P2_22_10_11

Prévia do material em texto

P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL -22/10/11 
 
 
Nome: GABARITO 
Nº de Matrícula: Turma: 
Assinatura: 
 
 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,5 
2a 2,5 
3a 2,5 
4a 2,5 
Total 10,0 
 
Dados: 
R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L mol-1 K-1 
Kw = [H
+] [OH-] = 1,00 x 10-14 a 25 °C 
PV = nRT 
q = mcT 
G = H - TS 
U = q + w 
T(K) = T (°C) + 273 
1a Questão 
 
A tabela abaixo apresenta os valores das constantes de basicidade, Kb, a 25 °C, 
para diferentes espécies em solução aquosa. 
 
Espécies Kb 
CH3COO
- 5,60 x 10-10 
CN- 2,50 x 10-5 
CO3
2- 2,10 x 10-4 
 
Suponha que todas as reações ocorrem a 25 °C e responda o que se pede. 
a) Colocar as espécies acima em ordem CRESCENTE de basicidade, justificando 
sua resposta. 
 
b) Considere que 2,00 mol de CH3COO
- 
 foram adicionados em água formando 
5,00 L de solução. Calcule o pH da solução após o estabelecimento do equilíbrio 
representado na equação 1. 
eq. 1 CH3COO
-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH
-(aq) 
 
c) Calcule as concentrações de cada espécie no equilíbrio representado na 
equação 2, sabendo que as concentrações iniciais de CO3
2-, HCO3
- e OH- são, 
respectivamente, 0,200 mol L-1, 0,100 mol L-1 e 0,100 mol L-1, e que a quantidade 
que reage é 0,093 mol L-1. 
 
eq. 2 CO3
2-(aq) + H2O(l) HCO3
-(aq) + OH-(aq) 
 
d) Explique, de acordo com o principio de Le Chatelier, o efeito da adição do HC, 
um ácido forte, ao equilíbrio representado na equação 3. 
 
eq. 3 CN-(aq) + H2O(l) HCN(aq) + OH
-(aq) 
 
Resolução: 
a) > Kb é o mais básico 
 CH3COO
- < CN- < CO3
2- 
 A- + H2O AH + OH
- 
 
][A
][AH][OH
Kb 


 
Quanto maior o Kb maior a basicidade, ou seja, maior a tendência de receber H
+. 
Quanto menor a [A-], isto é, mais reagiu, mais H+ recebeu, logo mais básico. 
b) C2H3O
- + H2O CH3COOH + OH
- 
1-L mol 0,400
L 5,00
mol 2,00

 
0,400 mol L-1 0 0 
0,400 - x x x 
x-00 0,4
x
K
2
b 
 
x2 + 5,60 x 10-10 x - (0,400 x 5,60 x 10-10) = 0 
x = 1,50 x 10-5 = [OH-] 
pOH = 4,83 
pH = 9,17 
 
c) 
CO3
2-(aq) + H2O(l) HCO3
-(aq) + OH-(aq) 
0,200 0,100 0,100 mol L-1 
0,200+0,093 0,100-0,093 0,100-0,093 
Qb= 
4
b 2,10x10K0,0500
0,200
0,100 
 
 
d) HCl, ácido forte se dissocia totalmente gerando H+ e Cl-. H+ reage com OH- 
deslocando o equilíbrio para direita. 
2a Questão 
 
Uma mistura é preparada, a 25 °C, pela adição de 500 mL de solução aquosa 0,40 
mol L-1 de fluoreto de sódio, NaF, e de 500 mL de solução aquosa 0,40 mol L-1 de 
sulfato de sódio, Na2SO4. Lentamente adiciona-se à solução resultante, cloreto de 
bário, BaCl2, que é um sólido muito solúvel em água. No processo, verifica-se a 
formação de precipitado. 
a) Calcule as solubilidades dos sais BaF2 e BaSO4 nestas condições. 
 
b) Diga qual é o sal que precipita primeiro, justificando sua resposta através dos 
cálculos das solubilidades. 
 
c) Calcule as concentrações de Na+, F-, SO4
2- e Ba2+ na solução no momento em 
que se inicia a primeira precipitação. 
 
d) Explique o efeito do íon comum no processo de precipitação seletiva do primeiro 
sal. 
Considere que o NaF e o Na2SO4 são completamente solúveis nestas 
condições e que o volume da solução não é alterado pela adição de BaCl2. 
Dados: 
BaF2(s) Ba
2+(aq) + 2F-(aq) Kps (BaF2) = 1,7 x 10
-6 
BaSO4(s) Ba
2+(aq) + SO4
2-(aq) Kps (BaSO4) = 1,0 x 10
-10 
Resolução: 
a) 
BaF2(s) Ba
2+(aq) + 2F-(aq) 
 s 2 s 
Kps = 4 s
3 = 1,7x10-6 
 s3 = 4,2 x 10-7 → s = 7,5 x 10-3 mol L-1 
BaSO4(s) Ba
2+(aq) + SO4
2-(aq) 
 s s 
Kps = s
2 = 1,0x10-10 
 s = 1,0x 10-5 mol L-1 
 
b) O sal que precipita primeiro é o que tem menor valor de solubilidade. Logo será 
o BaSO4 
 
c) 
500 mL de 0,40 mol L-1 NaF C1V1= C2V2 → 0,40.0,500 = C2 . 1,00 
500 mL de 0,40 mol L-1 Na2SO4 C2 = 0,20 mol L
-1 
NaF(aq) Na+(aq) + F-(aq) e Na2SO4(aq) 2 Na
2+(aq) + SO4
2-(aq) 
0,20 0,20 0,20 0,20 0,40 0,20 
 
[Na+] = 0,20 + 0,40 = 0,60 mol L-1 
[F-] = 0,20 mol L-1 
[SO4
2-] = 0,20 mol L-1 
Para precipitar o BaSO4: Kps = [Ba
2+] x [SO4
2-] 
 1,0x10-10 = [Ba2+] x 0,20 [Ba2+] = 2,5 x 10-10 mol L-1 
 
 
 
d) 
Na medida em que se acrescenta o ânion Ba2+, o equilíbrio: 
BaSO4(s) Ba
2+(aq) + SO4
2- se desloca no sentido da formação de mais 
precipitado, diminuindo a concentração do ânion SO4
2- em solução. 
3a Questão 
 
Na combustão completa de 1,00 L de gás natural, à 25,0 °C e pressão constante 
de 1,00 atm, houve liberação de 43,6 kJ de calor. Sabendo que este gás é uma 
mistura contendo metano, CH4, e etano, C2H6, que reagem com o oxigênio segundo 
as equações 1 e 2, determine: 
 
eq. 1 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ∆H
o = -890,3 kJ 
 
eq. 2 C2H6(g) + 7/2O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆H
o = -1559,7 kJ 
 
a) o calor liberado, em kJ, por um mol de gás natural; 
b) a fração molar do CH4 e C2H6 no gás natural; 
c) o volume de água, que pode ser aquecido de 25,0 para 80,0 oC, se 43,6 kJ de 
calor for transferido com 100% de eficiência para a água. 
 
Dados: 
Calor específico da água (c) = 4,18 J ºC-1 g-1 
Densidade da água = 1,00 g mL-1. 
 
Resolução: 
a) 
Opção 1: por número de mols. 
P V = n R T 
1,00 x 1,00 = n x 0,0821 x 298 
n = 0,0409 mols 
ΔH = -43,6 kJ em 0,0409 mols 
ΔH = -1,07 x 103 kJ em 1,00 mol, ou seja, -1,07 x 103 kJ. 
 
Calor liberado para um mol = 1,07 x 103 kJ 
 
Opção 2: por volume molar. 
V = n R T / P 
V = 1,00 x 0,0821 x 298 
Vm = 24,5 L mol-1 
13 mol kJ 1,07x10
mol 1,00
natural gás de L 24,5
x
natural gás de L 1,00
43,6kJ 

 
 
Calor liberado para um mol = 1,07 x 103 kJ 
b) 
Considerando: n(CH4) = x e n(C2H6) = 1,000 – x 
-1,07 x 103 = -890,3 x -1559,7 (1,000 - x) 
x = 0,7316 = n(CH4) Como n total = 1,00 → fração molar de CH4 = 0,7316 
1,00 – x = 0,2684 = n(C2H6) Como n total = 1,00 → fração molar de C2H5 = 
0,2864 
c) 
 q = m c ΔT 
43,6 x 103 J = m x 4,18 J ºC-1 g-1 x (80,0 – 25,0) ºC m = 190 g 
Sabendo que d = m / V V = 1,00 g mL-1 x 190 g = 190 mL ou 0,190 L 
4a Questão 
 
Parte A 
 
A massa de 1,80 g de água pura, em um recipiente hermeticamente fechado, foi 
aquecida até a fervura, ao nível do mar. A equação 1 representa a vaporização da 
água. Considere que o volume do liquido no equilíbrio é desprezível. 
 
eq. 1 H2O(l) H2O(g) ∆H° = 44,0 kJ mol
-1, à 100 °C 
 
a) Calcule a variação de energia interna, ∆U, em kJ, e a variação de entropia 
padrão, ∆S°, em J K-1, para a vaporização de 1,80 g de água pura. 
 
Dados: 
Densidade da agua = 1,00 g mL-1 
Tebulição (H2O) = 100 °C, a 1,00 atm 
MM (H2O) = 18,01 g mol
-1 
1 atm L = 101,325 J 
 
 
Parte B 
 
b) O peróxido de hidrogênio, H2O2, é um metabólito natural encontrado em alguns 
organismos vivos, cuja reação de decomposição é representada pela equação 2. 
Calcule a energia livre padrão da reação, ∆G°, à 25 °C. 
 
eq. 2 H2O2(l) → H2O(l) + ½ O2(g) 
 
Dados termodinâmicos, à 25°C: 
 
Espécie ΔH° (kJ mol-1) S° (J K-1 mol-1) 
H2O2(l) -187,78 109,60 
H2O(l) -285,83 69,91 
O2(g) 0 205,14 
 
Resolução: 
 
a) Cálculo do: 
∆ S°? 
 ∆ S°= ΔH °/ T = 44,0/ 373 = 44000/373 
Para 1 mol de água pura, ∆ S° = 118 J K-1 
Aceito também cálculo de ∆ S 
n = 1,80/18,01 = 0,0999 mol 
1 mol  118 J 
0,0999 mol  ∆ S = 11,8 J K- 
 
∆U? 
∆U = ΔH + W 
W = - P ∆V 
 V= 0,0999 x 0,0821 x 373/1,00 = 3,06 L 
W = - 3,06 atm L = -310 J 
44,0 kJ  1 mol 
X =4,40 kJ  0,0999 mol 
 
 ∆U = ΔH + W= 4,40 – 0,310 = 4,09 kJ 
 
 b) 
 ∆G° =? 
 H2O2 (l) → H2O(l) + ½ O2 (g) 
 
ΔH° reação = 187,78 - 285,83 = -98,05 kJ mol-1 
ΔS° reação = (69,91 + 205,14/2) - 109,60 = 62,88 J K-1mol-1 
∆G° = ∆H° - T∆S° = -98,05 – 298 x 0,06288 = -98,05 –18,7 = -116,8 kJ mol -1