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Química Geral (2o semestre de 2006) Exercícios de avaliações anteriores Atenção: I. Os exercícios apresentados neste material são de caráter meramente complementar. Para estudar para as avaliações atuais, recomenda-se a resolução dos exercícios apresentados no livro adotado para a disciplina II. Lembrar que nas avaliações da disciplina é vetado o uso de dispositivos eletrônicos com capacidade de armazenamento de texto. Calculadora que não seja alfanumérica pode ser utilizada. 1. Calcular a massa de cobre e de ácido sulfúrico necessários à produção de 499kg de CuSO4.5H2O (sulfato cúprico penta hidratado), dada a reação: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O 2. Na reação abaixo se for utilizado 290 g de MgSO4.7H2O, quantas gramas de Mg(OH)2 serão formadas? 3. A reação abaixo com 99% de rendimento percentual ocorre entre 1,0 kg de CaCO3 (carbonato de cálcio) com 90% de pureza e 20 L de uma solução aquosa de concentração 1 mol/L de HClO4 (ácido perclórico). Pede-se: a) A porcentagem em excesso b) O volume em litros de CO2 produzido à CNTP c) A massa em gramas de reagente em excesso que ficou sem reagir d) A massa em gramas de Ca(ClO4)2 produzida e) A massa em gramas de solução aquosa de ácido perclórico, se a porcentagem em massa de soluto for 10% CaCO3 (s) + 2 HClO4 (aq) � Ca(ClO4)2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) 4. Tem-se 20 moles de N2 sendo misturados num reator com 40 moles de H2 contendo um catalisador à pressão P e temperatura T, obtendo- se 24 moles de NH3. N2 + 3H2 � 2NH3 Determinar: a) o reagente limitante; b) a % de reagente em excesso; c) o rendimento percentual MgSO4 + 2 KOH � Mg(OH)2 + K2SO4 5. A cloropicrina (CCl3NO2), utilizada como inseticida, pode ser preparada segundo a reação representada pela equação: CH3NO2 + 3Cl2 → CCl3NO2 + 3HCl Em um ensaio de laboratório foram colocados para reagir 220 g de nitrometano (CH3NO2) e 922 g de gás cloro (Cl2). Determine: a) o reagente limitante b) a porcentagem de reagente em excesso c) a massa de cloropicrina obtida, se todo o reagente limitante foi consumido na reação. 6. Na reação abaixo, alimenta-se 5 mL de uma solução aquosa 2 mol/L de Ba(OH)2 para reação com 18x10 -3 moles de HC2H3O2, produzindo 1,2750 g de Ba(C2H3O2)2. Pede-se: a)Determinar o reagente limitante b)Obter o rendimento percentual da reação 2 HC2H3O2 (aq) + Ba(OH)2 (aq) � Ba(C2H3O2)2 (aq) + 2 H2O (liq) 7. Na combustão de 1,5 L de etanol (C2H5OH), utilizando 2,1 m 3 de oxigênio à CNTP, obteve-se vapor de água e 2,0 kg de CO2. Pede-se determinar: (Dado: densidade do etanol = 0,8 kg/L) a) o reagente limite; b) porcentagem de excesso; c) o rendimento percentual da reação. 8. Tem-se 5 mL de uma solução aquosa 2 mol/L de Fe2(SO4)3 para reagir com 58x10-3 moles de LiOH produzindo 0,7725 gramas de Li2SO4, conforme a reação abaixo. Pede-se: a) determinar o reagente limite; b) o rendimento percentual da reação Fe2(SO4)3 (aq) + 6 LiOH (aq) � 2 Fe(OH)3 (s) + 3 Li2SO4 (liq) 9. Um recipiente indeformável de 8,2x10-2 m3 a 167 ºF e 1,566 atm contém CH4 gasoso. Injeta-se neste recipiente 1,42 kg de gás cloro (Cl2), ocorrendo a seguinte reação não balanceada: CH4 (g) + Cl2 (g) � CCl4 (g) + HCl (g) Sabendo-se que o rendimento da reação é de 96,667%, pede-se: a) A porcentagem em excesso do reagente em excesso b) A pressão final do sistema em atmosferas, sabendo-se que a temperatura final é de 440,6 ºF 10. Alguns comprimidos de antiácido tem como princípio ativo carbonato de cálcio (CaCO3) para neutralizar o excesso de solução de ácido clorídrico (HCl) presente no estômago, conforme a reação não balanceada abaixo. CaCO3 (s) + HCl (aq) → CaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l) Admitindo rendimento da reação de 80%, pede-se: a. Qual o volume em mL de solução de HCl que pode ser neutralizado por um comprimido? b. Qual o volume em mL de CO2 formado a 36 ºC e 1 atm? Dado: cada comprimido contém 750 mg de CaCO3 e a concentração molar de HCl no estômago é de 3 mol/L 11. Em um processo descrito pelas reações consecutivas abaixo, ocorre obtenção de 261,0 g de K2SO4. Para o processo, determine as massas necessárias em gramas dos reagentes Na2C2O4, H2SO4, H2C2O4 e KMnO4. Admitir rendimento de 100% em ambas as reações. Na2C2O4 + H2SO4 � Na2SO4 + H2C2O4 2 KMnO4 + 5 H2C2O4 + 3 H2SO4 � 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O + K2SO4 12. Calcule a massa de alumínio (Al) e de ácido clorídrico (HCl) necessárias para a reação de redução de 500 g de óxido de cobre II (CuO) a cobre metálico (Cuo). Dado: MCuo = 63,5 g/mol. 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 CuO + H2 → Cu o + H2O 13. Considerando as reações abaixo, ambas com 100 % de rendimento, para a obtenção de 166,5 kg de Mg2P2O7 responda: a) Qual a massa necessária de MgNH4PO4? b) Qual a massa de NH3 obtida? MgNH4PO4 (s) + 6 H2O (v) � MgNH4PO4.6H2O (s) 2 MgNH4PO4.6H2O (s) � Mg2P2O7 (s) + 2 NH3 (g) + 13 H2O (liq) 14. A combustão do heptano ocorre segundo a reação: C7H16(l) + O2 (g) → CO2(g) + H2O(g) Sabendo-se que 180 g de heptano reagiram estequiometricamente com o oxigênio e que os produtos gasosos da combustão foram coletados num mesmo recipiente com capacidade de 738,66L a temperatura de 30ºC. Pede-se: a) balancear a equação química de combustão; b) as pressões parciais de cada componente contido no recipiente; c) a densidade da mistura gasosa obtida nas condições do problema. 15. Uma mistura equimolar de SO2 e O2 encontra-se contida num recipiente de 82 L de capacidade sob uma pressão de 1,5 atm e 27ºC . Adiciona-se um catalisador adequado quando se verifica a reação: SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g) (rendimento percentual de 80%) Sabe-se que a pressão do sistema passa a ser 2,5 atm. Determine: a) a temperatura final; b) a composição da mistura em porcentagem molar, após a reação. 16. Um recipiente de 37,3 m³ a 30 ºC e a uma pressão de 2 atm contém amônia gasosa (NH3). É injetado nesse recipiente 4,5 kmol de oxigênio gasoso (O2) e se promove a reação: 4NH3 (g) + 5O2 (g) → 4NO (g) + 6H2O (g) Sabendo-se que o rendimento da reação é de 75 %, determine: a) a pressão final do sistema, sabendo que o recipiente indeformável, é mantido a 30ºC; b) a composição molar da mistura gasosa depois da reação. 17. Uma mistura gasosa constituída pelos gases C2H4 e H2, na proporção molar de 1:1 ocupa um volume de 22,75 L à pressão de 600 mm Hg e temperatura de 40 ºC. Mantendo-se o volume e a temperatura constantes a mistura passa por um catalisador, quando ocorre a reação: C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) Sabendo-se que 80 % do C2H4 presente na mistura inicial transforma-se em C2H6, pede-se: a) a pressão total após a reação; b) a composição da mistura em porcentagem molar após a reação. 18. Uma mistura contendo 60 % de H2 e 40 % de O2 em volume encontra-se a 116,6 ºF sob pressão de 4,1 atm ocupando um volume de 80 litros. Sob a ação de um catalisador ocorre a reação: H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g) Sabendo-se que a reação ocorre consumindo totalmente um dos reagentes, mantendo-se o volume constante e elevando-se a pressão para 6,5 atm determinar: a) o reagente limitante; b) a porcentagem em excesso do R.E.; c) a temperatura em graus Celsius após a reação. 19. Num reator há 2 mols de CH4 e 6 mols de O2. Provoca-se a reação abaixo, que resulta na formação de 0,9 mols de CO2. CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g) Sabendo-se que a mistura inicial ocupa um volume de 100 L à pressão de 1,968 atm. a 27ºC e que após a reação a mistura ocupa um volume de 50 L com uma temperatura de 177ºC, pede-se determinar: a) o reagente limite; b) a porcentagem em excesso; c) a pressão total em atm da mistura após a reação. 20. Em um recipiente de 1m3 fechado e indeformável, na temperatura de 80,6 °F, há 220 g de propano (C3H8) e 1,2 kg de O2. Dentrodeste recipiente ocorre uma faisca, e tem-se início a reação de combustão do propano: C3H8 (g) + 5 O2 (g) � 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) Após a reação observou-se que a temperatura aumentou para 527°C. Calcule as pressões parciais (em atm) dos componentes gasosos após a reação de combustão b) a densidade (em g/L) da mistura gasosa após a reação 21. Qual a temperatura final se 0,9 litros de gás CH4 a –23 oC e 2 atm forem comprimidos a 0,2 litros, sendo a pressão após a compressão de 9,828 atm? 22. Qual seu volume final em litros de uma bexiga cheia de gás He, se inicialmente a bexiga apresentou volume de 3,4 L e foi preenchida com o He a 35 oC e pressão interna de 1,2 atm? Sabe-se que na condição final, a temperatura é de 90 oF e a pressão é 700 mmHg. 23. Se 1200 cm3 de ar a 82,2 kPa e 212 oF são resfriados a 80oC, alcançando um volume de 9,9.10-4 m3, qual a pressão em mmHg na menor temperatura? 24. No recipiente em forma de paralepípedo ilustrado na figura ao lado, as dimensões internas em centímetros são: largura (L) = 40, comprimento (C) = 25 e altura (H). Sabe-se que dentro do mesmo há 1,9804 moles de uma mistura composta pelos gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e vapor de água (H2O), cujas pressões parciais em milímetros de mercúrio são respectivamente 553, 147 e 23 a temperatura de 68 oF. a) o valor em centímetros da altura interna H do recipiente. b) a densidade da mistura gasosa em gramas por litro. c) o valor em gramas das massas de cada um dos três gases que compõe a mistura gasosa. (*) desenho fora de escala 25. 5,0 moles de uma mistura gasosa que encontra-se a 80,6 ºF e 2,0 atm de pressão apresenta a seguinte composição em porcentagem molar: 40 % CO2, 35 % N2 e 25 % O2. Pede-se: a) as pressões parciais (atm) dos componentes da mistura; b) o volume (L) ocupado pela mistura nessas condições; c) o valor da massa molar média da mistura (M); d) o valor da densidade (g/L) nessas condições. 26. Tem-se uma mistura gasosa constituída por 2,8 g de CO e 8,8 g de CO2 ocupando um volume de 3,0 L na temperatura de 80,6 ºF. a) as frações molares dos componentes da mistura gasosa; b) a pressão total (atm) da mistura gasosa; c) o valor da massa molar média da mistura (M); d) o valor da densidade nessas condições. 27. Uma mistura gasosa formada por 20 % de H2, 50 % de CO2 e 30 % de N2 (em porcentagens volumétricas), ocupa um volume total de 15 litros a temperatura de 27 ºC e pressão total de 2,6 atm. Esta mistura sofre uma compressão isotérmica passando a ocupar um volume total de 7,5 litros Pede-se: a) a pressão total (atm) do sistema; b) a densidade da mistura para a situação final. 28. Num cilindro de 30 dm3 de volume, é armazenado hidrogênio gasoso (H2) numa temperatura de 27 ºC e pressão de 1,5 atm. Após a injeção de uma certa quantidade de gás carbônico (CO2) no mesmo cilindro, a pressão total passa a ser 5 atm. Qual a composição em frações molares da mistura final e a pressão parcial (atm) de cada gás, considerando que a temperatura permanece constante? 29. Uma mistura gasosa (m.g.) formada por 30 g de O2, 20 g de N2 e 10 g de H2 ocupa um volume de 10 litros a uma temperatura de 27 ºC. a) a pressão total (mmHg) da mistura; b) as pressões parciais (mmHg) dos componentes da m.g.; c) a densidade dessa m.g.; d) a composição em porcentagem molar dos componentes da m.g. 30. Para uma m.g. (mistura gasosa) a temperatura de 43 ºC e pressão de 1,2 atm, cuja composição é: 3 kg de O2, 12 kg de CH4 e 5 kg de N2, determine: a. O volume da m.g. em m3 b. A composição da m.g. em porcentagem molar c. A massa molar média da m.g. d. A porcentagem em massa de cada gás 31. Uma pessoa calibra os pneus de 25x103 cm3 de um carro com 24 lb/pol2 de ar seco a 27 ºC. Após ter rodado alguns quilômetros, nota que os pneus atingiram uma temperatura de 134,6 ºF. Considerando que o volume dos pneus permaneça inalterado, qual será a pressão final do pneu em atm? Qual o número de moles de ar seco final no pneu? Quais as pressões parciais finais em atm e as massas finais em gramas de O2 e N2 presentes no pneu? Dados: 1 lb/pol2 = 0,068 atm; composição em fração molar do ar seco: 0,21 O2 e 0,79 N2 32. Um gás encontra-se em um recipiente indeformável de 10 L a 57 oC e 1,2 atm. Aumentando-se a temperatura até 277 oC, constata-se que certa massa de gás escapa através de uma válvula, instalada no recipiente que mantém a pressão constante. Calcule a porcentagem em massa de gás existente inicialmente no recipiente que escapa. 33. O NaCl pode ser obtido pela evaporação da água do mar, ou seja, a medida que a água evapora a solução remanescente torna-se supersaturada, promovendo sua cristalização. Para o NaCl contido em 700 litros de uma solução de densidade 1,075 g/mL pede-se: a) Qual a quantidade em kg de sal presente na solução? b) Qual a concentração em mol/L da solução? c) A 30°C, qual a massa mínima de água (em gramas) que se deve evaporar a fim de obter-se cristais de NaCl? d) Se resfriarmos essa solução a 273 K, quantos kg de NaCl precipitarão? Dados: tabelas de propriedades de soluções aquosas de NaCl ρ (g/mL) 1,0053 1,0125 1,0268 1,0413 1,0559 1,0707 1,0857 1,1009 1,1162 %massa NaCl 1 2 4 6 8 10 12 14 16 T (°C) 0 10 20 30 40 50 60 70 C.S.(g NaCl/100g H2O) 35,7 35,8 36,0 36,3 36,6 37,0 37,4 37,9 34. Um aluno deseja participar de um programa de mágica e para isso ele decide realizar o seguinte truque: ele coloca um ovo num béquer contendo 900 mL de água pura (ρH2O = 1,00 g/cm 3). O ovo sendo mais denso que a água afunda (ρovo = 1,03 g/cm 3). Em seguida vai adicionando NaCl na água, até que o ovo começa a flutuar. Ocorre simplesmente um aumento do valor da densidade do líquido, pois a solução (NaCl + H2O) é mais densa que a água pura. Para que o truque tenha efeito (o ovo começe a flutuar), determine: a) A massa mínima (g) de NaCl que deve ser adicionada à água pura b) A porcentagem em massa de NaCl na solução b) A molalidade da solução d) O volume em litros da solução (desprezando-se o volume do ovo) e) A concentração em mol/L da solução Dado: Tabela da densidade em função da porcentagem em massa para soluções aquosas de NaCl ρ (g/cm3) 1,0053 1,0125 1,0268 1,0413 1,0559 1,0707 1,0857 1,1009 1,1162 %massa NaCl 1 2 4 6 8 10 12 14 16 35. Responda com base no diagrama de fases da água representado abaixo: a) Por quais transformações físicas a água passa se for aquecida de –100 oC a 100 oC a pressão constante de 3 mmHg? b) Se a temperatura constante de 0,0099 oC a água passar de 5x10-3 atm a 0,999 atm, quais estados físicos atravessará? Onde: O = ponto triplo (S,L,G) A = ponto crítico 36. O calor específico da prata sólida é 0,235 J/g.K, seu ponto de fusão é 962 °C e o calor de fusão 2703 cal/mol. Qual a quantidade de calor em Joules necessária para converter 5,40 g de prata sólida (25 °C) a prata líquida a (962 °C)? 37. A amônia líquida (NH3) já foi amplamente utilizada em sistemas de refrigeração. O calor específico da substância líquida é 4,7 J/g.K e de seu vapor 2,2 J/g.K. Sua entalpia de vaporização é 23,33 kJ/mol no ponto de ebulição. Se forem aquecidos 12 kg de amônia líquida de -50.0 °C até o seu ponto de ebulição (-33,3 °C), considerando vaporização completa do líquido e depois se o vapor for aquecido até 0 °C, quantos kJ devem ser fornecidos para este processo? 38. O benzeno (C6H6) é um líquido orgânico que cristaliza a 5,5 °C. Que quantidade de calor se desprende quando 15,5 g de benzeno se cristalizam por resfriamento a 5,5 °C? O calor de fusão do benzeno é 9,95 kJ/mol. Se uma amostra de 15,5 g for fundida novamente (também a 5,5°C), qual a quantidade de calor necessária para convertê-la a líquido por aquecimento? (Respostas em kcal) 39. Em um recipiente adiabático contendo 100 g de um líquido de calor específico 3,5 J/g.K a 80 oC é adicionado um paralepípedo de metal a 25 oC, cujas dimensões em centímetros são: largura L = 5, comprimento C = 4 e altura H. Apósa adição da peça metálica no recipiente o mesmo é hermeticamente fechado, e o sistema entra em equilíbrio a 78,4 oC. Sabe-se que o ponto de fusão do metal é 973 oC, seu calor específico de sólido é 0,35 J/g.K e sua densidade é 7,4906 g/cm3. Qual a altura H em milímetros da peça metálica? 40. Em um recipiente adiabático (calorímetro) contendo 79,5 g de água líquida a 30 °C é adicionado um cubo sólido de C8H16O4 exatamente à temperatura de fusão deste material. O recipiente é imediatamente lacrado após a adição do cubo, cujas arestas medem 26,061 mm. Sabendo-se que a água fornece o calor exato para fundir o cubo, determine a temperatura de fusão em Kelvin do C8H16O4. Dados: H2O: c(liq) = 1 cal/g.K C8H16O4: ρ(sol) = 1,017 g/cm 3; ∆Hfusão = 16,3 kJ/mol 41. Sete quilogramas de vapor de uma determinada substância, inicialmente a 5 °C são resfriados até que haja condensação total do vapor e o líquido obtido seja resfriado abaixo da temperatura de condensação. Determine a temperatura final do líquido em oC, sabendo-se que no processo foram retirados 10.131,45 kJ de energia do sistema. Dados da substância: M = 20 g/mol; Tcondensação = -27 °C; c(liq) = 4,30 J/g.K; c(vap) = 2,05 J/g.K; Lcondensação = - 25,055 kJ/mol 42. Uma mistura constituída por ar e vapor saturado de água ocupa o volume de 6,0 litros à 30 °C e pressão total de 700 mmHg. Mantendo-se constante a temperatura, a mistura sofre expansão passando a ocupar o volume de 30 litros. Calcule após a expansão: a) a pressão parcial do vapor de água; b) a pressão total da mistura; c) a composição em porcentagem molar dos componentes da mistura. Dado: pºv a 30°C = 31,8 mmHg. 43. Um recipiente indeformável de 35 litros de capacidade contém 5 litros de líquido e uma mistura gasosa constituída por ar e vapor saturado desse líquido à temperatura de 27 °C e pressão total de 700 mmHg. Mantendo-se o volume gasoso constante, aumenta-se a temperatura do sistema para 77 °C ; quando se observa uma pressão total de 850 mmHg. Calcule : (Dado: pºv a 27 °C = 20 mmHg) a) pressão máxima de vapor do líquido na temperatura de 77 °C; b) o n° de moles do líquido evaporado. 44. Uma mistura gasosa contendo ar e vapor de água com 13,16% molar de vapor, ocupa um volume de 30 litros a 40 °C e pressão total de 140 mmHg. Mantendo-se a temperatura constante comprime-se a mistura até um volume de 10 litros, quando se atinge o equilíbrio LÍQUIDO-VAPOR, determine a pressão total do sistema após a compressão. Obs. Admitir desprezível a massa de vapor condensado após a compressão da mistura e pºv a 40 °C = 55,3 mmHg. 45. Você esqueceu uma jarra de 1,5 litros cheia de água em seu quarto, cujo volume livre é de 18,8 m3. O quarto encontrava-se a 25oC quando você fez isso. Supondo que o quarto seja adiabático e indeformável, a água contida na jarra irá evaporar completamente? Responda justificando com os devidos cálculos. Dados para H2O a 25 oC: pv o = 23,8 mmHg; ρ = 0,997 g/cm3 46. Suponha que nas mesmas condições do exercício anterior, ao invés de 1,5 litros de água, você tenha esquecido um “copo americano” (V = 300 mL) de etanol. Verifique se todo o etanol irá evaporar. Dados para etanol a 25 oC: pv o = 59 mmHg; ρ = 0,785 g/cm3 47. Um recipiente indeformável de 13 litros de capacidade contém 7 litros de água líquida e uma mistura gasosa constituída por ar e vapor de água saturado à temperatura de 28 °C. Nesta situação, a pressão total é de 750 mmHg. Mantendo-se o volume gasoso constante aumenta-se a temperatura do sistema para 68 °C, quando se observa uma pressão total de 920 mmHg. Determine: a) a pressão máxima de vapor de água na temperatura de 68°C; b) a massa em gramas de água evaporada Dado: p°v(agua) a 28 °C = 28,3 mmHg 48. Os reagentes A e B formam os produtos C e D conforme a seguinte reação: A + B � C + D, cujo Keq vale 0,4. Se 70 mol de A e 50 mol de B são dissolvidos em 10 L na reação, calcule as concentrações em mol/L de reagentes e produtos no equilíbrio. 49. Dados: I. Calor de reação do C6H6 (l) com O2 (g) formando CO2 (g) e H2O (l): 799,35 kcal II. Calor de reação do C2H2 (g) com O2 (g) formando CO2 (g) e H2O (l): 310,05 kcal Pede-se: a) Obter as reações balanceadas de I e de II b) Usando a lei de Hess, obter o calor de formação C6H6 (l) em kcal na reação: 3 C2H2 (g) � C6H6 (l) 50. Estime o valor da variação da entalpia para a seguinte reação: C(s) + ½ O2 (g) � CO(g); a partir das reações termoquímicas a 25 oC abaixo: C(s) + O2 (g) � CO2 (g) ∆H o = -393,5 kJ/mol CO(g) + ½ O2 (g) � CO2 (g) ∆H o = -283 kJ/mol 51. Dadas as seguintes reações: Fe2O3 (s) + 3 C (grafite) → 2 Fe (s) + 3 CO (g) ∆H = 493 kJ/mol FeO (s) + C (grafite) → Fe (s) + CO (g) ∆H = 156 kJ/mol C (grafite) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H = − 394 kJ/mol CO (g) + ½ O2 (g) → CO2 (g) ∆H = − 283 kJ/mol Estime o valor de ∆Hf para a reação de formação do FeO (s) dada abaixo, utilizando a lei de Hess e justificando com as reações adequadas: Fe (s) + ½ O2 (g) → FeO (s) 52. Os reagentes A e B formam os produtos C e D conforme a seguinte reação: A + B � C + D. Se 0,20 mol de A e 0,5 mol de B são dissolvidos em 1 L na reação, calcule as concentrações de reagentes e produtos. Dado Keq = 0,3 53. Suponha que no problema anterior a Keq é 2 x 10 16. Calcule as concentrações de A, B, C, e D no equilíbrio. 54. Dada a reação: A + 2B � 2C, suponha que 0,10 mol de A reage com 0,20 mol de B em um volume de 1000 mL, com K = 1,0x1010. Quais as concentrações em mol/L de A, B, e C no equilíbrio?