Prova com Gab Final

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Departamento de Química Fundamental 
 
Universidade Federal de Pernambuco 
 
Gabarito Prova Final de Química Geral 1/11 – 2004/II data: 15/03/2005 
 
1. A variação de energia interna para a combustão de 1,0 mol de metano em um cilindro 
fechado por um pistão móvel, de acordo com a reação: 
CH4 (g) + 2 O2 (g)  CO2 (g) + 2 H2O (g) é de – 892,4 kJ. O pistão realiza um trabalho de 
expansão de 492 kJ devido a esta reação de combustão. a) Qual o calor envolvido neste 
processo? b) Em que sentido o calor flui ? 
a) 
wqU
 
kJU 4,892
 
O pistão realiza trabalho sobre a vizinhança, logo 
kJw 492
 
kJqkJ 4924,892
 
kJq 4,400
 
b) O calor flui do sistema para a vizinhança. Portanto, a reação é exotérmica. 
 
2. Considere a reação da magnetita (Fe3O4) com carbono (grafite) para produzir ferro metálico e 
dióxido de carbono, de acordo com a reação abaixo: 
Fe3O4(s) + 2 C (grafite) 3 Fe(s) + 2 CO2 (g) 
(a) Calcule H
o
 e S
o
 para esta reação. 
(b) Em que faixa de temperatura esta reação será espontânea? Justifique 
a) 
reagentesHnprodutosHnH ffreação
 
)()(43)(2)(
2123 sfsfgfsfreação CHOFeHCOHFeHH
 
111 38,331024,118.115,393203 molkJmolkJmolkJH reação
 
reagentesSnprodutosSnS reação
 
)()(43)(2)(
2123 ssgsreação CSOFeSCOSFeSS
 
11111111 7.524,14617,21323,273 KmolJKmolJKmolJKmolJS reação
11111111 5,3518,1574,4279,81 KmolJKmolJKmolJKmolJS reação
 
(b) Processo espontâneo é aquele que apresenta uma variação de energia livre negativa. 
0STHG
 
K
KmolJ
molJ
S
H
T 7,942
5,351
1038,331
11
13 
A variação da energia livre será negativa quando a temperatura for maior que 942,7 K. 
 
3. a) Calcule a concentração do íon hidrônio (H3O
+
) e o pH de uma solução aquosa 0,015M de 
ácido acético (CH3CO2H). 
Solução: CH3CO2H(aq) + H2O(l) CH3CO2
– 
 (aq) + H3O
+
 (aq) 
][
][][
23
323
HCOCH
OHCOCH
K
 
 CH3CO2H(aq) + H2O 
(l) 
 CH3CO2
– 
 (aq) 
+ 
H3O
+ 
(aq) 
Início 0,015 M 0 0 
Variaçã
o 
– x x x 
Equilíbri
o 
0,015 – x x x 
 
5
23
323 108,1
][
][][
HCOCH
OHCOCH
K
 
5108,1
015,0 x
xx
 
Considerar que: [CH3CO2H] equilíbrio = [CH3CO2H] inicial 
5108,1
015,0
xx
 
475 102,5107,2108,1015,0x
 
 [ H3O
+
 ] = 5,2 .10
–4
 M 
Porcentagem de desprotonação: 
%5,3%100
015,0
104,5
%100
][
][ 4
inicialHA
A
 logo a aproximação é válida. 
 
 pH = – log [H3O
+
 ] 
 
 logo: pH = – log ( 5,4 . 10–4 ) pH = 3,28 
 
b) Uma solução 0,015M de ácido cloroacético apresenta um pH de 2,42. Qual ácido, cloroacético 
ou acético, é mais forte? Justifique. 
 
A força de doação de prótons de um ácido em água (dissociação) é medida pela sua constante de 
acidez (Ka). Quanto maior o Ka mais forte será o ácido, mais dissociado. 
As concentrações das soluções aquosas dos ácidos cloroacético e acético são as mesmas, portanto, 
podemos analisar diretamente os valores de pH. 
Quanto maior o valor do pH (pH = - log [H3O
+
]) menor será a concentração de [H3O
+
], e portanto, 
o ácido está menos dissociado. 
O valor do pH da solução de ácido acético foi calculado no item (a) e é igual a 3,28. O pH da 
solução de acido cloroacético é de 2,42. Logo o ácido cloroacético é um ácido mais forte que o 
ácido acético. 
4. Uma pilha é montada, a 25 ºC, com um eletrodo de prata em 1,0L de solução de AgNO3 
0,020M, e um eletrodo de níquel em 1,0L de uma solução de NiCl2 0,20M. 
a) Determine o potencial padrão desta célula. 
b) Determine o potencial nas condições indicadas. 
c) Calcule a concentração final de Ni2+ na pilha se ela operou por 9650 segundos fornecendo uma 
corrente de 1,0 A. 
Dados tabelados: Ag
+
(aq) + e
- 
 Ag(s) redução = + 0,80V 
Ni
2+
(aq) + 2 e
-
 Ni(s) redução = – 0,25V 
 
Ni (s) é um agente redutor mais forte que a Ag (s) logo: 
cátodo: 2e
- 
+ 2Ag
+
(aq) 2 Ag(s) redução = + 0,80V 
ânodo: Ni(s) 2e
-
 + Ni
2+
(aq) redução = – 0,25V 
 ___________________________ 
 2Ag
+
(aq) + Ni(s) 2 Ag(s) + Ni
2+
(aq) 
 
célula = redução (cátodo) – redução (ânodo) = 0,80V – (– 0,25V ) = 1,05V 
 
b) 
Q
n
EE ln
025693,0
 500
)02,0(
)2,0(
0,1
][
0,1
][
22
2
M
Ag
M
Ni
Q Concentração padrão = 1,0 M 
VVVVVE 970,00798,005,1215,6
2
025693,0
05,1500ln
2
025693,0
05,1
 
 
c) Semi-reação: 2e
-
 + Ni
2+
(aq) Ni(s) 
 
CsAtiQ 650.9650.90,1
 
 
FnQ
 
mol
CnC 500.96650.9
 logo: n = 0,10 mol de elétrons transferidos. 
 
 2,0 mols de elétrons 1 mol de Ni
2+
 (consumido) 
 0,1 mol de elétrons X mol de Ni
2+
 
 X = 0,05 mol de Ni
2+
 foram consumidos 
 
M
L
molmol
V
nn
Ni
consumidoinicial
15,0
0,1
05,02,0
][ 2
 (concentração de Ni
2+
 após 9.650s) 
 
 
5. O leite cru azeda em aproximadamente 4h a 28 C, mas ao redor de 48h no refrigerador a 5 C. 
Qual é a energia de ativação para o azedamento do leite? 
 
O único fator que está sendo alterado é apenas a temperatura, portanto ocorrerá uma variação na 
velocidade da reação devido a uma alteração na constante de velocidade. 
Temperatura T1 = 5 C = 278K temos uma velocidade V1 e k1 
Temperatura T2 = 28 C = 301K temos uma velocidade V2 e k2 
Na temperatura de 28 C a decomposição do leite ocorre em 4h e na temperatura de 5 C em 48h, 
logo a reação de decomposição é 12 vezes mais rápida na temperatura maior, ou seja: V2 = 12 V1. 
Considerando que a velocidade se altera devido a variação de k temos: k2 = 12 k1. 
211
2 11ln
TTR
E
k
k a
 logo: 
KK
molK
J
Ea
301
1
278
1
314,8
12ln
 
mol
J
KK
molK
J
Ea
4
1313
1051,7
10322,310597,3
314,8)12ln( 
Dados: 
Massas moleculares ( g.mol
-1
 ): C = 12; H = 1; O = 16; Cl= 35,5; Ni = 58,71 
R = 8,314 J.K
–1
.mol
–1
 = 0,082 atm.L.K
–1
mol
–1
 
F = 9,65 x 10
4
 C/mol 
1
 1 C = 1 A. s 1 J = 1 V. C 
1 atm.L = 101,325 J 1atm = 1,01325 bar ( pressão padrão = 1 bar) 
wqU
; H =U + PV; 
T
dq
dS rev
; 
1
2
Rev lnw
V
V
nRT
 
VPw extIrrev
 
q= C T 
dVPdw ext
 
1
2ln
V
V
nRS
 (processo isotérmico); 
1
2ln
T
T
CS
 
QRTGG ln
 
STHG
 
 
Q
n
EE ln
0257,0
 
0257,0
ln
En
K
 
FnQ
 
tiQ
 
v k
 
0
A A kt
 
0
1 / 2
A
2
t
k
 
Av k
 
0
ln A ln A kt
 
1 / 2
ln 2
t
k
 
2
Av k
 
0
1 1
A A
kt
 
1 / 2
0
1
A
t
k
 
aE
RTk A e
 
ln ln a
E
k A
R T
 
2
1 1 2
1 1
ln a
k E
k R T T
 
Dados Termodinâmicos a 298K (25 C) 
Substância C (grafite) Fe (s) Fe3O4 (s) CO2 (g) 
H f (kJ. mol
-1
) 0,0 0,0 –1,118,4 –393,51 
S (J. mol
-1
 K
-1
) 5,7 27,3 146,4 213,7 
 
Potenciais de Redução Padrão a 298K 
 Semi-reação ( V ) 
Ag
+
(aq) + e
- 
 Ag (s) + 0,80 
Cu
2+
(aq) + 2e
-
 Cu (s) + 0,34 
2H
+
(aq) + 2e
-
 H2 (g) 0,0 
Ni
2+
(aq) + 2e
-
 Ni (s) – 0,25 
 
Constantes de equilíbrio à 25
o
C 
Ácido Fórmula Ka Kw 
Água H2O 1,0 x 10
 –14
 
Ácido acético CH3CO2H 1,8 x 10
 –5 
-