O ácido metanoico, $\mathrm{HCOOH}\left(M=46,03 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}\right)$, também conhecido por ácido fórmico, é um ácido monoprótico fraco (a sua constante de acidez é $1,7 \times 10^{-4}$, a $25^{\circ} \mathrm{C}$ ) cuja ionização em água pode ser traduzida por
$$\mathrm{HCOOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(1) \rightleftharpoons \mathrm{HCOO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})$$
Questão:
Admita que quer preparar $250,0 \mathrm{~cm}^{3}$ de uma solução aquosa de ácido metanoico cujo $\mathrm{pH}$, a $25^{\circ} \mathrm{C}$, deverá ser $3,20$.
Calcule a massa de ácido metanoico que terá de ser utilizada para preparar aquela solução.
Apresente todas as etapas de resolução.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
Da estequiometria da reação, e desprezando a contribuição da autoionização da água, deduz-se que as concentrações dos iões metanoato, $\mathrm{HCOO}^{-}$, e oxónio, $\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}$, são as mesmas: $$\left[\mathrm{HCOO}^{-}\right]_{\mathrm{e}}=\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{e}}=10^{-3,20} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}=6,31 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}$$
A partir da constante de acidez do ácido metanoico, $K_{\mathrm{a}}=\frac{\left|\mathrm{HCOO}^{-}\right|_{\mathrm{e}} \times\left.\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right|_{\mathrm{e}}}{|\mathrm{HCOOH}|_{\mathrm{e}}}$, pode determinar-se a concentração do ácido metanoico não ionizado na solução de $\mathrm{pH}=3,20$ :
$$[\mathrm{HCOOH}]_{\mathrm{e}}=\frac{\left|\mathrm{HCOO}^{-}\right|_{\mathrm{e}} \times\left|\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right|_{\mathrm{e}}}{K_{\mathrm{a}}} \mathrm{mol} \mathrm{~dm}^{-3}=\frac{10^{-3,20} \times 10^{-3,20}}{1,7 \times 10^{-4}} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}=2,34 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}$$ Em $250,0 \mathrm{cm}^{3}$, a quantidade de $\mathrm{HCOO}^{-}$(ácido ionizado) é
$$6,31 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 0,2500 \mathrm{~dm}^{3}=1,58 \times 10^{-4} \mathrm{~mol}$$
E a quantidade de $\mathrm{HCOOH}$ (ácido não ionizado) é
$$2,34 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 0,2500 \mathrm{~dm}^{3}=5,85 \times 10^{-4} \mathrm{~mol}$$
Assim, a quantidade total de ácido necessária para preparar a solução é
$$\left(1,58 \times 10^{-4}+5,85 \times 10^{-4}\right) \mathrm{mol}=7,43 \times 10^{-4} \mathrm{~mol}$$cuja massa é
$$7,43 \times 10^{-4} \mathrm{mol} \times 46,03 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}=3,4 \times 10^{-2} \mathrm{~g}$$.
Fonte: SPF