Mistura de solução com reação química

A mistura de soluções é realizada para aumentar ou diminuir a quantidade de solvente presente em uma mistura, para obtermos uma concentração da solução. Nesta aula, vamos entender como ocorre uma mistura de solução com reação química.

Quando duas ou mais soluções formadas por solutos diferentes reagem entre si, originando novas substâncias, teremos uma mistura de solução com reação química.

Uma reação química pode ocorrer quando temos duas soluções formadas por solutos diferentes formados por cátions e ânions diferentes entre si. Pode ocorrer também a presença de solutos diferentes que apresentam elementos em comum, o chamado íon comum. Todavia, nesse último caso a reação entre eles não ocorrerá. Sendo assim, nesse caso, calculamos cada concentração separadamente.

Como identificar a reação química que ocorre entre os solutos diferentes?

Primeiramente, devemos escrever a equação química da reação. Além disso, é importante saber que estes cálculos serão trabalhados com proporções. Ou seja, devemos estabelecer uma proporção estequiométrica, através do balanceamento da equação química.

Em seguida, devemos determinar a concentração em quantidade de matéria e verificar a existência ou não na equação, de reagente em excesso.

Assim, podemos identificar na mistura da solução dois solutos que se apresentam nas quantidades exatas para reagir entre si. Com isso, reagem totalmente.

Além disso, podemos observar a presença de dois solutos que se apresentam em quantidades diferentes para reagirem entre si. Sendo assim, nesse caso haverá sobra de um deles, sendo este soluto considerado o reagente em excesso. Inclusive, conforme já estudado anteriormente, o reagente em excesso não é utilizado para se realizar os cálculos da reação química (apenas o reagente limitante é empregado).

Essas misturas ocorrem em vários tipos de reações químicas. Alguns exemplos são as que se realizam entre ácidos e bases, bases e sais, sais e ácidos, etc.

Titulação – uma mistura de solução com reação química

A mistura mais utilizada na química é a que ocorre entre ácidos e bases, sendo chamada de titulação. A titulação é um método para determinar a concentração de uma solução desconhecida através de uma solução conhecida. Para que possamos fazer uma titulação, devemos ter uma bureta, que é usada para medir volumes. Nela, se encontra a solução padrão, chamada de titulante, de volume e de concentração conhecidos.

Além disso, usamos um erlenmeyer, onde se encontra a solução problema, chamada de titulado. Não sabemos qual é a sua concentração. No titulado, se encontra o indicador ácido/base, responsável para indicar quando a reação termina. Isso ocorre quando há mudança de cor da solução, devido a presença da fenolftaleína, que representa o indicador. A fenolftaleína permanece incolor quando o meio é ácido, e se torna rosa quando o meio é básico.

mistura de solução com reação química - figura 1

Pela figura acima podemos observar que tanto o ácido ou a base podem estar cada um na bureta ou no erlenmeyer separadamente. Quando a coloração no erlenmeyer se altera completamente, devido à variação de ph da solução, devemos fechar a torneira presente na bureta. Em seguida, devemos verificar o volume que foi gasto para neutralizar o que estava no erlenmeyer.

Em seguida, coletamos o volume de titulante gasto para descobrir a concentração do titulado. Esse momento é denominado de ponto de equivalência, quando a quantidade da solução titulante é igual à quantidade da solução a ser titulada. Ou seja, é o fim da titulação.

Dependendo da substância que se encontra no erlenmeyer, teremos uma coloração específica. Se for ácido, incolor. Se for uma base, rosa. No ponto de equivalência, o número de mols do ácido é igual ao número de mols da base. Sendo assim, a partir desse enunciado podemos calcular a concentração do titulado.

Cálculo da concentração do titulado

O número de mols é representado pela seguinte fórmula: n=  M x V, assim, temos que:

nácido = nbase

Mácido x Vácido = Mbase x Vbase

Primeiramente, devemos observar a proporção entre o número de hidrogênios do ácido e o número de hidroxilas da base. Quando ambos apresentarem as mesmas quantidades de íons H+ e íons OH- utilizaremos a fórmula acima.

Quando, em uma titulação, tivermos ácido e base com números de hidrogênios e de hidroxilas diferentes, devemos multiplicar cada número de mols pelo índice de hidrogênios do ácido e pelo índice de hidroxilas da base. Dessa forma, a fórmula fica representada por:

H+ (quantidade de hidrogênios do ácido)  x nácido =  OH(quantidade de hidroxilas da base) x nbase

Agora, vamos ver um exemplo de exercício para compreender melhor como ocorre uma mistura de solução com reação química

Na bureta, temos uma solução de H2SO4, de volume 10 ml e concentração molar igual a 0,1 mol/L. No erlenmeyer, temos uma solução de NaOH com volume de 20 ml e desejamos saber sua concentração.

Resolução:

Primeiramente, percebemos que temos 2H+ e 1OH-. Assim, devemos usar a seguinte fórmula no ponto de equivalência:

H+(quantidade de hidrogênios do ácido) x  nácido  =  OH(quantidade de hidroxilas da base) x  nbase

H+(x2)  x Mácido x Vácido =  OH-(x1) x Mbase x Vbase

2 x 0,1 x 10 = 1 x Mbase x 20

Mbase = 0,1 mol/L

Em seguida, vamos fazer um exercício para ver se entendemos os conceitos acima.

1. Adiciona-se 50 ml de uma solução de Hg(NO3)2 a 0,4 mol/L a 100 ml de uma solução de Na2S a 0,2 mol/L. Determinar a concentração do nitrato de sódio.

Primeiramente, devemos escrever a equação química descrita acima:

Hg(NO3)2   +  Na2S   →   NaNO3  +  HgS

Em seguida, devemos fazer o balanceamento da equação química:

  • Temos 1 átomo de Hg antes da seta, o mesmo ocorre depois da seta. Então o elemento mercúrio está balanceado.
  • Temos 2 átomos de Na antes da seta, e após a seta, temos apenas 1 átomo de sódio. Então, devemos balancear, ou seja, devemos acrescentar o número 2 na frente da substância NaNO3. Lembrando que o número na frente da substância deverá ser multiplicado por todos os seus componentes, assim, temos: 2 átomos de Na, 2 átomos de N e 6 átomos de O. Então vamos fazer o balanceamento:

Hg(NO3)2  +  Na2S  →  2 NaNO3  + HgS

  • Observamos que antes da seta temos 1 átomo de S, o mesmo ocorre depois da seta, então o enxofre está balanceado.
  • Observamos também que antes da seta temos 2 átomos de N, e após a seta também temos 2 átomos de nitrogênio; antes da seta temos 6 átomos de O e após a seta também temos a mesma quantidade de átomos de oxigênio.

Sendo assim, verificamos que a proporção estequiométrica de nossa equação é: 1:1:2:1, onde:

Hg(NO3)    +   Na2S  →    2 NaNO +   HgS
1 mol 1 mol 3 mol
0,4 mol/L 0,2 mol/L ?
50 ml 100 ml 150 ml
0,02 mol 0,02 mol 0,04 mol

Dessa forma, colocamos embaixo de cada soluto as informações retiradas do enunciado e dos cálculos realizados.

Depois,vamos agora calcular o número de mols das 2 soluções:

Hg(NO3)2:

0,4 mol   ______  1000 ml

x        _______     50 ml

1000 x = 0,4 x 50

X = 0,02 mol.

Na2S:

0,2 mol _______  1000 ml

x        ________  100 ml

1000 x = 0,2 x 100

Ou seja, também temos como resultado 0,02 mol.

Com isso, observamos que as quantidades de solutos estão equilibradas. Ou seja, estão proporcionais após a reação entre eles, não sobra nenhum dos 2 solutos.

Em seguida, vamos calcular o número de mols do NaNO3. Pela proporção estequiométrica, observamos que: para cada 1 mol de Hg(NO3)2 e Na2S, temos 2 mol de NaNO3, com isso temos: 2 x 0,02 = 0,04 mol de NaNO3.

Por fim, vamos calcular a concentração em quantidade de matéria do NaNO3 usando a seguinte fórmula:

Portanto, temos 0,266 mol/L de NaNO3.

Observação: devemos transformar o nosso volume total em litros: 150/1000 = 0,15 L.

Muito difícil? Vamos fazer mais um exercício?

2. Adiciona-se 300 ml de uma solução de HCl a 0,4 mol/L, a 200 ml de uma solução de NaOH a 0,8 mol/L. Determinar a concentração do sal formado.

Primeiramente, vamos escrever a equação da reação química:

HCl   + NaOH   →   NaCl  +  H2O

Em seguida, vamos verificar se a equação está balanceada, 2 átomos de H.

Antes da seta temos: 1 átomo de Na, 1 átomo de Cl, 1 átomo de O

Após a seta, temos: 1 átomo de sódio, 1 átomo de cloro, 1 átomo de oxigênio, 2 átomos de hidrogênio.

Portanto, a equação está balanceada, com proporção estequiométrica de: 1:1:1:1.

Dessa forma, vamos calcular o número de mols do HCl e do NaOH:

HCL NaOH NaCl + H2O
300 ml (0,3L) 200 ml (0,2L) 500 ml (0,5L)
0,4 mol/L 0,8 mol/L 0,12 mol/L
0,12 mol 0,16 mol ?

HCl:

0,4 mol ____ 1 L

x   ______    0,3 L

x = 0,4 x 0,3

x = 0,12 mol

NaOH:

0,8 mol ____ 1L

x    ______   0,2 L

x =  0,8 x 0,2

x = 0,16 mol

Com estes valores, podemos observar que o NaOH está em excesso. Isso porque ele necessita somente de 0,12 mol, sobrando 0,04 mol na solução final. Portanto, ele é o reagente em excesso, e o HCl é o reagente limitante e iremos trabalhar com ele.

Em seguida, vamos calcular a concentração em quantidade de matéria do NaCl:

Portanto, M = 0,24 mol/L.

Por fim, veja a aula abaixo para fixar seus conhecimento sobre mistura de solução com reação química:

Em seguida, resolva os exercícios abaixo sobre mistura de solução com reação química
01. (PUCCAMP -SP) Um volume igual a 25 ml de uma solução de ácido acético 0,06 mol/L é misturado com 15 ml de solução de hidróxido de sódio, NaOH. A concentração em quantidade de matéria da solução básica é igual a :

a) 0,2

b) 0,1

c) 0,06

d) 0,03

e) 0,02

02. (UNITAU-SP) Calcular a massa de NaOH necessária para neutralizar 500 ml de uma solução 0,2 mol/L de HCl?

a) 2,0 g

b) 4,0 g

c) 0,2 g

d) 0,8 g

e) 0,1 g

03. (MACKYE-SP) Para neutralizar totalmente 2,0L de solução aquosa de ácido sulfúrico contidos em uma bateria, foram usados 5,0L de solução 0,8 mol/L  de hidróxido de sódio. A concentração ,em mol/L, do ácido presente nessa solução é de:

a) 5 mol/L

b) 4 mol/L

c) 3 mol/L

d) 2 mol/l

e) 1 mol/L

04. (UDESC-SC) Para a titulação de 200 ml de uma solução 0,2 mol/L de HCl, o técnico em química dispunha de uma solução de NaOH 0,8g/L. O volume da solução básica nessa concentração, que será gasto para neutralizar completamente a solução ácida é:

a) 300 ml

b) 100 ml

c) 500 ml

d) 200 ml

e) 50 ml

05. (UEPB-PB) Uma solução composta de 60 ml de hidróxido de bário, de concentração 0,3 mol/L, com 40 ml de ácido clorídrico de concentração 0,5 mol/L, é:

a) ácida, devido ao excesso de hidróxido de bário

b) ácida, devida ao excesso de ácido clorídrico

c) neutra, devido à reação total das espécies químicas

d) básica, devido ao excesso de óxido de bário

e) básica, devido ao excesso de hidróxido de bário

06. (UFMG-MG) 100 ml de uma solução aquosa de HCl 1 mol/L foram misturados a 100 ml de uma solução aquosa de AgNO3 1 mol/L, formando um precipitado de AgCl, de acordo com a equação:

HCl + AgNO3    →   AgCl  +   HNO3

Em relação a esse processo, todas as alternativas estão corretas, exceto:

a) a concentração do íon nitrato na mistura é de 0,5 mol/L

b) a reação produz 1 mol de cloreto de prata

c) o cloreto de prata é muito pouco solúvel

d) a solução final é ácida

e) o sistema final é constituído de 2 fases

Gabarito: 1. B; 2. D; 3. E; 4. D; 5. E; 6. B.

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.