Mistura de Soluções Com Solutos Diferentes Com Reação

1. Modelos de Questões de Soluções

Existem 4 grandes cenários de questões envolvendo concentrações de soluções:

• Quando fazemos a diluição de uma solução
• Quando misturamos duas soluções formadas pelo mesmo soluto
• Quando misturamos duas soluções formadas por solutos diferentes, mas que não reagem entre si
• Quando misturamos duas soluções formadas por solutos diferentes, mas que reagem entre si

Nesse capítulo, veremos o quarto cenário: mistura de soluções com solutos diferentes que reagem entre si.

Esse, junto com diluição, é o caso mais cobrado em provas, por isso fique atento.

No fundo, ele não é difícil em si, o problema dele é que ele envolve conceitos que já deveríamos ter aprendido. Vamos ver com calma agora…

2. Como resolver questões de mistura com reação?

Agora temos um desafio extra: as substâncias reagem entre si.

Isso significa que não podemos simplesmente aplicar fórmulas de diluição ou mistura direta.

Esse é o passo a passo que eu sempre utilizei para resolver questões desse modelo e recomendo fortemente que você domine ele também:

1️ Escreva a equação química da reação BALANCEADA

2️ Transforme e trabalhe sempre com número de mols

Quando a gente aprende que dá certo usar molaridade nas regras de três do cálculo estequiométrico, sem precisar transformar para número de mols,

isso se torna um vício difícil de curar e difícil de entender quando que isso não funciona. 

Você só pode fazer isso quando o volume da solução não muda! Se o volume é constante, você está variando apenas o número de mols, por isso dá certo.

Nesses casos, em que acontecerão reações à medida que acrescentamos volumes de outras soluções, NUNCA USE MOLARIDADE, TRANSFORME TUDO PARA MOL!

Entender esse passo é o que separa as pessoas que acertam das pessoas que não acertam questões de soluções...

3️ Faça as regras de três necessárias, incluindo cálculo de produtos e de reagentes em excesso (se preciso for)

SEJA PARANOICO! Sempre avalie se existe reagente em excesso ou não.

4️ Converta os resultados de mol para concentração ou para qualquer outra grandeza que a questão pedir

Depois que a reação termina, o volume volta a ser constante, fazendo sentido calcular concentrações finais novamente. 

A partir daqui, você pode fazer o que você quiser, inclusive não transformar para molaridade e dar a resposta em mol (a depender do que a questão te pede).

3. A reação mais comum em questões

Se você tiver que chutar qual tipo de reação vai aparecer em uma questão, pode apostar na neutralização ácido-base. 🧪

Da mesma forma que apostamos sempre que o balanceamento que precisaremos fazer em uma questão (que não seja específica) será o por tentativa. 

💡 Portanto, lembre:

• Ácido forte + Base forte → Sal Neutro + Água
• Ácido forte + Base fraca → Sal ácido + Água
• Ácido fraco + Base forte → Sal básico + Água

4. O que é titulação ácido-base?

A titulação é um experimento químico usado para determinar a concentração de uma substância desconhecida,

adicionando uma solução de concentração conhecida até que ocorra uma reação completa.

Em outras palavras, imagine que você tem um copo com um suco muito azedo e quer saber exatamente quanta água precisa adicionar para deixá-lo perfeito.

Na titulação, fazemos algo parecido!

Pegamos uma substância que conhecemos bem e vamos adicionando aos poucos em outra, até que elas se equilibrem e a reação termine.

É como descobrir a quantidade exata de açúcar para deixar um suco gostoso, só que em vez de açúcar e suco, usamos (PRINCIPALMENTE) ácidos e bases.  

💡 No caso de titulação ácido-base:

• Adicionamos gradualmente uma solução ácida a uma solução básica (ou vice-versa).
• A reação ocorre até atingir o ponto de equivalência, onde todo o ácido reagiu com toda a base.
• Geralmente, usamos um indicador ácido-base para identificar o momento exato da neutralização.

O ponto de equivalência é o momento exato em que todo o ácido reagiu com toda a base, ou seja, não há mais excesso de nenhum dos dois.

É nesse ponto que a titulação atinge seu objetivo.

Dependendo do indicador utilizado, ocorre uma mudança de cor que nos permite identificar esse momento crucial.

Os indicadores ácido-base são substâncias que mudam de cor dependendo do pH da solução em que estão.

Eles são usados para mostrar visualmente quando uma reação ácido-base está próxima da neutralização.

Existem outros tipos de titulação? Existem, mas todos seguem o mesmo princípio e a titulação ácido-base é a que aparecerá na sua prova em quase todos os casos.

Portanto, guarde na sua cabeça como que ela funciona.

5. Exemplos resolvidos

Exemplo 1: Titulação ácido-base clássica

👉 Problema:

40 mL de uma solução de HCl, de concentração desconhecida, foi titulada com 120 mL de uma solução de NaOH 0,1 mol/L, alcançando o ponto de equivalência.

Qual a concentração inicial da solução de HCl?

📝 Resolução

1. Escreva a equação química da reação BALANCEADA

1 HCl + 1 NaOH → 1 NaCl + 1 H₂O

2. Transforme e trabalhe sempre com número de mols

HCl antes da reação:

$V_{\text{HCl}}$ = 40 mL = 40 · $10^{-3}$ L; $\text{ɱ}_{\text{HCl}}$ = ?; $n_{\text{HCl}}$ = ?

NaOH antes da reação:

$V_{\text{NaOH}}$ = 120 mL = 120 · $10^{-3}$ L; $\text{ɱ}_{\text{NaOH}}$ = 0,1 mol/L = $10^{-1}$ mol/L; $n_{\text{NaOH}}$ = ?

Tenho molaridade e volume do NaOH, portanto consigo calcular o número de mols:

$n_{\text{NaOH}}$ = $\text{ɱ}_{\text{NaOH}} \cdot V_{\text{NaOH}}$ → $n_{\text{NaOH}}$ = 120 · $10^{-3}$ · $10^{-1}$ → $n_{\text{NaOH}}$ = 12 · $10^{-3}$ mol

Se a reação chegou ao ponto de equivalência, significa que a base neutralizou todo o ácido, então obrigatoriamente o número de mols dos dois precisa ser igual!

Portanto: $n_{\text{HCl}}$ = $n_{\text{NaOH}}$ → $n_{\text{HCl}}$ = 12 · $10^{-3}$ mol

3. Faça as regras de três necessárias, incluindo cálculo de produtos e de reagentes em excesso (se preciso for)

Nessa questão, não precisaremos fazer mais nenhuma regra de três, já temos o número de mols inicial de HCl e seu volume inicial, basta converter para molaridade.

4. Converta os resultados para concentração ou para qualquer outra grandeza que a questão pedir

$\text{ɱ}_{\text{HCl}}$ = $n_{\text{HCl}}$ / $V_{\text{HCl}}$ = 12 · $10^{-3}$ / 40 · $10^{-3}$ = 12 / 40 = 3 / 10 → $\text{ɱ}_{\text{HCl}}$ = 0,3 mol/L

Exemplo 2:

👉 Problema: Misturamos 200 mL de H₂SO₄ 0,5 mol/L com 300 mL de NaOH 0,6 mol/L. Qual será a concentração final de cada molécula no final da reação?

📝 Resolução

1. Escreva a equação química da reação BALANCEADA

1 $\text{H}_2\text{SO}_4$ + 2 $\text{NaOH}$ → 1 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ + 2 $\text{H}_2\text{O}$

2. Transforme e trabalhe sempre com número de mols

$\text{H}_2\text{SO}_4$ antes da reação:

V(H2SO4) = 200 mL = 2 . $10^{-1}$ L; ɱ(H2SO4) = 0,5 mol/L = 5 . $10^{-1}$ M;

n(H2SO4) = 2 . $10^{-1}$ . 5 . $10^{-1}$ → n(H2SO4) = $10^{-1}$ mol = 0,10 mol

NaOH antes da reação:

V(NaOH) = 300 mL = 3 . $10^{-1}$ L; ɱ(NaOH) = 0,6 mol/L = 6 . $10^{-1}$ mol/L;

nNaOH = 3 . $10^{-1}$ . 6 . $10^{-1}$ = 1,8 . $10^{-2}$ mol = 0,18 mol

3. Faça as regras de três necessárias, incluindo cálculo de produtos e de reagentes em excesso (se preciso for)

Pelo balanceamento, se 1 mol de $\text{H}_2\text{SO}_4$ reage 2 mols de NaOH, 0,10 mol de $\text{H}_2\text{SO}_4$ deveria reagir com 0,20 mol de NaOH. Porém, nós só temos 0,18 mol!!!

Se 2 mols de NaOH reagem com 1 mol de $\text{H}_2\text{SO}_4$, então 0,18 mol de NaOH reage com 0,09 mol de $\text{H}_2\text{SO}_4$.

Se nós temos 0,10 mol e 0,09 reage, significa que 0,01 mol de H2SO4 está em excesso.

Portanto, nossa reação aconteceu da seguinte forma:

4. Converta os resultados para concentração ou para qualquer outra grandeza que a questão pedir

O volume final da solução é de 200 mL + 300 mL = 500 mL = 0,5 L.

Sendo assim, a concentração final de cada substância é de:

[NaOH] = 0 / 0,5 = 0 mol/L (reagente foi consumido por completo)

[$\text{H}_2\text{SO}_4$] = 0,01 / 0,5 = 0,02 mol/L (reagente em excesso)

[$\text{Na}_2\text{SO}_4$] = 0,09 / 0,5 = 0,18 mol/L (produto)

[$\text{H}_2\text{O}$] = A água não importa, ela é o solvente

6. Exercícios propostos

1. Uma solução de 50,0 mL de HNO₃ 0,20 mol/L foi titulada com NaOH 0,10 mol/L. Qual volume de NaOH foi necessário para neutralizar completamente o ácido?
2. Misturamos 150 mL de HCl 0,4 mol/L com 250 mL de Ca(OH)₂ 0,2 mol/L. Determine se haverá reagente em excesso e a concentração final do CaCl₂.

Gabarito

1. 100 mL.
2. Excesso de Ca(OH)₂ e [CaCl₂] = 0,075 mol/L

Agora que você aprendeu esse conceito, está pronto para resolver qualquer questão desse tipo! 🚀