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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 08/10/07 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1a 2,5 2a 2,5 3a 2,5 4a 2,5 Total 10,0 R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L mol-1 K-1 1 atm L = 101,325 J 1 cal = 4,184 J �E = �U = q + w �G° = �H° - T�S° Kw = [H+] [OH-] = 1,00 x 10-14 a 25°C 1ª Questão Veronal (verH, ácido dietilbarbitúrico) é o nome comercial do primeiro sedativo e sonífero do grupo dos barbitúricos. Em solução aquosa esse ácido sofre ionização segundo a reação abaixo: N N O H O H O CH3 CH3 + OH2 N - N O O H O CH3 CH3 + H3O+(aq) (l) (aq) (aq) (verH) (ver-) a) Calcule Ka para o ácido e o pH para uma solução preparada pela dissolução de 0,020 mol de veronal em 1,0 L de água, a 25oC. O grau de ionização do veronal nessa solução é de 0,14%. b) Explique o que irá ocorrer ao equilíbrio descrito no item ‘a’ quando 1,0 x 10-4 mol de HCl (ácido forte) forem adicionados à solução. Calcule o pH da solução resultante após o equilíbrio ser restabelecido. Considere que não há variação de volume. c) Calcule Kb para a base conjugada do veronal, a 25 oC. d) Segundo o conceito de Bronsted-Lowry, a água é uma substância que pode comportar-se como um ácido ou como uma base. Identifique, na representação do equilibrio acima, se a água se comporta como ácido ou como base e justifique sua resposta. Resolução: a) Grau de ionização = 100 x [verH] ]O[H inicial eq3 + 0,14 = 100 x]O[H3 020,0 + [H3O+] = 2,8 x 10-5 mol L-1 [ver-] = [H3O+] = 2,8 x 10-5 mol L-1 pH = 4,55 [verH] = 0,020 - 2,8 x 10-5 � 0,020 mol L-1 8- 25 3 10 x3,92 0,020 )10x(2,8 [verH] ][ver ]O[Hka === ��+ b) Com a adição de HCl(aq), um ácido forte, a concentração de íons H3O+(aq) irá aumentar e o equilíbrio ira se deslocar para os reagentes. verH(aq) + H2O(l) ver-(aq) + H3O+(aq) I 0,020 2,8 x 10-5 2,8 x 10-5 � + x - x + 1,0 x 10-4 -x Eq. 0,020 + x 2,8 x 10-5 - x 1,28 x 10-4 - x 8 4-5 10 x3,92 x)-(0,020 x)-10xx)(1,28(2,8x10ka � � = � = x2 – 1,56 x 10-4 x + 2,80 x 10-9 = 0 � = 1,31 x 10-8 x’ = 1,35 x 10-4 x’’ = 2,05 x 10-5 [H3O+] = 1,28 x 10-4 - 2,05 x 10-5 = 1,08 x 10-4 mol L-1 pH = 3,97 c) ka kb = kw 7 8 14 2,55x10 3,92x10 1,0x10 ka kwkb �� � === d) Segundo o conceito de Bronsted-Lowry ácido é uma substância que, em solução aquosa, doa íons H+ e a base é uma substância que recebe íons H+. No equilíbrio descrito, a água esta recebendo H+ do veronal, portanto, comporta-se como base. 2ª Questão Em um experimento para determinar o Kps do sulfato de cálcio, CaSO4, um volume de 25,00 mL de uma solução saturada de CaSO4 foi adicionada a uma coluna, conforme o desenho abaixo. À medida que a solução vai passando através dessa coluna, os íons Ca2+ vão ficando retidos enquanto que íons H3O+, inicialmente presentes na coluna, vão sendo liberados. Para cada íon Ca2+ retido, dois íons H3O+ são liberados. A solução contendo os íons H3O+ liberados é coletada e o volume é completado para 100,0 mL em um balão volumétrico. Uma amostra contendo 10,00 mL dessa solução diluída de H3O+ é transferida para um recipiente e neutralizada com 8,25 mL de uma solução de NaOH 0,0105 mol L-1. Calcule o Kps para o CaSO4. CaSO4(s) Ca2+(aq) + SO42-(aq) CaSO4(s) CaSO4(aq) solução saturada de CaSO4 25,00 mL de uma solução saturada de CaSO4(aq) + água Resolução: Inicialmente calcular o numero de mol de NaOH necessários para neutralizar o ácido contido no béquer de 10,00 mL: nH3O+ = nOH- = concentração x volume = 0,0105 L mol x 0,00825 L = 0,0000866 mol No balão volumétrico haverá 10 vezes mais o nH3O+ = 0,000866 mol Agora calcular o numero de mol de Ca2+ retido na coluna: 0,000866 mol de H3O+ x + + OHde2mol Ca de1mol 3 =0,000433 mol de Ca2+ Estes 0,000433 mol de Ca2+ vierem dos 25,00 mL da solução saturado do CaSO4. Logo a concentração de Ca2+ na solução saturada poderá ser calculada da seguinte maneira: [Ca2+] = V n = 0,025L l0,000433mo =0,0173 mol.L-1 Logo o Kps para o CaSO4 poderá ser calculado da seguinte maneira: Kps = [Ca2+] [SO42-] Como a [Ca2+] = [SO42-] Kps = (0,0173) (0,0173) = 3,0 x 10-4 3ª Questão Uma solução preparada pela dissolução de 7,30 g de HCl em 250,00 g de água, a 25,0 oC e 1,0 atm, foi adicionada a um calorímetro (um erlenmayer isolado por um isopor e um termômetro para medir a temperatura) contendo uma solução preparada pela dissolução de 8,00 g de NaOH em 50,00 g de água, também a 25,0 oC e 1,0 atm. Quando a reação ocorre, a temperatura da mistura aumenta para 33,5oC. NaOH (aq) + HCl (aq) X NaCl (aq) + H2O (l) a) Calcule o valor de YH, em kJ mol-1, para a reação. Considere desprezível a quantidade de calor absorvida pelo vidro do calorímetro e considere que o calor específico da solução é igual ao calor especifico da água pura (4,18 J g-1 oC-1). b) O experimento é repetido usando uma solução preparada pela mistura de 10,00 g de HCl em 247,30 g de água e 8,00 g de NaOH em 50,00 g de água. A variação de temperatura observada nesse caso será diferente daquela observada no item ‘a’? Justifique. c) Calcule o pH das soluções resultantes nos itens ‘a’ e ‘b’, a 33,5 oC? (Kw = 1,95 x 10-14 a 33,5 oC) Resolução: a) Calcular o valor de q usando a seguinte equação: q = m . c. �T q = 315,3g . 4,18 J . g-1 °C-1 . (33,5 – 25,0) °C q = 11203 J � 11,2 kJ q =n �H Calcular o valor de n 0,2mol 36,46g/mol 7,30gnHCl == 0,2mol 40,00g/mol 8,00gnNaOH == Logo 11,2 kJ = 0,2 . �H �H = 56,0kJ/mol 0,2 11,2 = b) Será a mesma temperatura, por que o NaOH é o reagente limitante. c) Ítem (a) Haverá uma reação de neutralização completa )n(n OHH �+ = . Ocorrerá a auto ionização da água a 33,5 °C 2H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) Com a seguinte constante de equilíbrio: Kw = [H3O+] [HO-]= 1,95 x 10-14 Calcular agora o valor da H3O+ 714 3 1,40x101,95x10]O[H ��+ == E finalmente calcular o pH da solução resultante pH = - log [H3O+] = -log (1,40 x 10-7) = 6,85 c) Item (b) Haverá um excesso de 2,70 g de HCl em 297,30 g de água mol0 36,46g/mol 2,70gnH 074,==+ A concentração de H+(ou H3O+) em excesso que vai definir o pH, é calculado da seguinte maneira: 1 3 0,249mol.L0,2973L 0,074mol mL 297,30 0,074mol V n]O[H �+ ���= E finalmente calcular o pH da solução resultante. pH= -log[H3O+] � - log 0,249 � 0,60 4ª Questão A melamina, C3H6N6, uma substância fogoretardante, libera nitrogênio quando queimada. Para produzir melanina, utiliza-se uréia, (NH2)2CO, segundo a reação abaixo: 6(NH2)2CO(s) C3H6N6(s) + 3 CO2(g) + 6 NH3(g) �H = 469,4 kJ a) Calcule o trabalho e a variação de energia interna, em kJ, envolvido na produção de 1,0 mol de melamina, a 550 K e pressão alta e constante. Considere que CO2 e NH3 comportam-se como gases ideais. b) O trabalho e a variação de energia interna, calculados no item ‘a’, dependem do �H da reação? Justifique. c) Faça uma previsão a respeito da variação de entropia, �S, na produção de melanina, segundo a reação acima e justifique sua resposta. d) Explique, utilizando a segunda lei da termodinâmica, porque essa reação só é espontânea em temperaturas elevadas. Resolução: a) �H = �U + RT�n 469,4 = �U + 8,314×10�3×550×9 �U = 469,4 � 8,314×10�3×550×9 �U = 469,4 � 41,1 = 428,2 kJ mol�1 �H = q + w +RT�n 469,4 = 469,4 + w + 8,314×10�3×550×9 w = �8,314×10�3×550×9 = 41,2 kJ mol�1 b) O trabalho não depende da variação de entalpia da reação, enquanto que a energia interna depende. c) A variação de entropia é maior que zero, pois existe formação de gases e, portanto, um aumento da desordem do sistema. d) �G = �H �T�S Como �H > 0 e �S>0, então �G < 0 (reação espontânea) somente se: �H < T�S Como �S é geralmente um número pequeno comparado com �H, isso somente acontecerá em temperaturas altas.
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