Uma amostra de 1,2 g\pu{1,2 g} de uma mistura contendo (NHX4)X2SOX4\ce{(NH4)2SO4}, NHX4NOX3\ce{NH4NO3} e substâncias inertes foi diluída a 200 mL\ce{200 mL} em um balão volumétrico. Um alíquota de 50 mL\pu{50 mL} foi alcalinizada com base forte e a amônia liberada foi destilada e coletada em 30 mL\pu{30 mL} de HCl\ce{HCl} 0,1 mol ⋅ L−1\pu{0,1 mol.L-1}. O excesso de ácido foi retrotitulado com 10 mL\pu{10 mL} de NaOH\ce{NaOH} 0,1 mol ⋅ L−1\pu{0,1 mol.L-1}.

Em outro experimento, uma alíquota de 25 mL\pu{25 mL} foi tratada com liga de Dervada, reduzindo os íons NOX3X−\ce{NO3^-} a NHX4X+\ce{NH4^+}, e alcalinizada com base forte. A amônia liberada foi destilada e coletada em 30 mL\pu{30 mL} da mesma solução de HCl\ce{HCl}, sendo o excesso de ácido retrotilulado com 15 mL\pu{15 mL} da base.

  1. Determine a fração mássica de (NHX4)X2SOX4\ce{(NH4)2SO4} na mistura.

  2. Determine a fração mássica de NHX3NOX3\ce{NH3NO3} na mistura.

As reações são as seguintes: Podemos relacionar o número de mols de amônia com o número de mols dos compostos a partir da seguinte relação: nNHX3=2⋅n(NHX4)X2SOX4+nNHX4NOX3n_{\ce{NH3}}={\color{red}2}\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+n_{\ce{NH4NO3}} Multiplicamos por 2 pois cada 1 mol de (NHX4)X2SOX4\ce{(NH4)2SO4} libera 2 mol de NHX3\ce{NH3} Podemos calcular o número de mols de amônia a partir de um balanço geral de OHX−\ce{OH-} e HX+\ce{H+} considerando a quantidade que cada ácido e base libera(lembrando que a amônia conta como 1OHX−1 \ce{OH-}): nOHX−=nHX+n_{\ce{OH-}}=n_{\ce{H+}} nNHX3+nNaOH=nHCln_{\ce{NH3}}+n_{\ce{NaOH}}=n_{\ce{HCl}} nNHX3+(0,1 mol ⋅ L−1)(10 mL)=(0,1 mol ⋅ L−1)(30 mL)n_{\ce{NH3}}+(\pu{0,1 mol.L-1})(\pu{10 mL})=(\pu{0,1 mol.L-1})(\pu{30 mL}) nNHX3=2 mmoln_{\ce{NH3}}=\pu{2 mmol} Temos a seguinte relação: 2⋅n(NHX4)X2SOX4+nNHX4NOX3=2 mmol2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{2 mmol} Porém essa quantidade de mols é para a alíquota de 50 mL, o volume da solução original é 200 mL, então o número de mols da amostra será 4 vezes o número de mols da alíquota (proporção dos volumes) 2⋅n(NHX4)X2SOX4+nNHX4NOX3=8 mmol2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{8 mmol} Agora no segundo experimento, como convertemos NOX3X−\ce{NO3^{-}} em NHX4X+\ce{NH4+} então a nossa nova relação será: nNHX3=2⋅n(NHX4)X2SOX4+2⋅nNHX4NOX3n_{\ce{NH3}}={\color{red}2}\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+{\color{red}2}\cdot n_{\ce{NH4NO3}} Agora o NHX4NOX3\ce{NH4NO3} também passa a liberar 2 NHX3\ce{2NH3} Podemos calcular o número de mols de amônia a partir de um balanço geral de OHX−\ce{OH-} e HX+\ce{H+} considerando a quantidade que cada ácido e base libera(lembrando que a amônia conta como 1OHX−1 \ce{OH-}): nOHX−=nHX+n_{\ce{OH-}}=n_{\ce{H+}} nNHX3+nNaOH=nHCln_{\ce{NH3}}+n_{\ce{NaOH}}=n_{\ce{HCl}} nNHX3+(0,1 mol ⋅ L−1)(15 mL)=(0,1 mol ⋅ L−1)(30 mL)n_{\ce{NH3}}+(\pu{0,1 mol.L-1})(\pu{15 mL})=(\pu{0,1 mol.L-1})(\pu{30 mL}) nNHX3=1,5 mmoln_{\ce{NH3}}=\pu{1,5 mmol} Temos a seguinte relação: 2⋅n(NHX4)X2SOX4+2⋅nNHX4NOX3=1,5 mmol2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+2\cdot n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{1,5 mmol} Porém essa quantidade de mols é para a alíquota de 25 mL, o volume da solução original é 200 mL, então o número de mols da amostra será 8 vezes o número de mols da alíquota (proporção dos volumes) 2⋅n(NHX4)X2SOX4+2⋅nNHX4NOX3=12 mmol2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+2\cdot n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{12 mmol} Montado o sistema: {2⋅n(NHX4)X2SOX4+nNHX4NOX3=8 mmol2⋅n(NHX4)X2SOX4+2⋅nNHX4NOX3=12 mmol\begin{cases} 2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{8 mmol}\\ 2\cdot n_{\ce{(NH4)2SO4}}+2\cdot n_{\ce{NH4NO3}}= \pu{12 mmol}\end{cases} Resolvendo o sistema: nNHX4NOX3=4 mmoln_{\ce{NH4NO3}}=\pu{4 mmol} n(NHX4)X2SOX4=2 mmoln_{\ce{(NH4)2SO4}}=\pu{2 mmol} Cálculo das massas de cada compostos: m=n⋅Mm= n \cdot M mNHX4NOX3=(4 mmol)(80 g ⋅ mol−1)=320 mgm_{\ce{NH4NO3}}=(\pu{4 mmol})(\pu{80 g.mol-1})=\pu{320 mg} m(NHX4)X2SOX4=(2 mmol)(132 g ⋅ mol−1)=264 mgm_{\ce{(NH4)2SO4}}=(\pu{2 mmol})(\pu{132 g.mol-1})=\pu{264 mg}

  • Cálculo da fração mássica de (NHX4)X2SOX4\ce{(NH4)2SO4} : %m,(NHX4)X2SOX4=m(NHX4)X2SOX4mtotal\%_{m, \ce{(NH4)2SO4}}=\frac{m_{\ce{(NH4)2SO4}}}{m _\text{total}} %m,(NHX4)X2SOX4=264 mg1200 mg=22%\%_{m, \ce{(NH4)2SO4}}=\frac{\pu{264 mg}}{\pu{1200 mg}}=\boxed{22\%}

  • Cálculo da fração mássica de NHX4NOX3\ce{NH4NO3} : %m,NHX4NOX3=mNHX4NOX3mtotal\%_{m, \ce{NH4NO3}}=\frac{m_{\ce{NH4NO3}}}{m _\text{total}} %m,NHX4NOX3=320 mg1200 mg=26,7%\%_{m, \ce{NH4NO3}}=\frac{\pu{320 mg}}{\pu{1200 mg}}=\boxed{26,7\%}