Iniciante
a) A força ácida aumenta da seguinte forma:
HF < HCl < HBr < HI
Quanto maior for o raio atômico do halogênio, mais favorável será a ionização do ácido. Um maior raio implica a formação de uma base conjugada com menor densidade de carga, consequentemente mais estável.
b) A força ácida aumenta da seguinte forma:
H2S < H2SO3 < H2SO4
O fato pode ser mais uma vez justificado pela densidade de carga da base conjugada. Tanto no sulfato (base conjugada do H2SO4) como no sulfito (base conjugada do H2SO3), há ressonância. Assim, as cargas negativas advindas da ionização tornam-se deslocalizadas, estabilizando as espécies. O sulfato é o ânion que possui mais formas de ressonância dentre os citados, proporcionando a melhor distribuição de carga. Assim, o ácido sulfúrico é o ácido mais forte. Já o sulfeto não possui qualquer forma de estabilizar-se, sendo uma espécie muito densa eletronicamente e, por consequência, dificilmente formada. Portanto, dentre os ácidos citados, o H2S é o mais fraco.
Intermediário
Como a solução é suficientemente diluída:
( [H+]água + [H+]ácido ) . [OH-] = 10-14
A única fonte de OH- é a autoionização da água. Assim:
( [H+]água + [H+]ácido ) . [H+]água = 10-14
( [H+]água + 10-8 ) . [H+]água = 10-14
( [H+]água)2 + 10-8 . [H+]água - 10-14 = 0
Encontramos [H+]água = 9,51 . 10-8 mol/L
Logo, [H+]total = 9,51 . 10-8 + 1.10-8
[H+]total = 1,05 . 10-7 mol/L => -log [H+]total = pH = 6,978
Avançado
Equações:
[HClO] + [ClO-] = 1.10-8 (balanço molar)
[H+] = [OH-] + [ClO-] (balanço de carga)
[H+].[OH-] = 10-14 (constante de autoionização da água)
Ka = ([ClO-][H+]) / [HClO] (constante de acidez do HClO)
Fazendo as devidas substituições, temos:
Ka = ([ClO-][H+]) / [HClO]
10-7,497 = ([ClO-][H+]) / (1.10-8 - [ClO-])
3,18.10-8 = (([H+] - Kw/[H+]) . [H+])) / (1.10-8 - ([H+] - Kw/[H+]))
3,18.10-8 = ([H+]2 - Kw) / (1.10-8 - [H+] + (Kw/[H+]))
3,18.10-16 - 3,18.10-8 . [H+] + ((3,18.10-22)/[H+]) = [H+]2 - 10-14
Rearranjando, obtemos:
[H+]3 + 3,18.10-8 . [H+]2 - 1,032.10-14 . [H+] - 3,18.10-22 = 0
A única solução positiva encontrada é [H+] = 1,0121 . 10-7
-log[H+] = pH = 6,995