO2 pelo HF e interprete a reação a partir dos conceitos de ácidos e bases de Lewis e de Bronsted. 16) O sulfeto de alumínio,Al2S3, emite um odor característico de sulfeto de hidrogênio quando se torna úmido. Escreva a equação química balanceada para a reação e discuta, considerando os conceitos de ácidos e bases. 17) Discuta as propriedades que: a) favoreceriam o deslocamento do Cl- pelo I- de um centro ácido; b) favoreceria a basicidade do R3As em relação ao R3N; c) favoreceria a acidez do Ag+ em relação ao Al+3; d) promoveria a reação 2FeCl3 + ZnCl2 → Zn+2 + 2[ FeCl4]-. Em cada caso, surgira um solvente específico que possa ser adequado. 18) Recorra aos conceitos de ácidos e bases para comentar o fato de que o único minério importante de mercúrio é o cinabre, HgS, enquanto que o zinco ocorre na natureza como sulfetos, silicatos, carbonatos e óxidos. 19) Escreva as equações ácido base de Bronsted balanceadas para a dissolução dos seguintes compostos em fluoreto de hidrogênio líquido: a) CH3CH2OH; b) NH3 ; c) C6H5COOH. 20) A dissolução dos silicatos em HF é uma reação ácido-base de Lewis, uma reação ácidobase de Bronsted, ou ambas? 21) Considere a reação formando silicatos a partir de carbonatos: nCaCO3(s) + n SiO2(s) → [ CaSiO3]n + n CO2(g) Identifique o ácido mais forte entre SiO2 e CO2. 22) Os minérios de titânio, tântalo e nióbio podem ser dissolvidos quando a temperatura atinge aproximadamente 800°C, com uso de dissulfato de sódio. Uma versão simplificada da reação é: TiO2 + Na2S2O7 → Na2SO4 + TiO(SO4) Identifique os ácidos e as bases.
Problemas 1) Em química analítica, um truque padrão para melhorar a detecção do ponto estequiométrico em titulações de bases fracas com ácidos fortes é usar o ácido acético como solvente. Explique o fundamento dessa abordagem. 2) O hidroxoácido Si(OH)4 é mais fraco que o H2CO3. Escreva as equações balanceadas para mostrar como a dissolução de um sólido M2SiO4 pode permitir a redução da pressão de CO 2 em uma solução aquosa. Explique porque os silicatos em sedimentos de oceano podem limitar o aumento de CO2 na atmosfera. 3) A precipitação do Fe(OH)3 é usada para clarear águas com dejetos, porque o oxido hidróxido gelatinoso é muito eficiente na co-precipitação de alguns contaminantes e trapeamento de outros. A constante de solubilidade do Fe(OH)3 é Kps= [Fe+3][OH-]3 = 10-38. Desde que a constante de autoprotólise da água une o [H3O+] ao [OH-] por Kw = [H3O+] . [OH-] = 10-14, podemos re-escrever a constante de solubilidade por substituição como [Fe+3] / [H+]3. a) Balanceie a equação química para a precipitação do Fe(OH)3 quando Nitrato de Ferro (III) é adicionado à água. b) Se 6,6 kg de Fe(NO3)3.9H2O é adicionado a 100L de água, qual é o pH final da solução e a concentração molar de Fe+3(aq), desprezando as outras formas de Fe(III) dissolvido? Dê as formulas para as duas espécies mais importantes de Fe(III) que foram desprezadas neste calculo. 4) Uma solução eletricamente condutora é produzida quando AlCl3 está dissolvido no solvente sua formação, aplicando os conceitos de ácido e base de Lewis. 5) O ânion complexo [FeCl4]- é amarelo, enquanto o [Fe2Cl6] é avermelhado. A dissolução de 0,1 mol de FeCl3(s) em 1 L de POCl3 ou PO(OR)3 produz uma solução avermelhada que se torna amarela com a diluição. As titulações das soluções vermelhas em POCl3 com soluções de Et2NCl permitem a mudança de cor abrupta (do vermelho para o amarelo) a cloretos formam adutos com ácidos típicos de Lewis via coordenação do oxigênio. Compare as duas séries seguintes de reação como possíveis explicações para as observações; a) Fe2Cl6 + 2POCl3 ↔ 2[FeCl4]- + 2 [POCl2]+ [POCl2]+ + Et2NCl ↔ Et2 N+ + POCl3 b) Fe2Cl6 + 4POCl3 ↔ [FeCl2 (OPCl3)4]+ + [FeCl4]Ambos os equilíbrios deslocam-se para os produtos pela diluição. 6) Na reação de brometo de t-butila com Ba(NCS)2, o produto é 91% s ligado ao t-butil-SCN. Entretanto, se Ba(NCS)2 é impregnado no sólido CaF2, o rendimento é maior e o produto passa a ser 99% t-butil-NCS. Discuta o efeito do suporte do sal se metal alcalino terroso na dureza do nucleófilo ambidentado SCN-. 7) Ordene os seguintes cátions considerando o aumento da acidez de Bronsted em água: Sr+2, Ba+2 e Hg+2.. 8) Desenhe as estruturas dos ácidos clórico e cloroso e prediga seus valores de pKa usando as regras de Pauling. 9) A piridina forma um complexo ácido-base de Lewis mais forte com SO3 do que com o SO2. Entretanto, a piridina forma um complexo mais fraco com o SF6 do que com o SF4. Explique a diferença. 10) (Proponha qual das duas soluções de a), b) e c) tem o menor pH: a) Fe(ClO4)2 0,1 mol/L ou Fe(ClO4)3 0,1 mol/L b) Ca(NO3)2 0,1 mol/L ou Mg(NO3)2 0,1 mol/L c) Hg(NO3)2 0,1 mol/L ou Zn(NO3)2 0,1 mol/L. 11) Considere três óxidos de manganês MnO, MnO2 e Mn2O7. Um deles é ácido, um deles é básico e o outro anfótero. Identifique cada um.
