P4_06_12_03

Prévia do material em texto

P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 06/12/03 
 
 
 
Nome: 
Nº de Matrícula: GABARITO 
Assinatura: 
 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,0 
2a 2,0 
3a 2,0 
4a 2,0 
5a 2,0 
Total 10,0 
Constantes: 
 
1 F = 96.500 C . mol-1 
R = 0,082 atm L mol-1 K-1 = 8,314 J mol-1 K-1
 
Unidade: 
 
1 C. 1V = 1 J 
Equações: 
ΔG = ΔGo + R T ln Q ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −ΔΗ=
°
211
2 11ln
TTRK
K
 
 
Q
nF
RT ln−°ΔΕ=ΔΕ ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
211
2 11ln
TTR
E
k
k a 
 
ΔG = - n.F.ΔE 
0][
1
][
1
A
kt
A t
+= 
0][][ AktA t +−= 
 
kt
A
A t −=
0][
][
ln 
 
1a Questão 
 
Em um recipiente de vidro coloca-se 50,00 mL de uma solução de ácido acético 
com concentração de 80 g L-1 e 50,00 mL de uma solução aquosa de álcool etílico 
(96,00 % em massa, densidade = 0,8028 g mL-1). Completa-se com água até um 
volume final de 500,0 mL. A mistura reage segundo a reação abaixo: 
CH3COOH(aq) + C2H5OH(aq) → CH3COOC2H5 (aq) + H2O(l) 
 
a) Qual a quantidade de ácido acético e álcool etílico, em mols, que foi colocada 
no recipiente? 
b) Qual a quantidade, em gramas, do sal formado (acetato de etila)? 
c) Quais as concentrações molares (mol L-1) das soluções de ácido acético, de 
álcool etílico e de acetato de etila [CH3COOC2H5(aq)] na mistura final após a 
reação? 
Obs. Admita rendimento de 100%. 
Resolução: 
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
==
= −−
mol
g
molmL
mL
getílicoalcooldemolesdeNúmero
molxLg
a
84,0
46
.96,0.50.8028,0:
1065,605,0.
60
1.80:acético ácido de moles de Número
)
21
 
b) Reagente limitante: ácido acético. 
 Número de moles de álcool etílico que não reagiu: 0,77 
 Número de moles de acetato de etila formado: 6,65 x 10-2
 
c) Acido acético - reage completamente 
Álcool etílico - 154,1
5,0
177,0 −= Lmolx 
Acetato de etila - 1,33 x 10-1 mol L-1
 
 
 
 
2a Questão 
 
Considere a reação abaixo: 
CS2(g) + 3 Cl2(g) ⎯→ S2Cl2(g) + CCl4(g) ΔΗoReação = - 232,0 kJ. 
Inicialmente, em um reator de 10 L a 25 °C, as pressões do CS2(g) e do Cl2(g) são 
2,0 e 4,0 atm respectivamente. 
a) Calcule o rendimento, admitindo que a energia liberada pela reação foi de 92,8 
kJ. 
b) Determine a pressão total no reator após a reação quando o rendimento é de 
100%. 
Resolução: 
Número de moles CS2(g) e Cl2(g) adicionados 
CS2(g) ⎯→ 2 x 10 = n 0,082 x 298 n = 8,18 x 10-1
Cl2(g) ⎯→ 4 x 10 = n 0,082 x 298 n = 1,64 
a) Estequiometria 3 Cl2 ; 1 CS2 
 Reagente limitante: Cl2(g) 
Numero de moles CS2 que reagem: 5,47 x 10-1
Numero de moles CS2 em excesso: 2,71 x 10-1
 
Quantidade de calor teórica para 5,47 x 10-1 moles de CS2: 
232 ⎯⎯⎯⎯ 1 mol 
X ⎯⎯⎯⎯ 5,47 x 10-1 X = 1,27 x 10-2 kJ 
Comparando com o experimental, verifica-se que é maior. 
Logo 1,27 x 102 ⎯⎯⎯ 100% rendimento 
 92,8 ⎯⎯⎯ x X = 73,1% = Rendimento 
Após a reação com 100% de rendimento 
• Todo o Cl2(g) é consumido 
• Sobram 0,271 moles de CS2(g) 
• Formam-se 0,547 moles de CCl4(g) e S2O2(g) 
Logo: o numero de moles gasosos total é 1,37 P.10 = 1,37 
0,082 x 298 = 3,34 atm 
3a Questão 
 
O ClO2 é um gás amarelo avermelhado, solúvel em água. Reage, em meio 
alcalino, segundo: 
 
2 ClO2(aq) + 2OH-(aq) ⎯→ ClO3-(aq) + ClO2-(aq) + H2O(l) 
 
A constante de velocidade da reação, k, é de 2,0 x 10-2 s-1 e a reação é de ordem 
zero em relação ao OH-. 
Inicialmente, a concentração de ClO2(g) é de 1,0 x10-3 mol L-1 e o pH é 11,0. 
 
a) Escreva a equação da velocidade. 
b) Calcule o pH após 100 s de reação. 
c) Qual seria o efeito de um aumento na temperatura da reação, sobre o pH neste 
intervalo de tempo? Justifique: 
Resolução: 
 
a) Velocidade = 2,0 x 10-2 [ ClO2(g)] v = [5-1 . mol . L-1] 
reação de 1ª ordem em relação ao ClO2(g) 
 
b) [OH-]inicial = 10POH = 10-3 POH = 3 [OH-] = 10-3
ln [A]total - ln [A]inicial = -2,0 x 10-2 x 100 
ln [A]o – ln 10-3 = -2 
pH = 10,0 
-3 - ln Δt = - 2 
-3 + = ln Δt 3,68 x 10-1
c) Quando a temperatura aumenta, a velocidade também aumenta e OH- 
reage no mesmo tempo logo, o pH será menor. 
 
4a Questão 
 
Considere o equilíbrio abaixo e os dados termodinâmicos da tabela. 
PCl3(g) + Cl2(g) ' PCl5(g) 
 
Tabela: dados termodinâmicos a 25 °C e 1 atm 
composto ΔΗ°f, kJ mol -1 ΔG°f, kJ mol -1 S°f, J mol -1 k-1
PCl3(g) -287 -267,8 311,7 
PCl5(g) -343 -278 364 
Cl2(g) 0 0 223,0 
 
a) Em que direção a reação é espontânea a 25 °C? Explique. 
b) Verifique, a que temperatura a reação é espontânea na direção direta. 
c) Calcule o valor das constantes de equilíbrio Kp e Kc nesta temperatura. 
d) Determine as concentrações no equilíbrio quando são misturados 1,0 mol de 
PCl3(g), 1,0 mol de PCl5(g) e 1,0 mol de Cl2(g), em um frasco de 2,0 L 
e) Determine a pressão total no equilíbrio. 
Resolução: 
a) Determinação da Kp a 25 °C para a reação direta 
ΔG°R = - 278 + 267,8 = -10,2 kJ 
A reação e espontânea na direção direta porque ΔG° (25 °C)>0. 
 
b) Como ΔH < 0 e ΔS < 0, a reação só é espontânea para baixas temperaturas, isto 
é: T< 329 k 
 
c) ΔG°= - RT ln Kp
-10,2 = -8,3 x 298 ln Kp Kp = 61,8 
Δn <-1 Kp = Kc(RT)-1 Kc = Kp RT = 1,5 x 10-3
d) 0,5 -x 0,5 –x 0,5 +x 1,51 x 10-3 = 2)5,0(
5,0
x
x
−
+ 
[PCl5] = 0,706 [ Cl2] = [PCl3] = 0,294 Pt = 15,8 atm 
 
5a Questão 
 
Considere a seguinte célula galvânica, a 25oC: 
 
Pt(s)│ H2(g, P=1 atm) │ H+(aq, pH=4,00) ║ Sn2+(aq, 0,1 mol.L-1),Sn4+ (aq, 0,010 mol.L-1) │Pt(s) 
 
a) Escreva as reações que ocorrem no anodo e no catodo. 
b) Escreva a reação global da célula. 
c) Qual é o valor de ΔE em volts a 25oC ? 
d) Qual é o valor de ΔG, em joules a 25oC ? 
e) Determine a constante de equilíbrio da reação global a 25oC. 
f) Em que pH a reação global da célula deixa de ser espontânea. Assuma que 
todas as outras condições e concentrações da célula acima sejam mantidas 
constantes. 
Dados: 
2H+(aq) +2 e- → H2(g) Eo = 0 Volts 
Sn4+(aq) + 2 e- → Sn2+(aq) Eo = 0,15 Volts 
Resolução: 
Anodo H2(g) ⎯→ 2H+ + 2 e- 0 
Catodo Sn4+(aq) + 2 e- ⎯→ Sn2+ 0,15 
Reação global H2(g) + Sn4+(aq) ⎯→ 2H+(aq) + Sn4+(aq) 
 
Meia pilha de Sn2+/ Sn VEgE 12,001,0
1,0/
2
050,015,0 =−=
Meia pilha de 2H+/H2 
VEgE 236,0
)10(
1,0/
2
050,00 24 −=−= 
ΔΕ = 0,356 V 
ΔG = - 2 x 96,500 x 0,356 = -6,87 x 10-4 J = - 68,7 kJ 
5102915,0500,962 ≅≅−=°Δ°Δ−= KkJxxG
RT
GKLei 
E< 0 [H+] = 0,174 pH = 0,76