Prova com GABARITO - 2EE

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GABARITO
Química Geral 1 – 2016.1 – Segundo Exercício – 24/05/2016
	1.
	a) Calcule a energia livre padrão da reação da protonação da água pelo ácido acético (CH3COOH) no equilíbrio a 298K. 
b) Escreva a equação química que representa a referida reação. 
c) Sabendo que para esta reação Sor= -98,3 J/K, responda: o valor de Ka será maior se a temperatura aumentar? Justifique. 
Resolução:
a) Sabendo a relação entre K e Gor, e sabendo que a constante de equilíbrio para a reação citada é a constante de ionização (Ka) do ácido acético, temos:
Logo: ln (1,8 x 10-5) = -Gor/(8,3145JK-1mol-1 x 298K). 
Portanto: Gor= + 27069 J/mol ou Gor= + 27,07 kJ/mol
b) 
De forma alternativa, se utilizarmos a representação genérica HA representando o ácido acético, temos:
c)
Utilizando os valores de Gor e Sor, podemos calcular Hor para saber se a reação é endotérmica ou exotérmica:
27069 Jmol-1 = Hor-298(-98,3 JK-1). Logo: Hor= -2224 J/mol ou Hor= -2,22 kJ/mol
Sendo o sentido direto exotérmico (Hor< 0), o aumento da temperatura favorece o sentido inverso (endotérmico), de acordo com o Princípio de Le Chatelier. Consequentemente, podemos concluir que o valor de Ka será menor com o aumento da temperatura. 
OU
Precisamos saber como Ka varia com a temperatura. A equação de van’t Hoff mostra que a variação da constante de equilíbrio com a temperatura depende do valor e do sinal de Hor ,
.
Utilizando os valores de Gor e Sor, podemos calcular Hor. 
27069 Jmol-1 = Hor-298(-98,3 JK-1). Logo: Hor= -2224 J/mol ou Hor= -2,22 kJ/mol
Analisando a equação de van’t Hoff e considerando que T2 é a temperatura mais alta, vemos que (1/ T1 – 1/ T2) será positivo, e sendo Hor negativo, o termo da esquerda, ln(K2/ K1), será necessariamente negativo. Se ln(K2/ K1) é negativo, então (K2 / K1) < 1, e portanto K2< K1 .
Assim, a constante de equilíbrio Ka não será maior, e sim menor, se a temperatura aumentar.
	2.
	Uma companhia de fertilizantes produz amônia em larga escala. A equação abaixo representa a reação que ocorre dentro do reator:
Para aprimorar a produção, o engenheiro responsável estudou o equilíbrio acima, modificando três parâmetros reacionais: temperatura, concentração e volume do reator.De acordo com o gráfico, indique as mudanças realizadas nos tempos t1, t2 e t3 e como o equilíbrio respondeu a estas mudanças (foi deslocado no sentido direto ou inverso?). Justifique de modo sucinto. 
Resolução:
Em t1, podemos observar um aumento brusco apenas na concentração de N2, o que indica que houve acréscimo deste reagente. Com isso, a reação espontânea foi a direta (consumo da espécie adicionada) até que o equilíbrio fosse novamente atingido.
Em t2, podemos observar um aumento brusco em todas as concentrações, o que indica que houve redução do volume (compressão). Com isso, a reação espontânea foi a direta (no sentido de produzir o menor número de mols gasosos) até que o equilíbrio fosse novamente atingido.
Em t3, observamos o início de uma variação gradual em todas as concentrações, com consumo de produto e formação de reagentes. O equilíbrio foi deslocado no sentido inverso. Sabendo que a reação é endotérmica nesse sentido, concluímos que em t3 o equilíbrio foi deslocado por um aumento de temperatura.
	3.
	Encontre a concentração inicial de uma solução aquosa de piridina, C5H5N, cujo pH é 9,1 a 298 K. 
Resolução:
Sabendo que o pH é 9,1, pOH é 4,9, segundo a escala de pH a 298 K. Logo, a concentração de [-OH] no equilíbrio é 10-4,9 = 1,26 x 10-5 M. Podemos fazer uso da tabela de equilíbrio para auxiliar a encontrar a concentração inicial de piridina:
Tabela de equilíbrio
	
B(aq) + 
H2O(l)
BH+(aq)
+ -OH(aq)
Início
C
1
0
0
Equilíbrio
C - x
1
x
x
Assim, Kb = x2/(C-x); 1,8 x 10-9 = (1,26 x 10-5)2/(C - 1,26 x 10-5); C = 0,0882 M.
	4.
	Uma sugestão para evitar contaminações em frutas e legumes pelo bacilo do cólera é deixá-los de molho em um litro de solução de água com uma colher de sopa de água sanitária. A concentração de hipoclorito de sódio (NaClO) de uma determinada água sanitária é 37,25 g/L. Considerando a capacidade da colher de sopa igual a 10 mL, calcule o pH da solução final após a adição da colher de água sanitária e posterior diluição para 1 litro.
Resolução:
Massa Molar do NaClO M= 23 + 35,5 + 16 = 74,5 g/mol
Cálculo da concentração molar de NaClO na água sanitária: C (mol/L) = = = = 0,5 mol/L
Cálculo da concentração molar de NaClO no molho:
CiVi = CfVf
 0,5 x 10 = Cf x 1000 Cf = 0,005 mols/L
O hipoclorito de sódio se dissocia em água de acordo com a equação abaixo. Estando o sal completamente dissociado, a concentração de hipoclorito é 0,005 mols/L.
NaClO(s) → ClO-(aq) + Na+(aq)
0,005 mols/L0,005 mols/L0,005 mols/L
O cátion sódio (Na+) apresenta caráter “neutro”,enquanto o ânion hipoclorito (ClO-) possui caráter básico (base conjugada de um ácido fraco), e sua presença tende tornar a solução alcalina. 
A hidrólise do ânion hipoclorito pode ser expressa como:
ClO-(aq) + H2O(l) ⇌ HClO(aq) + OH-(aq)
A partir da equação acima a expressão de Kb é obtida:
O Kb pode ser calculado a partir do Ka, pois Ka x Kb = Kw = 10-14 em 25º C
Sendo Ka = 3,0 x 10-8, Kb = Kw/Ka = 10-14/3,0 x 10-8 = 3,33 x 10-7
As concentrações das demais espécies no equilíbrio podem ser inferidas a partir da estequiometria da reação como mostra a tabela abaixo:
ClO-
HClO
OH-
Início
0,005 mols/L
0
0
Mudança
-x
+x
+x
Equílíbrio
0,005 -x
x
x
Substituindo os dados na expressão de Kb obtemos:
Como Kb é muito pequeno podemos fazer 0,005-x = 0,005
 x = 4,06 x 10-5
A aproximação realizada foi válida, uma vez que x ( 5% da concentração inicial.
O pH da solução doi "molho" pode ser calculado a partir do pOH, sendo pH + pOH = 14 a 25ºC e [OH-]equilíbrio = x = 4,06 x 10-5 mols/L
pOH = -log[OH-] = -log 4,06 x 10-5 = 4,39
pH = 14-4,39 = 9,61
	5.
	a) Calcule a solubilidade molar do CuCl em água a 298K.
b) Calcule a solubilidade molar do CuCl após adição a uma solução de CaCl2 0,1 M a 298K.
c) Justifique a diferença entre os valores encontrados nas letras a) e b).
Resolução:
	a) CuCl(s) 
 Cu+1(aq) + Cl-1 (aq). 
	A solubilidade molar é a solubilidade na solução saturada. 
	A partir de Kps = [Cu+1][ Cl-1] = x2 = 10-6; x = 10-3 M
	b) Numa solução de CaCl2 0,1M, a concentração de íons Cl- é 0,2M. 
	Logo, 10-6 = (x) (0,2+x). Encontrando x, x = 5 x 10-6M.
	c) Em b) o valor é menor devido ao efeito do íon comum, que é o íon cloreto, 	o que diminui a solubilidade do soluto no meio. 
	
Dados: 
Massas molares: C= 12,0 g/mol; H= 1,0 g/mol; O = 16,0 g/mol; N = 14,0 g/mol; Br = 79,9 g/mol; P = 31,0 g/mol-1; Na = 23 g/mol; Cl = 35,5 g/mol; Cu = 63,5 g/mol; Ca = 40 g/mol
Constantes: 
= 8,314 x 10–2 L. bar. mol–1K–1
 F = 9,65 x 104 C mol–1; NA = 6,02 x 1023mol-1; k = R/NA = 1,3807 x 10-23 J K-1.
Fatores de conversão: 1 bar = 105 Pa; 1 atm = 1,01325 x 105 Pa; 1 Torr = 133,3 Pa; 1 atm = 760 Torr; 1bar = 750 Torr; 1 L.atm = 101,325 J; 1 cal = 4,184 J; 1 L = 10-3 m3; 1 C = 1 A. s; 1 J = 1 C. V
	
Constantes de equilíbrio a 298K:
	Ka (CH3COOH) = 1,8 x 10-5
Kb (Piridina) = 1,8 x 10-9
Ka (HClO) = 3,0 x 10-8
	Kps (CuCl) = 10-6
Kps (AgCl) = 1,6 x 10-10
Kw = 10-14
Equações:
	
	H = U + PV
	G = H – TS 
	q = C(T
	PV = nRT
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	[H3O+] = 10-pH
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
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