Prova com Gab - 2ºEE

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Química Geral 1 – 2018.2 – Segundo Exercício – 16/10/2018 
GABARITO 
01. (2 pts) La Rinconada, no Peru, é a cidade mais alta do mundo e fica a 5130 metros 
acima do nível do mar. Se para a acetona DHvapº = 31,3 kJ.mol-1 é constante e Te = 56,09 ºC 
ao nível do mar, calcule a temperatura de ebulição em La Rinconada, sabendo que a pressão 
atmosférica varia com a altura h através da equação 𝑝 = 𝑝# ⋅ 𝑒&'×)	sendo p0 a pressão 
atmosférica padrão ao nível do mar e L = 1,1856 x 10-4 m-1.	
Resposta: 
Sendo a DvapH0 da acetona constante, podemos relacionar a pressão de vapor com a temperatura 
através da equação de Clausius-Clapeyron: 
 𝑙𝑛 --. = /0123.4 ⋅ 567 − 56 utilizando 𝑝 = 𝑝# ⋅ 𝑒&'×) ⇒ --. = 𝑒&'×) 
 𝑙𝑛 𝑒&'×) = 𝛥;<-𝐻#𝑅 ⋅ 1𝑇A − 1𝑇 ⇒ −𝐿×ℎ = 31,3×10G𝐽 ⋅ 𝑚𝑜𝑙&58,3145𝐽 ⋅ 𝐾&5 ⋅ 𝑚𝑜𝑙&5 ⋅ 1273,15 + 56,09 𝐾 − 1𝑇 −0,608 = 3764,51𝐾 ⋅ 1329,24𝐾 − 1𝑇 ⇒ −1,615×10&T𝐾&5 = 3,037×10&G𝐾&5 − 1𝑇 −3,1985×10&G𝐾&5 = − 1𝑇 ⇒ 𝑇 = 312,64𝐾	𝑜𝑢	39,50 V𝐶 
 
02. (2 pts) A mistura de quatro gases: CH4, H2O, CO e H2 colocada em um reator atinge 
o equilíbrio descrito pela equação termoquímica, a 298 K: 
CH4(g) +H2O(g) ⇌	CO(g) +3H2(g) ∆H°=+206 kJ 
Certas mudanças são feitas na mistura em equilíbrio. Examine cada mudança especificada e 
explique o efeito que essa mudança produz no sentido da reação e no valor da constante de 
equilíbrio (aumenta ou diminui). 
a) Adição de CO; b) Adição de CH4; c) Remoção de H2; d) Aumento da temperatura para 400 
K; e) Diminuição do volume do reator. 
 
 
 
Resposta: 
Segundo o princípio de Le Chatelier, quando uma perturbação é aplicada a um sistema em equilíbrio, 
o sistema reage no sentido de contrariar essa perturbação. E o valor da constante de equilíbrio só varia 
com a alteração da temperatura do sistema. Assim, 
a) A adição de CO (produto) à mistura em equilíbrio desloca a reação no sentido dos reagents (sentido 
inverso), sem alterar o valor de K. 
b) A adição de CH4 (reagente) à mistura em equilíbrio desloca a reação no sentido dos produtos, sem 
alterar o valor de K. 
c) Remover H2 do sistema irá favorecer a geração de produtos, deslocando a reação no sentido direto, 
sem alterar o valor de K. 
d) Pelo princípio de Le Chatelier, aumento da temperatura favorece o sentido endotérmico do 
equilíbrio químico. Como o equilíbrio de interesse está caracterizado por um valor de ∆H°>0 
(processo endotérmico), aumentos de temperatura T2>T1 favorecem a geração de produtos e, portanto, 
o sentido direto da reação. 
Pela equação de Van’t Hoff: 𝐿𝑛 𝐾X𝐾5 = ∆𝐻°𝑅 1𝑇5 − 1𝑇X 	
Se T2 > T1, portanto, o termo: 1𝑇5 − 1𝑇X > 0 
 
Como é um processo endotérmico, ∆3°4 > 0 
Assim, 𝐿𝑛 \]\^ > 0; \]\^ > 1. 
Logo o valor de K para este equilíbrio irá aumentar com o aumento da temperatura. 
 
e) A diminuição do volume do reator irá deslocar a reação no sentido em que houver formação do 
menor número de moléculas gasosas. Ao existir uma quantidade maior de moléculas de gás nos 
produtos (1+3) do que nos reagentes (1+1), a reação se irá deslocar no sentido dos reagentes, sem 
alteração do valor de K. 
	 	
03. (2 pts) a) A constante de acidez da dissociação do ácido acético, CH3COOH, em água 
é 1,8x10-5 a 25°C. Calcule o Ka do ácido acético a 90°C, sabendo que a entalpia-padrão para 
esta dissociação é - 4,4 kJ/mol. 
b) Uma solução aquosa de ácido acético 0,2 M foi preparada e aquecida até 90°C. Calcule o 
pH da solução e o percentual de desprotonação do ácido acético nessa temperatura. 
Resposta: 
a) Para calcular o Ka do ácido acético em outra temperatura, basta usar a equação de van't Hoff: 
ln (K2/K1) = DH/R(1/T1 - 1/T2) = - 4400/8,314 (1/298 - 1/363) = - 0,318; 
K2/K1 = e^-0,394 = 0,728; K2 = 1,8 x 10-5 x 0,674 = 1,31 x 10-5 
 
b) Para calcularmos o pH e o percentual de desprotonação, podemos fazer uso da tabela de equilíbrio: 
 CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO
- (aq) + H3O+(aq) 
Início: 0,2 1 0 0 
Mudança: -x 1 + x + x 
Equilíbrio: 0,2-x 1 x x 
 
1,31 x 10-5 = x2/(0,2-x); x = 1,62 x 10-3 M. 
Logo: pH = -log [1,55 x 10-3] = 2,79 
E o percentual de desprotonação: 1,62 x 10-3/0,2 x 100% = 0,81% 
 
04. (2 pts) O benzoato de sódio (C6H5COONa) é utilizado como agente preservante nas 
indústrias de alimentos e bebidas como refrigerantes e sucos. Calcule o pH de uma solução 
0,65 mol.L-1 de benzoato de sódio, a 25 ºC. Considere que o sal esteja totalmente dissociado. 
Resposta: 
O benzoato de sódio se dissocia em água de acordo com a equação: 
C6H5COONa(aq) → C6H5COO-(aq) + Na+(aq) 
O cátion sódio (Na+) apresenta caráter “neutro”, enquanto o ânion benzoato (C6H5COO-) possui 
caráter básico (base conjugada de um ácido fraco) o que indica que a solução tem o pH básico (pH > 
7). 
A hidrólise do ânion benzoato pode ser expressa como: 
C6H5COO-(aq) + H2O(l) ⇌ C6H5COOH(aq) + OH-(aq) 
 base ácido conjugado 
 A partir da equação a expressão de Kb é obtida: 𝐾𝑏 = 	 [𝐶a𝐻b𝐶𝑂𝑂𝐻][𝑂𝐻&][𝐶a𝐻b𝐶𝑂𝑂&] 
 
A partir do valor dado de Ka calcula-se Kb sabendo que em Ka x Kb = Kw = 10-14 em 25 ºC. Sendo 
Ka = 6,5 x 10-5 , Kb = Kw/Ka = 10-14/6,5 x 10-5 = 1,54 x 10-10 
Dada a concentração inicial do ácido benzóico, as concentrações das espécies no equilíbrio podem ser 
inferidas a partir da estequiometria da reação como mostra a tabela abaixo: 
 C6H5COO- C6H5COOH OH- 
Início 0,65 mol.L-1 0 0 
Mudança - x + x + x 
Equílíbrio 0,65 - x x x 
Substituindo os dados na expressão de Kb obtemos: 1,54	𝑥	10&5# = 	 𝑥X0,65 − 	𝑥 			 ;			 
Como Kb é muito pequeno podemos fazer 0,65-x = 0,65 1,54𝑥10&5# = 	 g]#,ab 𝑥 = 	10&b	 	
A aproximação realizada foi válida, uma vez que x < 5% da concentração inicial 
O pH da solução pode ser calculado a partir do pOH, sendo pH + pOH = 14 em 25ºC e [OH-]equilíbrio = 
x = 10-5 mols/L 
pOH = -log[OH-] = -log10-5 = 5 
 pH = 14 – 5 = 9 
 
05. (2 pts) Sulfeto de cádmio (CdS), um pigmento amarelo amplamente utilizado na 
fabricação de tintas, tem uma constante de produto de solubilidade igual a 1,0 × 10-28 a 298 K. 
a) Calcule a solubilidade molar do CdS a 298 K. 
b) Calcule a solubilidade molar do CdS a 298 K numa solução 0,01 mol.L-1 de Cd(NO3)2 (um 
sal solúvel). Discuta sucintamente a diferença nos valores encontrados nas letras “a” e “b”. 
c) Imagine que foram adicionados 1,0 × 10-3 mol de íons cádmio e 1,0 × 10-4 mol de íons 
sulfeto em 100 mL de água pura. Nesta condição, haverá formação de precipitado de CdS a 
298 K? 
Resposta: 
a) Em água 
 CdS(s) 			⇌ Cd2+(aq) + S2-(aq) 
Concentração inicial sólido 0 0 
Mudança de concentração sólido + x + x 
Concentração no equilíbrio sólido x x 
 
 Kps = [Cd2+][S=] = x . x = x2 𝑥 = 𝐾-i 𝑥 = 1,0	×	10&Xj 𝑥 = 1,0×10&5T 
Solubilidade molar do CdS = [Cd2+]= [S2-] =	𝑥 = 1,0×10&5T mol L-1 
Solubilidade molar do CdS = 1,𝟎×𝟏𝟎&𝟏𝟒 mol L-1 (0,50 pts) 
 
b) Em Cd(NO3)2 0,01 mol L-1 
CdS(s) 			⇌ Cd2+(aq) + S2-(aq) (sal pouco solúvel) 
Cd(NO3)2 (aq) ⇌ Cd2+(aq) + 2NO3-(aq) (sal muito solúvel) 
0,01 mol L-1 0,01 mol L-1 2×0,01 mol L-1 
[Cd2+]total = [Cd2+]Cd(NO3)2 + [Cd2+]CdS 
 
 
 
 
 
 
Assim, [Cd2+]total = 0,01 + x 
Kps = [Cd2+][S=] = (0,01 + x ) x 
Admitindo que x <<< 0,01 porque a constante do produto de solubilidade é muito pequena (1,0	×	10&Xj ) 1,0	×	10&Xj = 0,01 . x 
 CdS(s) 			⇌ Cd2+(aq) + S2-(aq) 
Concentração inicial sólido 0,01 0 
Mudança de concentração sólido + x + x 
Concentração no equilíbrio sólido 0,01+ x x 
x= [S2-] = 1,0	×	10&Xa mol.L-1 
Solubilidade molar do CdS = [S2-] =	𝑥 = 1,0×10&Xa mol.L-1 
Solubilidade molar do CdS = 𝟏, 𝟎×𝟏𝟎&𝟐𝟔 mol.L-1 (0,50 pts) 
 
- Análise da validade da aproximação feita em “b” 
0,01 mol L-1 ® 100% 
1 × 10-26 mol L-1 ® y = 1 × 10-26 % 
Como o valor de "x" representa menos que 5% do valor da concentração inicial de Cd2+ (0,01 mol 
L-1), a aproximação é válida. (0,125 pts) 
 
- Análise sobre a variação da solubilidade molar do CdS nos itens “a” e “b” 
O valor da solubilidade molar encontrado na letra “b” (1,0×10&Xa	mol	L&5) é menor do que aquele 
encontrado na letra “a” (1,0×10&5T	mol	L&5) devido ao aumento da concentração do íon comum, 
Cd2+, proveniente da dissociação do sal Cd(NO3)2. A consequência disto é a diminuição da 
solubilidade molar do CdS. (0,125 pts) 
 
c) Para saber se haverá precipitação do sal, precisamos calcular o Qps e comparar com o valor do Kps 
do CdS (1,0 × 10-28). Para tal, precisamos encontrar as concentrações molares dos íons Cd2+ e S2- 
em solução: 
[Cd2+] = 
tuv]wx = 5,#	×	5#yz	{V|5##	×	5#yz				' [Cd2+] = 0,01 mol L-1 
[S=] = 
t}]-x = 5,#	×	5#y~	{V|5##	×	5#yz				' [S2-] = 0,001 mol L-1 
Qps = [Cd2+][S=] Qps = (0,01) × (0,001) Qps = 1,0 × 10-5 (0,50 pts) 
- Comparação dos os valores de Qps e Kps 
Como o Qps (1,0 × 10-5) é maior que o Kps (1,0 × 10-28) na mesma temperatura, vai haver formação de 
precipitado de CdS. (0,25 pts) 
 
Dados: Massas molares: C= 12,0 g/mol; H= 1,0 g/mol; O = 16,0 g/mol; N = 14,0 g/mol, He = 4,0g/mol, 
F: 19 g/mol; Na = 23 g/mol. Densidade: Água = 1,00 g.cm-3. -1 -1 -1 -1R =8,314 Jmol K =0,082 Latmmol K , 
F = 9,65 x 104 C mol–1; 1 bar ≈1 atm; 1 atm= 1,01325 x 105 Pa; 1 Torr = 133,3 Pa; 1 atm = 760 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 
Capacidade calorífica para a água: C = 4,18 J. K-1. g-1 = 75, 3 J. K-1. mol-1. Capacidades caloríficas 
específicas para gases: Moléculas Monoatômicas: Cv, m = 3/2 R; Cp,m = 5/2 R; Moléculas Poliatôm. lin.: 
Cv, m = 5/2 R; Cp,m = 7/2 R; Moléculas Poliatôm. não-lin: Cv, m = 3 R; Cp,m = 4 R; DH° fusão para a água 
= 6,01 kJ.mol-1; DH° vaporização para a água = 44,01 kJ.mol-1. 
 
Dados a 25 ºC 
Kw = 1,0x10-14 
Ka(CH3COOH) = 1,8x10-5 
Ka(C6H5COOH) = 6,5x10-5 
Kps(CdS) = 1,0 × 10-28 
 
Equações