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Teste de Avaliação de Química Física e Química A 11.° Ano de Escolaridade Domínio: Equilíbrio químico Duração do teste: 90-100 minutos Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. O teste inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma Tabela Periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado do teste. Tabela de constantes • Constante de Avogadro −= 23 1 A 6,02 10 molN • Volume molar de um gás, a 1 atm e a 0 C −= 3 1 m 22,4 dm molV Formulário • Quantidade de matéria, massa e massa molar n – quantidade de matéria m – massa M – massa molar = m n M • Número de entidades e constante de Avogadro N – número de entidades n – quantidade de matéria AN – constante de Avogadro = AN n N • Massa volúmica – massa volúmica m – massa V – volume = m V • Quantidade de matéria, volume e volume molar n – quantidade de matéria mV – volume molar V – volume = m V n V • Concentração molar e fração molar c – concentração molar An – quantidade da substância A V – volume totaln – quantidade total de substâncias na mistura = An c V = A A total n x n 1. Em caso de derrame acidental de ácido sulfúrico, 2 4H SO , é utilizado carbonato de cálcio, 3CaCO , para a neutralização do ácido, cuja reação é traduzida por ( ) ( ) ( ) ( ) ( )3 2 4 4 2 2CaCO s H SO aq CaSO s H O CO g+ → + + A neutralização de 2700 L de ácido sulfúrico derramado, de massa volúmica −31,83 g cm , envolveu a utilização de 6 ton de carbonato de cálcio. 1.1. Comprove que a quantidade de carbonato de cálcio utilizada é superior à necessária para neutralizar todo o ácido sulfúrico derramado, identificando o reagente limitante. Apresente todos os cálculos efetuados. 1.2. A massa aproximada de 3CaCO que não reagiu é (A) 1 tonelada (B) 2 toneladas (C) 5 toneladas (D) 6 toneladas 1.3. A expressão que permite calcular a massa de ( )4CaSO s produzida é (A) ( ) ( ) 6 2 4 4 1,83 2,700 10 H SO g CaSO M M (C) ( ) ( ) 3 4 2 4 1,83 2,700 10 CaSO kg H SO M M (B) ( ) ( ) 3 2 4 4 2,700 10 H SO g 1,83 CaSO M M (D) ( ) ( ) 6 4 2 4 1,83 2,700 10 CaSO kg H SO M M 1.4. O ácido sulfúrico pode ser obtido industrialmente, em condições controlados, por reação do trióxido de enxofre, ( )3SO g , com um rendimento de 80% , cuja reação é traduzida por ( ) ( ) ( )3 2 2 4SO g H O H SO aq+ → 1.4.1. Determine a massa de trióxido de enxofre a utilizar no processo de síntese dos 2700 L de ácido sulfúrico derramado. 1.4.2. Atualmente o processo de produção deste ácido utiliza catalisadores de óxido de vanádio, em alternativa à platina, utilizada no processo tradicional, que, apesar de menos eficientes, são menos suscetíveis de envenenamento. Indique a razão pela qual o atual processo de síntese do ácido sulfúrico traduz uma preocupação da química verde. 2. Com o objetivo de determinar, experimentalmente, o rendimento de síntese do ácido acetilsalicílico (AAS), um grupo de alunos, fez reagir 2,10 g de ácido salicílico (AS), medidos numa balança com precisão ao centigrama, com excesso de anidrido acético (AA), cuja reação pode ser traduzida por No final da atividade mediram a massa dos cristais obtidos de AAS, depois de secos, tendo sido recolhidos 1,90 g , medidos na mesma balança. 2.1. Atendendo à incerteza de leitura, a massa de ácido salicílico utilizada é (A) ( )2,1 0,1 g (B) ( )2,10 0,01 g (C) ( )1,90 0,01 g (D) ( )1,90 0,1 g 2.2. Calcule o rendimento do processo de síntese do AAS desenvolvido pelos alunos. Dados: ( ) −= 1138,13 mAS g olM ; ( ) −= 1180,1 AAS 7 g molM 3. Numa das etapas do processo de síntese do ácido sulfúrico, uma mistura de dióxido de enxofre, ( )2SO g , e ar passa por um catalisador quente, ocorrendo a reação representada por ( ) ( ) ( )+2 2 32 SO g O g 2 SO g O gráfico da figura seguinte representa a variação da constante de equilíbrio desta reação em função da temperatura, em sistema fechado 3.1. A expressão matemática que permite calcular a constante de equilíbrio da reação é (A) = 3 e 2 2e e SO SO O cK (C) = + 2 3 e 2 2 2e e SO SO O cK (B) = 2 2 2e e 2 3 e SO O SO cK (D) = 2 3 e 2 2 2e e SO SO O cK 3.2. A reação de produção de trióxido de enxofre é __________ extensa à temperatura 1T do que à temperatura 2T , uma vez que se trata de um processo __________. (A) mais … endotérmico (B) menos … endotérmico (C) mais … exotérmico (D) menos … exotérmico 3.3. À temperatura 2T , a reação inversa é __________ extensa do que a reação direta, uma vez que a constante de equilíbrio da reação direta é __________ do que a constante de equilíbrio da reação inversa. (A) mais … maior (B) mais … menor (C) menos … menor (D) menos … maior 3.4. O gráfico seguinte apresenta a composição do sistema, num reator de 350 dm , à temperatura 2T (o gráfico não se encontra à escala). 3.4.1. Determine a quantidade de 3SO presente no reator, representada por X no gráfico. 3.4.2. A injeção de dioxigénio no reator que contém o sistema reacional, a temperatura constante, provoca __________ da quantidade de 3SO produzida, __________ o rendimento da reação. (A) uma diminuição … aumentando (B) um aumento … diminuindo (C) um aumento … mantendo (D) uma diminuição … mantendo 3.5. Suponha que a pressão do sistema em equilíbrio aumentava, mantendo a temperatura constante. De acordo com Princípio de Le Châtelier, será previsível que a quantidade de ( )3SO g … (A) aumente, pois trata-se de um sistema exotérmico. (B) aumente, dado que a reação direta seria favorecida. (C) diminua, dado que a quantidade de produtos é menor que a de reagentes. (D) se mantenha constante, pois este equilíbrio não é afetado pela alteração de pressão. 3.6. Preveja, de acordo com o Princípio de Le Châtelier, qual das reações, direta ou inversa é favorecida pelo aumento da temperatura. 3.7. Num dado instante foi injetado, no sistema em equilíbrio químico, dióxido de enxofre, ( )2SO g , mantidas a pressão e temperatura constantes. A variação do quociente de reação e da constante de equilíbrio até se atingir um novo estado de equilíbrio é traduzida por (A) (C) (B) (D) 4. Com o objetivo de investigar, experimentalmente, alterações ao estado de equilíbrio em sistemas aquosos, por variação da concentração de reagentes e produtos, um grupo de alunos, seguiu o seguinte procedimento. I. Colocaram, em cada uma das quatro cavidades de uma placa de microescala, duas gotas das soluções aquosas de nitrato de ferro(III), ( )3 3 Fe NO , e de tiocianato de potássio, KSCN , de igual concentração. II. Efetuaram alterações à composição das cavidades, de acordo com o quadro seguinte. Cavidade 1 2 3 4 Alteração Adição 3 gotas de água Amostra de controlo Adição 3 gotas de ( )KSCN aq Adição 3 gotas de ( )NaOH aq Adição 3 gotas de ( )3AgNO aq Como resultado da mistura das duas soluções, colocadas inicialmente em cada uma das cavidades, estabelece-se o equilíbrio químico traduzido por ( ) ( ) ( ) 23 Amarelo Incolor Vermelho Fe aq SCN aq FeSCN aq ++ −+ 4.1. Em consequência da alteração efetuada à solução contida na cavidade 2, comparativamente com a amostra de controlo, esta apresentou-se vermelho ________, dado ser favorecida a reação ________. (A) mais claro … direta (B) mais claro … inversa (C) mais escuro … direta (D) mais escuro … inversa 4.2. A adição de ( )NaOH aq à solução contida nacavidade 3 origina a formação de hidróxido de ferro, precipitado insolúvel, de acordo com ( ) ( ) ( ) ( )3 3 Fe aq OH aq Fe OH s+ −+ → Indique, justificando, com base no Princípio de Le Châtelier, a alteração de cor verificada na solução, resultante desta perturbação ao estado de equilíbrio. 4.3. O catião prata, ( )Ag aq+ , ao reagir com o anião tiocianato, ( )SCN aq− , dá origem a um precipitado insolúvel, de acordo com ( ) ( ) ( )Ag aq SCN aq AgSCN s+ −+ → Em consequência da alteração efetuada na cavidade 4, a concentração do catião tiocianoferrato(II), ( ) 2 FeSCN aq + , em solução __________, e o quociente de reação no momento da adição do ( )KSCN aq é __________ do que a constante de equilíbrio. Selecione a opção que apresenta os termos que completam corretamente a frase. (A) aumenta … maior (B) aumenta … menor (C) diminui … menor (D) diminui … maior 5. O processo Haber-Bosch é um processo químico industrial utilizado na produção de amoníaco ( )3NH a partir de dinitrogénio ( )2N e di-hidrogénio ( )2H , representado por ( ) ( ) ( )2 2 3N g 3 H g 2 NH g+ O gráfico da figura seguinte apresenta o rendimento de síntese, em diferentes condições de pressão e de temperatura. 5.1. Com base na informação apresentada, indique como varia o rendimento de síntese do amoníaco com o aumento da pressão e da temperatura. 5.2. O processo de síntese do amoníaco é um processo reversível, por isso, as condições em que decorre devem ser otimizadas, para garantir uma produção em larga escala. Explique, com base no Princípio de Le Châtelier, as condições que maximizam o rendimento da reação de síntese do amoníaco e indique e indique a influência da utilização de catalisadores. – COTAÇÕES – Item Cotação (em pontos) 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.1. 1.4.2. 10 10 10 10 10 50 2.1. 2.2. 10 10 20 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.1. 3.4.2. 3.5. 3.6. 3.7. 10 10 10 10 10 10 10 10 80 4.1. 4.2. 4.3. 10 10 10 30 5.1. 5.2. 10 10 20 Total 200