Ficha nº11 – Composição quantitativa de soluções

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Modos de exprimir a concentração de uma solução

1. Um composto apresenta um teor de enxofre de 20 ppm.

Procedeu-se à queima do composto de modo a que todo o enxofre presente se transformasse em dióxido de enxofre.

Calcula a massa de dióxido de enxofre, em mg, produzida pela combustão de um litro deste composto.

Dado: A massa volúmica do composto é 0,96 g/cm³.

Resolução

Cálculo da massa de composto:

$ρ = \frac{m}{V} \Leftrightarrow m = 0, 96 \times 1000 = 960 g$

Cálculo da massa de enxofre:

$p p m (S) = \frac{m_{S}}{m_{c o m p o s t o}} \times 10^{6} \Leftrightarrow$

$m_{S} = \frac{20 \times 960}{10^{6}} = 0, 0192 g$

Massa molar do dióxido de enxofre = 64,07 g mol^-1

Em 64,07 g de SO₂ existem 32,07 g de enxofre, então em 0,0192 g de enxofre existem 38,4 mg de dióxido de enxofre.

2. Ao adicionar umas gotas de vinagre aos alimentos esta, na verdade, a usar um ingrediente milenar, essencial para realçar o seu sabor e conhecido ao longo dos tempos pelas suas finalidades terapêuticas, assim como na conservação de diversos alimentos.

Sabendo que o vinagre apresenta uma concentração igual a 0,75 mol/L, calcula o volume de vinagre que contém 24 g de ácido acético (C₂H₄O₂).

Resolução

$n = \frac{m}{M} = \frac{24}{60} = 0, 40 m o l$

$c = \frac{n}{V} \Leftrightarrow V = \frac{0, 40}{0, 75} = 0, 53 m o l d m^{- 3}$

3. A taxa de mercúrio no organismo está directamente associada ao risco de doença cardíaca, indica um estudo internacional que defende a limitação do consumo de certos peixes em que a concentração deste metal pode ser perigosa.

Se um indivíduo consumir peixe que contenha 6,0 x 10^-4 mg de mercúrio (Hg) por grama de peixe, a quantidade de mercúrio consumida corresponde a:

(A) 0,006 ppm

(B) 0,06 ppm

(C) 0,6 ppm

(D) 6 ppm

Resolução

Opção (C)

4. Um tubo com 50 g de pasta dentífrica, contém fluoreto de sódio.

Calcula a massa de fluoreto de sódio existente no tubo de pasta.

Resolução

Cálculo de massa de fluoreto:

$p p m_{F^{-}} = \frac{m}{m_{p a s t a}} \times 10^{6} \Leftrightarrow m = \frac{1450 \times 50}{10^{6}} = 0, 0725 g$

M(NaF) = 41,99 g mol-1

Cálculo de massa de fluoreto de sódio:

Em 41,99 g de NaF existem 19,00 de F^–, então 0,0725 g de F^– correspondem a 0,160 g de NaF.

5*. Uma solução é preparada, dissolvendo-se 116,00 g de NaOH (s) em água, e diluindo-se, depois, até obter 250 ml da solução.

A densidade da solução resultante é 1,37 g ml^-1.

5.1. Das opções seguintes, selecione as que podem traduzir a composição da nova solução:

(A) 44,6% m/m

(B) 11,6 mol/L

(C) XNaOH = 0,19

(D) 464,00 g/L

5.2. Corrija as que não selecionou, de forma a traduzirem a composição adequada.

Resolução

5.1 Opção (B) ; (C) e (D)

5.2 (A) – 33,9 % m/m

6. Uma amostra de ar contém uma percentagem em volume de NO₂ de 0,079 % (V/V).

Quando expressa em partes por milhão em volume, a composição de NO₂ na amostra é dada por:

(A)
$\frac{0, 079}{10^{2}} \times 10^{3} p p m V$

(B)
$\frac{0, 079}{10^{3}} \times 10^{6} p p m V$

(C)
$\frac{0, 079}{10^{3}} \times 10^{2} p p m V$

(D)
$\frac{0, 079}{100} \times 10^{6} p p m V$

Resolução

Opção (D)

7. Dissolveram-se 20,0 g de HCl em 180,0 g de água, originando uma solução cuja massa volúmica é 1,45 g/cm³.

Exprime a composição da solução em:

7.1 percentagem em massa de soluto.

7.2 frações molares do soluto e do solvente.

7.3 concentração (mol/dm³).

Resolução

7.1
$% (\frac{m}{m}) = \frac{20, 0}{20, 0 + 180, 0} \times 100 = 10, 0 %$

7.2 Para saber a fração molar é necessário conhecer as quantidades de matéria respetivas:

$n_{H C l} = \frac{m_{H C l}}{M} = \frac{20, 0}{36, 5} = 0, 548 m o l$
//
$n_{H_{2} O} = \frac{m_{H_{2} O}}{M} = \frac{180, 0}{18, 0} = 10, 0 m o l$

$X_{H C l} = \frac{0, 548}{0, 548 + 10, 0} = 0, 052$
//
$X_{H C l} = \frac{10, 0}{0, 548 + 10, 0} = 0, 948$

7.3 Para saber a concentração é necessária conhecer o volume total da solução.

A massa total da solução é igual à massa do soluto mais a massa do solvente:

m_total = 20,0 + 180,0 = 200,0 g

O volume total da solução pode agora ser encontrado através da respetiva massa volúmica:

$V = \frac{200, 0}{1, 45} = 137, 9 c m^{3}$

A concentração da solução será :

$c = \frac{0, 548}{0, 1379} = 3, 97 m o l d m^{- 3}$

8. A Sacarose (C₁₂H₂₂O₁₁) é uma substância química extraída da cana-de-açúcar, da beterraba e de algumas frutas, podendo ser utilizada na produção do “açúcar de mesa” e de outros produtos adocicados, como geleias, xaropes e doces.

Para uma solução aquosa de 250 ml com 50,0 g de sacarose.

Dado: ρ_solução = 1,42 g/cm³

Calcula a composição quantitativa expressa em:

8.1. concentração mássica;

8.2. concentração molar;

8.3. % m/m;

Resolução

8.1
$c_{m} = \frac{m}{V} = \frac{50, 0}{0, 250} = 200 g d m^{- 3}$

8.2
$n = \frac{m}{M} = \frac{50, 0}{342} = 0, 146 m o l$

$c = \frac{n}{V} = \frac{0, 146}{0, 250} = 0, 584 m o l d m^{- 3}$

8.3
$ρ = \frac{m}{V} \Leftrightarrow m_{s o l u ç ã o} = 1, 42 \times 250 = 355 g$

$% (\frac{m}{m}) = \frac{50, 0}{355} \times 100 = 14, 1 %$

9. A atmosfera de um espaço interior ficará contaminada se o teor de benzeno for superior a 15 mg/m³.

Considera benzeno no estado gasoso a PTN.

Exprima em %(V/V) o teor máximo de benzeno numa atmosfera interior não contaminada.

Resolução

Cálculo da quantidade de matéria de benzeno existente em 1 m³ de ar contaminado:

$n = \frac{m}{M} = \frac{15 \times 10^{- 3}}{78, 12} = 1, 92 \times 10^{- 4} m o l$

Cálculo do volume de benzeno a PTN em 1 m³ de ar contaminado:

$V = n \times V_{m} = 1, 92 \times 10^{- 4} \times 22, 4 = 4, 30 \times 10^{- 3} d m^{3}$

Cálculo da %(V/V)

$% (\frac{V}{V}) = \frac{V_{b e n z e n o}}{V_{a r}} \times 100 = \frac{4, 30 \times 10^{- 3}}{1000} \times 100 = 4, 30 \times 10^{- 4} %$

10. Uma solução aquosa concentrada de NaOH a 42,1 % em massa, tem de densidade 2,14 g cm^-3.

Qual é a respetiva concentração em mol dm^-3?

Resolução

Considerando uma amostra de 1 cm³, a massa da solução é 2,14 g.

Como %(m/m) = 42,1%, a massa de NaOH é determinada por:

$% (\frac{m}{m}) = \frac{m_{N a O H}}{m_{s o l u ç ã o}} \times 100 \Leftrightarrow m_{N a O H} = \frac{42, 1 \times 2, 14}{100} = 0, 901 g$

para calcular a quantidade de NaOH na solução é necessário determina a sua massa molar: M(NaOH) = 40 g mol^-1.

$n = \frac{m}{M} = \frac{0, 901}{40} = 0, 0225 m o l$

A concentração de NaOH é:

$c = \frac{n}{V} = \frac{0, 0225}{1 \times 10^{- 3}} = 22, 5 m o l d m^{- 3}$

11. Para preparar 120 L de uma solução aquosa 24% (m/m) de HCl (ρ_solução = 1,20 g cm^-3) foram adicionados x litros de uma solução aquosa 52%(m/m) de HCl (ρ_solução = 1,60 g cm^-3) e y litros de água desionizada (ρ_solução = 1,00 g cm^-3).

Quais os valores de x e de y, apresenta todos os passos de resolução.

Resolução

Cálculo da massa da solução a preparar:

$ρ = \frac{m}{V} \Leftrightarrow m_{s o l u ç ã o} = 1, 20 \times 10^{3} \times 120 = 144000 g$

Cálculo da massa da soluto nessa solução:

$% (\frac{m}{m}) = \frac{m_{s o l u t o}}{m_{s o l u ç ã o}} \times 100 \Leftrightarrow$

$m_{s o l u t o} = 144000 \times 0, 24 = 34560 g$

Cálculo da massa da solução mais concentrada:

$% (\frac{m}{m}) = \frac{m_{s o l u t o}}{m_{s o l u ç ã o}} \times 100 \Leftrightarrow$

$m_{s o l u t o} = 34560 \times 0, 52 = 17971, 2 g$

Cálculo do volume de solução com a massa de 17971,2 g:

$ρ = \frac{m_{s o l u ç ã o}}{V_{s o l u ç ã o}} \Leftrightarrow V_{s o l u ç ã o} = \frac{17971, 2}{1, 6} = 11232 m L$

$= 11, 2 L$

Cálculo do volume de água adicionada:

$V_{t o t a l} = V_{s o l u ç ã o} + V_{á g u a} \Leftrightarrow V_{á g u a} = 120 - 11, 2 = 108, 8 L$

12. O Tomás pretende preparar uma solução de hidróxido de potássio (KOH), de 500 mL com uma concentração de 0,20 mol dm^-3.

Que massa será necessária de hidróxido de potássio para obter a solução pretendida.

Resolução

$c = \frac{n}{V} \Leftrightarrow n = 0, 20 \times 0, 5 = 0, 1 m o l$

$n = \frac{m}{M} \Leftrightarrow m = 0, 1 \times 56, 1 = 5, 61 g$

13. A concentração molar da solução resultante da dissolução de 0,712 g de hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂, em 350 ml de água é …

(A) 2,25 x 10^-2 mol dm^-3.

(B) 2,50 x 10^-2 mol dm^-3.

(C) 2,75 x 10^-2 mol dm^-3.

(D) 3,00 x 10^-2 mol dm^-3.

Resolução

Opção (C)

M(Ca(OH)₂) = 74 g mol^-1

$n = \frac{m}{M} = \frac{0, 712}{74} = 9, 62 \times 10^{- 3} m o l$

$c = \frac{n}{V} = \frac{9, 62 \times 10^{- 3}}{0, 350} = 0, 0275 m o l d m^{- 3}$

14. Uma amostra de ar de uma sala, com o volume de 748 dm³, em condições PTN, tendo-se verificado que continha cerca de 2,48 x 10²³ partículas de néon.

Calcule a %(V/V) de néon na amostra de ar.

Resolução

$n = \frac{N}{N_{A}} = \frac{2, 48 \times 10^{23}}{6, 02 \times 10^{23}} = 0, 412 m o l$

$V = n \times V_{m} = 0, 412 \times 22, 4 = 9, 23 d m^{3}$

$% (\frac{V}{V}) = \frac{V_{s o l u t o}}{V_{s o l u ç ã o}} \times 100 = \frac{9, 23}{748} \times 100 = 1, 23 %$

15. A concentração do mercúrio existente no peixe espada é de aproximadamente 120 mg dm^-3, correspondendo a:

(A) 1200 ppm

(B) 0,60 mol L^-1

(C) 5,98 x 10^-7 mol L^-1

(D) 5,98 x 10^-4 mol L^-1

Resolução

Opção (D)

Ficha nº11 – Composição quantitativa de soluções

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