Lista de exercícios (1)

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LISTA DE EXERCÍCIOS DE QUÍMICA
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ESTEQUIOMETRIA
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DICAS
1º LEMBRE SEMPRE DE BALANCEAR AS REAÇÕES;
2º Com a regra de três você conseguirá resolver a maioria dos problemas;
3º Não esquecer de indicar a unidade química envolvida, ex. mols de XX, g de X,
n. de átomos ou moléculas, etc.;
4º Sempre demonstrar os cálculos para os resultados obtidos.
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1) Que quantidade de matéria de Al (alumínio) está contida em uma folha de alumínio de 6,94 g usada para embrulhar um sanduíche?
Resposta: 0,257 mol de Al
2) Calcule a massa em gramas de 2,3 mol de CaCO3.
Resposta: 230,2 g
3) Quantos átomos de Cu (cobre) existem em um pedaço de fio de cobre com massa igual a 28,63 g?
Resposta: 2,709 x 1023 átomos
4) Quantos gramas de Fe estão contidos em uma amostra de 15,0 g de hematita (Fe2O3)?
Resposta: 10,5 g de Fe
5) Determine a massa de cobre que tem o mesmo número de átomos que existe em:
a) 7,35 mg de potássio.
b) 7,35 mg de ouro.
Resposta: a) 11,95 mg; b) 2,37 mg
6) Um químico preparou uma solução dissolvendo 2,345 g de NaNO3 em água suficiente para preparar 200,0 mL de solução.
a) Que concentração molar do nitrato de sódio deveria ser escrita no rótulo?
b) Se o químico cometeu um engano e usou um balão volumétrico de 250,0 mL ao invés do balão de 200,0 mL, que concentração molar de nitrato de sódio ele efetivamente preparou?
Resposta: a) 0,138 mol/L; b) 0,110 mol/L
7) Que quantidade de matéria de ácido sulfúrico são necessários para reagir com 0,366 mol de NaOH?
NaOH (aq) + H2SO4 (aq) → Na2SO4 (aq) + H2O
Resposta: 0,183 mol
8) Que quantidade de matéria de oxigênio há em 980 g de ácido sulfúrico (H2SO4)?
Resposta: 40 mol de O
9) Em um experimento foram misturados 25,0 g de AlCl3 com 30,0 g de H2SO4. Calcule o rendimento teórico do Al2(SO4)3. O sulfato de alumínio pode ser obtido pela seguinte reação:
AlCl3 (aq) + H2SO4 (aq) → Al2(SO4)3 (aq) + HCl (aq)
Resposta: 32,0 g de Al2(SO4)3
10) Nos processos industriais, os cálculos estequiométricos são necessários, por exemplo, na determinação da quantidade de matéria prima a ser comprada e no preço final dos produtos. Considere a obtenção de carbonato de sódio (Na2CO3) a partir da reação: CO2 + NaOH → Na2CO3 + H2O. Que quantidade de matéria de carbonato de sódio (Na2CO3) é formada quando 4,6 mol de hidróxido de sódio (NaOH) reagem e o rendimento da reação é de 95%?
Resposta: 2,185 mol de Na2CO3
11) Ao misturarmos 28,2 g de ácido salicílico com 15,6 g de anidrido acético, obtemos 30,7 g de aspirina. Quais são os rendimentos teórico e percentual.
2 HOOCC6H4OH	+	C4H6O3	→	2 HOOCC6H4O2C2H3 + H2O
Ácido salicílico anidrido acético	aspirina
Resposta: Teórico: 36,78 g de aspirina; percentual: 83,5%
12) Queimando-se um saco de carvão de 3 kg numa churrasqueira, com rendimento de 90%, quantos quilogramas de CO2 são formados?
OBS.: Por simplificação, considerar o carvão como carbono (C) puro. Reação: C + O2 	CO2
Resposta: 9,9 kg de CO2
13) Quando 24,0 g de nitrato de potássio foram aquecidos com chumbo, formaram-se 13,8 g de nitrito de potássio, na reação abaixo:
Pb	+	KNO3		PbO	+	KNO2
Calcule o rendimento percentual de nitrito de potássio.
Resposta: 68,3%
14) O rendimento do processo de obtenção do formaldeído (constituinte da solução aquosa conhecida como formol) a partir do metanol, por reação com O2 em presença de prata como catalisador, é da ordem de 90% em massa. Sendo assim, calcule a massa do aldeído obtida pela oxidação de 3,2 kg de metanol.
Reação: CH3OH + O2 → CH2O + H2O
Resposta: 2,7 kg de formaldeído
15) Dada a reação abaixo:
Na	+	Al2O3		Al	+	Na2O
a) Identifique o reagente limitante quando 5,52 g de Na são aquecidos com 5,10 g de Al2O3.
b) Que massa de Al pode ser produzida?
c) Que massa de reagente em excesso permanece ao final da reação?
Resposta: a) Na; b) 2,16 g de Al; c) 1,01 g de Al2O3
16) Quando benzeno (C6H6) reage com bromo (Br2), obtém-se bromobenzeno (C6H5Br): C6H6	+	Br2		C6H5Br	+	HBr
Responda:
a) Qual o rendimento teórico do bromobenzeno nessa reação quando 30,0 g de benzeno reagem com 65,0 g de bromo?
b) Qual o reagente limitante?
c) Se o rendimento percentual da reação foi de 90%, que massa de bromobenzeno foi obtida?
Resposta: a) 60,38 g de C6H5Br; b) benzeno; c) 54,34 g de C6H5Br
17) O dióxido de nitrogênio contribui para a formação da chuva ácida como resultado de sua reação com água na atmosfera, de acordo com a equação abaixo:
NO2	+	H2O 	HNO3	+	NO
Na reação entre 2,76 g de NO2 e 0,54 g de água, responda:
d) Qual é o reagente em excesso?
e) Que massa de HNO3 foi formada?
Resposta: a) H2O; b) 2,52 g de HNO3
18) 400 g de NaOH são adicionados a 504 g de HNO3. Calcule:
a) A massa de NaNO3 obtida.
b) A massa do reagente em excesso, se houver. Reação: NaOH + HNO3	→	NaNO3 + H2O Resposta: a) 680 g de NaNO3; b) 80g de NaOH
19) O tiossulfato de sódio, um fixador de fotografias, reage com o brometo de prata da emulsão do filme não exposto para formar brometo de sódio e um composto solúvel cuja fórmula é Na3[Ag(S2O3)2], segundo a reação:
Na2S2O3 (aq)	+	AgBr (s)		NaBr (aq)	+	Na3[Ag(S2O3)2] (aq)
a) Que quantidade de matéria de Na2S2O3 é necessária para reagir com 1,0 mg de AgBr?
b) Calcule a massa de brometo de prata que irá produzir 0,033 mol de Na3[Ag(S2O3)2].
Resposta: a) 1,06x10-5 mol de Na2S2O3; b) 6,204 g de AgBr
20) A combustão de um hidrocarboneto produz água e dióxido de carbono (por essa razão, nuvens de gotas de água condensada são frequentemente vistas saindo do escapamento de automóveis, especialmente em dias frios). A densidade da gasolina é 0,79 g/mL. Imagine que a gasolina está representada pelo octano, C8H18, para o qual a reação de combustão é:
C8H18 (l)	+	O2 (g)		CO2 (g)	+	H2O (l)
Calcule a massa de água produzida na combustão de 3,8 L de gasolina.
Resposta: 4,266 kg de água
21) O superóxido de potássio, KO2, é utilizado em equipamentos de respiração de sistema fechado para remover o dióxido de carbono e a água do ar exalado. A remoção de água gera oxigênio para a respiração através da reação:
KO2 (s)	+	H2O (l)		O2 (g)	+	KOH (s)
O hidróxido de potássio remove o dióxido de carbono do equipamento pela reação: KOH (s)	+ CO2 (g)		KHCO3 (s)
a) Que massa de superóxido de potássio gera 115 g de O2?
b) Que massa de CO2 pode ser removida do equipamento por 75,0 g de KO2?
Resposta: a) 340,2 g de KO2; b) 46,48 g de CO2
22) A densidade do carvalho é 0,72 g/cm3. Imaginando que o carvalho tenha a fórmula empírica CH2O, calcule a massa de água produzida quando uma tora de madeira de dimensões 12 cm X 14 cm X 25 cm queima a CO2 (g) e H2O (l).
Resposta: 1814,4 g de água
23) Garimpeiros inexperientes, quando encontram pirita, pensam estar diante de ouro: por isso, a pirita é chamada “ouro dos tolos”. Entretanto, a pirita não é um mineral sem aplicação. O H2SO4, ácido muito utilizado nos laboratórios de Química, pode ser obtido a partir da pirita por meio do processo:
FeS2	+	O2		Fe2O3	+	SO2
	SO2
	+
	O2		SO3
	SO3
	+
	H2O		H2SO4
Qual a massa de ácido sulfúrico obtida a partir de 60,0 kg de pirita, com 100% de pureza, por meio deste processo?
Resposta: 98,17 kg de H2SO4
24) O aquecimento de pedra calcária, que é principalmente CaCO3, produz dióxido de carbono e cal, CaO, pela reação:
CaCO3 (s)		CaO (s)	+	CO2 (g)
Se a decomposição térmica de 42,73 g de CaCO3 produz 17,5 g de CO2, qual é o rendimento percentual da reação?
Resposta: 93,1%
25) Um vaso de reação contém 5,77 g de fósforo branco e 5,77 g de oxigênio. A primeira reação que ocorre é a formação de óxido de fósforo (III), P4O6:
P4 (s)	+	O2 (g)		P4O6 (s)
Se o oxigênio presente é suficiente, a reação prossegue, com formação de óxido de fósforo (V), P4O10:
P4O6 (s)	+	O2 (g)		P4O10 (s)
a) Qual é o reagente limitante para a formação do P4O10?
b) Qual é a massa de P4O10 produzida?
c) Quantos gramas de reagente em excesso permanecem no vaso de reação?
Resposta: a) o O2; b) 5,77 g de P4O10; c) 5,77 g de P4O6
26) Uma mistura de 10,325 g de óxido de ferro (II) e 5,734 g do metal alumínio é colocada em um cadinho e aquecida em alta temperatura emum forno. Ocorre a redução do óxido:
FeO (s)	+ Al (s)		Fe (l)	+	Al2O3 (s)
a) Qual é o reagente limitante?
b) Determine a quantidade máxima de ferro (em mol de Fe) que podem ser produzidas.
c) Calcule a massa do reagente em excesso que permaneceu no cadinho.
Resposta: a) o FeO; b) 0,1437 mol de Fe; c) 3,147 g de Al
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SOLUÇÕES
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27) Quantos gramas de Na2SO4 são necessários para preparar 350 mL de uma solução 0,500 mol/L de Na2SO4?
Resposta: 24,85 g de Na2SO4.
28) A hidroponia é uma técnica de cultivo de vegetais fora do solo. Os nutrientes são fornecidos através de uma solução contendo vários sais de fácil assimilação pelo vegetal. Para o preparo de 100 L de solução nutritiva, contendo 0,007 mol/L de nitrato de cálcio (Ca(NO3)2), calcule a massa necessária deste sal, em gramas.
Resposta: 114,8 g de nitrato de cálcio
29) Um dos grandes problemas de poluição das águas é a contaminação por metais pesados, como, por exemplo, o chumbo. Sabe-se que a concentração máxima de chumbo para que a água seja considerada potável é de 1 ppm. Tomou-se em um riacho uma amostra de 5 L de água para análise e chegou-se ao valor de 11 mg de chumbo. Calcule a concentração de chumbo na água, em ppm em massa. Se você fosse um fiscal da área, classificaria as águas dentro dos padrões aceitáveis?
Use a densidade da água = 1 g/mL
Resposta: Não. Concentração calculada: 2,2 ppm de chumbo.
30) Considere o esquema a seguir, do qual foram retiradas três alíquotas, A, B, e C, a partir de uma mesma solução aquosa.
Responda:
a) Qual a massa de soluto existente no recipiente A?
b) Qual é a concentração em g/mL da solução contida no recipiente B?
c) Qual é a concentração em mg/cm3 da solução contida no recipiente C?
d) Se toda a água presente na solução original, após a retirada das alíquotas, fosse evaporada, qual seria a massa do soluto obtida?
Resposta: a) 5 g; b) 0,01 g/mL; c) 10 mg/cm3; d) 15 g
31) Prepararam-se quatro soluções conforme a ilustração:
Determine os valores de a, b, c e d.
Resposta: a) 1 mol/L; b) 2 mol/L; c) 8 mol/L; d) 1,2 mol/L
32) Dissolveram-se 4,6 g de NaCl em 500 g de água “pura”, fervida e isenta de bactérias. A solução resultante foi usada como soro fisiológico na assepsia de lentes de contato. Qual o valor da porcentagem em massa de NaCl existente nessa solução?
Resposta: 0,912%
33) O flúor tem um papel importante na prevenção e no controle da cárie dentária. Estudos demonstram que, após a fluoretação da água, os índices de cáries nas populações têm diminuído. O flúor também é adicionado a produtos e materiais odontológicos. Suponha que o teor de flúor em determinada água de consumo seja de 0,9 ppm em massa. Considere a densidade da água 1 g/mL e, com base no texto, responda:
a) Qual é a massa em gramas de flúor presente em 106 g dessa água?
b) Qual é a massa em gramas de flúor presente em 1 kg dessa água?
c) Qual é a massa em gramas de flúor presente em 1,0 L dessa água?
d) Se você ingerir 2,0 L dessa água por dia, qual será a massa em gramas de flúor ingerida após 30 dias?
Resposta: a) 0,90g de F; b) 0,0009 g de F; c) 0,0009 g de F; d) 0,054 g de F
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TERMOQUÍMICA
)
34) Analise o seguinte diagrama de entalpia, que envolve a combustão (queima) da grafite e do diamante, e responda:
a) Qual das variedades alotrópicas do carbono – grafite ou diamante – libera mais calor na sua combustão?
b) Qual dessas duas variedades alotrópicas tem maior entalpia?
Resposta: a) Diamante; b) Diamante.
35) Os seguintes valores de H referem-se às três reações equacionadas a seguir, realizadas sob as mesmas condições experimentais.
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(s)	H = -291,8 kJ
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)	H = -285,8 kJ
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(g)	H = -241,8 kJ
a) Qual é o fator responsável pela diferença observada nos valores de H?
b) Represente, em um mesmo diagrama, os reagentes e produtos dessas reações.
36) Considere os seguintes processos hipotéticos:
S  T	H1 = +60 kJ
T  U	H2 = -30 kJ
Elabore um diagrama de entalpia no qual apareçam S, T e U e indique nele os valores de
H1 e H2. Nesse mesmo diagrama, indique o valor de Htotal para a seguinte reação: S  U	Htotal = ?
37) Calcule o valor de Ho da seguinte reação: 2 SO2(g)	+	O2(g)		2 SO3(g)
Ainda, indique se a mesma é endotérmica ou exotérmica. Dados:
	Substância
	Hoformação (kJ/mol)
	SO2 (g)
	-296,9
	SO3 (g)
	-395,2
Resposta: H = -196,6 kJ. A reação é exotérmica.
38) Para se defender dos inimigos, o besouro-bombardeiro consegue liberar, quando atacado, hidroquinona (C6H6O2) e peróxido de hidrogênio (H2O2). Essas substâncias reagem, de acordo com a equação a seguir, formando um jato quente que espanta o agressor:
C6H6O2(aq) + H2O2(aq)  C6H4O2(aq) + 2 H2O(l)
Calcule a variação da entalpia dessa reação, utilizando os dados a seguir:
C6H6O2(aq)  C6H4O2(g) + H2(g)	H = +177 kJ
H2O2(aq)  H2O(l) + ½ O2(g)	H = -95 kJ
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)	H = -286 kJ
Resposta: H = -204 kJ
39) Para projetar um reator (recipiente em que ocorrem uma ou mais reações químicas), um engenheiro precisa do Ho da reação de hidrogenação do etino (C2H2), na qual ele se transforma em etano (C2H6):
C2H2(g) + 2 H2(g)  C2H6(g)
Etino ou acetileno	Etano
Embora ele não tenha encontrado esse valor em tabelas, ele encontrou as seguintes entalpias-padrão de combustão:
C2H2(g) + 5/2 O2(g)  2 CO2(g) + H2O(l)	HoC = -1301 kJ/mol
C2H6(g) + 7/2 O2(g)  2 CO2(g) + 3 H2O(l)	HoC = -1561 kJ/mol
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)	HoC = -286 kJ/mol
Como, de posse desses valores, o engenheiro pode calcular o Ho desejado? Efetue o cálculo.
Resposta: Ho = -312 kJ
40) A reação termite é um processo que ocorre entre o alumínio sólido e óxido de ferro (III) sólido, ambos finamente pulverizados e detonados pelo queimar de um pavio (geralmente utiliza-se uma fita de magnésio metálico como pavio). A reação libera tanto calor que o ferro produzido chega a derreter. Por isso, a reação termite pode ser empregada, por exemplo, para soldar trilhos de trem. Nas condições-padrão, essa reação é assim equacionada:
2 Al(s) + Fe2O3(s)  2 Fe(s) + Al2O3(s)	Ho = ?
Faça uma estimativa do Ho da reação termite, baseando-se nas seguintes entalpias- padrão de formação:
2 Al(s) + 3/2 O2(g)  Al2O3(s)	Hof = -1676 kJ
2 Fe(s) + 3/2 O2(g)  Fe2O3(s)	Hof = -824 kJ
Resposta: Ho = -852 kJ
41) O sulfeto de carbono (CS2) é um líquido incolor, muito volátil, tóxico e inflamável, empregado como solvente em laboratórios. Com base nos seguintes Hoc, preveja se a reação de formação do sulfeto de carbono líquido é endotérmica ou exotérmica.
 (
C
)C(graf.) + O2(g)  CO2(g)	Ho = -394 kJ/mol
 (
C
) (
C
)S(rômb.) + O2(g)  SO2(g)	Ho = -297 kJ/mol CS2(l) + 3 O2(g)  CO2(g) + 2 SO2(g)	Ho = -1072 kJ/mol
Resposta: Hof = +84 kJ – endotérmica.
42) O carbeto de tungstênio (WC) é uma substância muito dura e, por essa razão, é utilizada na fabricação de vários tipos de ferramentas. A variação da entalpia de reação de formação do carbeto de tungstênio a partir dos elementos C(graf.) e W(s) é difícil de ser medida diretamente, pois a reação ocorre a 1400 oC. No entanto, podem-se medir com facilidade os calores de combustão dos elementos C(graf.), W(s) e do carbeto de tungstênio, WC(s):
2 W(s) + 3 O2(g)  2 WO3(s)	H = -1680,6 kJ
C(graf.) + O2(g)  CO2(g)	H = -393,5 kJ 2WC(s) + 5 O2(g)  2 CO2(g) + 2 WO3(s)	H = -2391,6 kJ
Calcular o valor da entalpia da reação abaixo e concluir se a mesma é endotérmica ou exotérmica.
W(s) + C(graf.)  WC(s)	H = ?
Resposta: H = -38 kJ
43) O óxido de cálcio sólido, vulgarmente conhecido como cal viva, reage com a água a 25 oC e 1 atm, produzindo o hidróxido de cálcio – sólido branco vulgarmente conhecido como cal extinta. Essa reação química é exotérmica e a quantidade de calor trocado é de 15,3 kcal.mol-1 de hidróxido de cálcio produzido. Sabendo que, nas mesmas condições experimentais, temos:
CaO(s)  Ca(s) + ½ O2(g)	H = +151,8 kcal.mol-1
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)	H = -68,3 kcal.mol-1
Calcule a variação de entalpia, em kcal.mol-1,para a reação química abaixo e responda se elaé endotérmica ou exotérmica.
Ca(s) + H2(g) + O2(g)  Ca(OH)2(s)	H = ?
Resposta: H = -235,4 kcal – exotérmica.
44) São dadas as equações termoquímicas e as respectivas entalpias de combustão (HoC) a 25 oC:
C(graf.) + O2(g)  CO2(g)	HoC = -394 kJ/mol C6H6(l) + 15/2 O2(g)  6 CO2(g) + 3 H2O(l)	HoC = -3268 kJ/mol
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)	HoC = -286 kJ/mol
a) Com essas equações e aplicando a Lei de Hess, escreva a reação de formação do C6H6(l) (benzeno).
b) Calcule a entalpia-padrão de formação (Hof) a 25 oC do C6H6(l).
Resposta: Hof = +46 kJ/mol
45) Os soldados em campanha aquecem suas refeições prontas, contidas dentro de uma bolsa plástica com água. Dentro dessa bolsa existe o metal magnésio, que se combina com a água e forma hidróxido de magnésio, conforme a reação:
Mg(s) + 2 H2O(l)  Mg(OH)2(s) + H2(g)
Dados:
 (
f
)H2O(l)	Ho = -285,8 kJ/mol
 (
f
)Mg(OH)2(s)	Ho = -924,5 kJ/mol Determine a variação da entalpia dessa reação. Resposta: H = -352,9 kJ
46) Considere as seguintes entalpias de formação:
 (
f
)Al2O3(s)	Ho = -1670 kJ/mol
 (
f
)MgO(s)	Ho = -604 kJ/mol
Com essas informações, determine a variação da entalpia da reação abaixo:
3 MgO(s) + 2 Al(s)  3 Mg(s) + Al2O3(s)
Resposta: H = +142 kJ
47) A mistura da hidrazina (N2H4) e peróxido de hidrogênio (H2O2) pode ser utilizada na propulsão de foguetes:
N2H4(l) + 2 H2O2(l)  N2(g) + 4 H2O(g) + 154 kcal
Admitindo que o peróxido de hidrogênio está em excesso e que o rendimento da reação é de 100%, calcule a energia liberada quando se consomem 64 g de hidrazina.
Resposta: 308 kcal