pH e tampões: exercícios com soluções passo a passo

Também chamado: cálculo de pH · solução tampão · equação de Henderson-Hasselbalch

Exercícios grátis de pH e tampões com diagramas, dicas e soluções completas resolvidas. Valores novos a cada vez, em três níveis: ácidos e bases fortes, ácidos fracos, tampões.

Exercício gratuitoFácil
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Calcule o pH pH de uma solução 0,05 mol/L de NaOH, uma base forte, a 25 °C.

c = 0,05 mol/L
Próximo exercício →
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O que você pratica

  1. Fácilácidos e bases fortes
  2. Médiaácidos fracos
  3. Difíciltampões

Como resolver exercícios de pH e tampões

  1. Decida se o ácido ou a base é forte (totalmente dissociado) ou fraco.
  2. Ácido forte: [H⁺] é igual à sua concentração. Base forte: encontre [OH⁻] primeiro.
  3. Ácido fraco: resolva Ka = x²/(c − x) para x = [H⁺].
  4. pH = −log[H⁺], e pH + pOH = 14 a 25 °C.

Erros comuns

  • Tratar um ácido fraco como forte.
  • Esquecer de converter pOH em pH para uma base.
  • Usar ln em vez de log.

Fórmulas principais

pH
pH = −log[H⁺]
pOH
pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Ácido fraco
[H⁺] ≈ √(Ka·c)
Tampão
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
Diluição
c1V1 = c2V2

Aprenda pH e tampões do zero

Antes disso: Equilíbrio químico

1O que é o pH

Um ácido libera íons hidrogênio, H⁺, na água. Uma base libera íons hidróxido, OH⁻, ou capta H⁺. O suco de limão é ácido, o sabão é básico.

A concentração de H⁺ pode variar de cerca de 1 mol/L a 10⁻¹⁴ mol/L. Esses números são incômodos, por isso os químicos usam o pH:

pH = −log[H⁺]

Cada passo de 1 no pH é um fator 10 em [H⁺]. Uma solução com [H⁺] = 0,01 = 10⁻² mol/L tem pH 2.

01234567891011121314H⁺OH⁻
  • pH abaixo de 7: ácido. Quanto menor o pH, mais H⁺.
  • pH 7: neutro, como a água pura a 25 °C.
  • pH acima de 7: básico (alcalino).

A mesma ideia vale para o OH⁻: pOH = −log[OH⁻]. Na água a 25 °C os dois sempre somam 14:

pH + pOH = 14
Autoavaliação Qual é o pH de uma solução com [H⁺] = 0,001 mol/L?
  1. 0,001
  2. 11
  3. 3
  4. −3

Resposta: 3. 0,001 = 10⁻³, e pH = −log(10⁻³) = 3. Esquecer o sinal de menos dá −3, e 11 é o pOH, não o pH.

2Ácidos e bases fortes

Um ácido ou base forte se dissocia completamente na água. Exemplos são HCl, HNO₃, NaOH e KOH.

Assim, a concentração de H⁺ de um ácido forte é igual à concentração do ácido. 0,01 mol/L de HCl dá [H⁺] = 0,01 mol/L e pH 2.

Para uma base forte, encontre primeiro [OH⁻], depois o pOH e depois o pH:

  1. [OH⁻] = concentração da base × número de OH⁻ por fórmula. Ba(OH)₂ dá dois.
  2. pOH = −log[OH⁻].
  3. pH = 14 − pOH.

Exemplo: 0,01 mol/L de NaOH dá [OH⁻] = 0,01, pOH = 2 e pH = 14 − 2 = 12.

Autoavaliação Qual é o pH de uma solução de NaOH de 0,1 mol/L a 25 °C?
  1. 0,1
  2. 13
  3. 1
  4. 7

Resposta: 13. [OH⁻] = 0,1 mol/L, então pOH = 1 e pH = 14 − 1 = 13. Dar 1 para no pOH: uma base deve ter pH acima de 7.

3Ácidos fracos e tampões

Um ácido fraco, como o ácido acético ou o HF, se dissocia só um pouco. Forma um equilíbrio:

HA ⇌ H⁺ + A⁻ Ka = [H⁺][A⁻] / [HA]

Ka é a constante de acidez: quanto maior, mais forte o ácido. Costuma-se ver pKa = −log Ka.

Se x mol/L de um ácido de concentração c se dissocia, então [H⁺] = [A⁻] = x e [HA] = c − x. Assim, Ka = x² / (c − x).

Quando x é pequeno em comparação com c, você pode usar c − x ≈ c:

[H⁺] ≈ √(Ka · c)

Se x resultar em mais de cerca de 5% de c, resolva em vez disso a equação quadrática x² + Kax − Kac = 0.

Um tampão é uma mistura de um ácido fraco HA e sua base conjugada A⁻, por exemplo a partir do seu sal de sódio. Mantém o pH quase constante quando se adiciona um pouco de ácido ou base. Seu pH segue a equação de Henderson–Hasselbalch:

pH = pKa + log([A⁻] / [HA])

Adicionar uma base forte converte parte do HA em A⁻: o HA diminui e o A⁻ aumenta nos mols de base adicionados.

Autoavaliação Um tampão contém concentrações iguais de um ácido fraco e sua base conjugada. O pKa é 4,75. Qual é o pH?
  1. 4,75
  2. 5,75
  3. 7
  4. 9,25

Resposta: 4,75. Com [A⁻] = [HA] a razão é 1, e log 1 = 0, então pH = pKa = 4,75. Um tampão não é automaticamente neutro.

4O método passo a passo

  1. Decida o que você tem: um ácido forte, uma base forte, um ácido fraco ou um tampão (um ácido fraco junto com seu sal).
  2. Ácido forte: [H⁺] = c. Base forte: [OH⁻] = c × número de OH⁻, depois pOH e pH = 14 − pOH.
  3. Ácido fraco: [H⁺] ≈ √(Ka · c). Verifique se x é menor que 5% de c; caso contrário, resolva a equação quadrática.
  4. Tampão: encontre o pKa, depois pH = pKa + log([A⁻]/[HA]). Se foi adicionado ácido ou base, atualize primeiro os mols de HA e A⁻.
  5. Calcule pH = −log[H⁺] e verifique a resposta: ácidos abaixo de 7, bases acima de 7, um tampão perto do seu pKa.

5Um exemplo resolvido

Acompanhe cada passo. Tente prever o próximo antes de abri-lo.

Exemplo resolvido

Encontre o pH de uma solução de ácido benzoico de 0,2 mol/L (Ka = 6,3 × 10⁻⁵).

1

Reconheça o ácido

Ka é pequeno, então o ácido benzoico é um ácido fraco. Apenas uma pequena parte dele se dissocia em H⁺ e A⁻.

2

Monte o equilíbrio

Com x = [H⁺] = [A⁻] e [HA] = 0,2 − x:

6,3 × 10⁻⁵ = x² / (0,2 − x)
3

Use a aproximação

Suponha que x seja pequeno, então 0,2 − x ≈ 0,2.

x ≈ √(6,3 × 10⁻⁵ · 0,2) = √(1,26 × 10⁻⁵) = 0,00355 mol/L
4

Verifique a aproximação

0,00355 / 0,2 = 1,8%, que é menos de 5%. A aproximação é boa. Resolver a equação quadrática exatamente dá 0,00352 mol/L, quase o mesmo.

5

Encontre o pH

pH = −log(0,00352) = 2,45
01234567891011121314H⁺OH⁻

O pH fica abaixo de 7, como deve ser para um ácido, mas acima do de 0,2 mol/L de um ácido forte (pH 0,70).

Resposta

pH ≈ 2,45

6Erros comuns

  • Dar o pOH quando se pede o pH. Para uma base, termine sempre com pH = 14 − pOH.
  • Esquecer que Ba(OH)₂ e Ca(OH)₂ dão dois OH⁻ por unidade de fórmula.
  • Tratar um ácido fraco como forte, de modo que [H⁺] = c.
  • Esquecer o sinal de menos em pH = −log[H⁺].
  • Inverter a razão do tampão: ela é [A⁻]/[HA], base sobre ácido.
  • Usar o atalho √(Ka·c) quando x é mais de 5% de c.
Autoavaliação Qual é o pH de uma solução de 0,02 mol/L de Ba(OH)₂, uma base forte, a 25 °C?
  1. 1,40
  2. 1,70
  3. 12,30
  4. 12,60

Resposta: 12,60. Cada Ba(OH)₂ dá dois OH⁻, então [OH⁻] = 0,04 mol/L, pOH = 1,40 e pH = 12,60. 12,30 esquece o fator 2, e 1,40 é o pOH.

7Como são as questões de prova

  • Fácil: ácidos e bases fortes. O pH de uma solução de HCl, NaOH ou Ba(OH)₂.
  • Médio: ácidos fracos. O pH de um ácido fraco como o HF ou o ácido benzoico a partir do seu Ka e da concentração.
  • Difícil: tampões. O pH por Henderson–Hasselbalch, ou o novo pH após a adição de uma base forte.

Exemplo de questão difícil: um tampão de 1,00 L com 0,25 mol de HF e 0,10 mol de F⁻ (Ka = 0,00068) recebe 0,05 mol de NaOH. O HF passa a 0,20 mol e o F⁻ a 0,15 mol, então pH = 3,17 + log(0,15/0,20) = 3,04.

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Exemplos resolvidos

Exemplo 1Fácil
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Calcule o pH pH de uma solução 0,5 mol/L de ácido clorídrico (HCl), um ácido forte.

c = 0,5 mol/L

Calcule pH

Mostrar dicas
  1. Um ácido forte ioniza-se completamente, por isso [H₃O⁺] é igual à concentração do ácido.
  2. pH = −log₁₀[H₃O⁺].
  3. [H₃O⁺] = 0,5 mol/L.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], com pH + pOH = 14 a 25 °C. Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente. Um ácido fraco só em parte: Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺]. Um tampão de um ácido fraco e da sua base conjugada segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

pH a partir da concentração

pH = −log(0,5) = 0,301

Resposta

pH = 0,301
Exemplo 2Média
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Calcule o pH pH de uma solução 0,1 mol/L de ácido hipocloroso (Ka = 3 × 10⁻⁸).

c = 0,1 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸

Calcule pH

Mostrar dicas
  1. Escreva Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺].
  2. Como Ka é pequeno, x é muito menor do que c, por isso x ≈ √(Ka·c) é uma boa aproximação.
  3. √(3 × 10⁻⁸·0,1) = 5,477 × 10⁻⁵.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], com pH + pOH = 14 a 25 °C. Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente. Um ácido fraco só em parte: Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺]. Um tampão de um ácido fraco e da sua base conjugada segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Equilíbrio

HA ⇌ H⁺ + A⁻: ionizam-se x mol/L de ácido.

Ka = x²/(0,1 − x) → x = 5,476 × 10⁻⁵ mol/L

pH

pH = −log(5,476 × 10⁻⁵) = 4,262

Resposta

pH = 4,262
Exemplo 3Difícil
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Um tampão de 1,00 L contém 0,3 mol de ácido hipocloroso e 0,2 mol da sua base conjugada (Ka = 3 × 10⁻⁸). Juntam-se 0,05 mol de NaOH. Calcule o novo pH pH.

n(HA) = 0,3 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 3 × 10⁻⁸

Calcule pH

Mostrar dicas
  1. O hidróxido adicionado reage com o ácido fraco: HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O.
  2. Assim HA desce na quantidade adicionada e A⁻ sobe na mesma quantidade.
  3. n(HA) = 0,25, n(A⁻) = 0,25.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], com pH + pOH = 14 a 25 °C. Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente. Um ácido fraco só em parte: Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺]. Um tampão de um ácido fraco e da sua base conjugada segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Neutralização

n(HA) = 0,3 − 0,05 = 0,25 mol
n(A⁻) = 0,2 + 0,05 = 0,25 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 7,523 + log(0,25/0,25) = 7,523

Resposta

pH = 7,523

Perguntas e respostas

pH e tampões: o que é?

Um ácido libera íons hidrogênio, H⁺, na água. Uma base libera íons hidróxido, OH⁻, ou capta H⁺. O suco de limão é ácido, o sabão é básico.

A concentração de H⁺ pode variar de cerca de 1 mol/L a 10⁻¹⁴ mol/L. Esses números são incômodos, por isso os químicos usam o pH:

pH e tampões: como resolver os exercícios passo a passo?
  1. Decida se o ácido ou a base é forte (totalmente dissociado) ou fraco.
  2. Ácido forte: [H⁺] é igual à sua concentração. Base forte: encontre [OH⁻] primeiro.
  3. Ácido fraco: resolva Ka = x²/(c − x) para x = [H⁺].
  4. pH = −log[H⁺], e pH + pOH = 14 a 25 °C.
pH e tampões: quais são os erros mais comuns?
  • Tratar um ácido fraco como forte.
  • Esquecer de converter pOH em pH para uma base.
  • Usar ln em vez de log.
pH e tampões: o que se pratica?
  • Fácil: ácidos e bases fortes
  • Média: ácidos fracos
  • Difícil: tampões

Cada exercício tem valores novos, então você aprende o método em vez de decorar uma resposta. Travou? Abra primeiro uma dica pequena, e a explicação completa só quando precisar.

Como a prática funciona

  • Cada exercício tem valores novos, então você aprende o método em vez de decorar uma resposta.
  • Travou? Abra primeiro uma dica pequena, e a explicação completa só quando precisar.
  • Seu progresso, seus erros e seus exercícios salvos ficam guardados, para você revisar antes da prova.

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