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1 Química Prof. Arilson Aluno(a):________________________________________________ ______ TOP ENEM - FISÍCO QUÍMICA Expressões de concentração Expressões físicas => não dependem da massa molar do soluto. Expressões químicas => dependem da massa molar do soluto. Concentração Comum (C) É a relação entre a massa de soluto e o volume da solução. Geralmente, a massa é expressa em gramas e o volume, em litros: Usaremos os ínidices abaixo: 1 - quando se referir ao soluto m1 = massa do soluto V1 = volume do soluto 2 - quando se referir ao solvente m2 = massa do solvente V2 = volume do solvente Sem índice - quando se referir a solução m= massa da solução V= volume da solução Exemplo :Considere uma solução preparada pela dissolução de 20g de sacarose (C12H22O11) em um determinado volume de água e que, em seguida, o volume será completado até atingir 500 mL.Qual a concentração comum da solução em g/L? Resolução: 20 g ---------------0,5 L (500 mL) x ----------------1,0 L (1000 mL) x = 40g/L ou 𝑪 = 𝒎𝟏 𝑽 = 𝟐𝟎𝒈 𝟎, 𝟓𝑳 = 𝟒𝟎𝒈/𝑳 Interpretação Em 1,0 L desta solução temos 40 g de C12H22O11 dissolvidos. Exercícios propostos 01) O rótulo de um recipiente de leite em pó indica: Composição média por 100g de pó Gorduras.......................................1,0 g Proteínas........................................36,0 g Lactose..........................................52,0 g Sais minerais.................................8,0 g Água..............................................3,0 g Valor energético...........................180 kcal O fabricante recomenda usar 3 colheres das de sopa para um copo de 300 mL. Considerando que cada colher contém 10 g do leite em pó, determine a quantidade de gordura que se ingere, ao beber todo o conteúdo de um copo. 02) Quantos gramas de cloreto de cálcio há em 200 mL de uma solução aquosa de concentração igual a 250 g.L-1? 03) As instruções da bula de um medicamento usado para reidratação estão resumidas no quadro, a seguir. Modo de usar: dissolva o conteúdo do envelope em 100 mL de água. Composição: cada envelope contém Cloreto de potássio 75 mg Citrato de sódio diidratado 145 mg Cloreto de sódio 175 mg Glicose 10 g Calcule a concentração de cloreto de potássio, em g/L, na solução preparada segundo as instruções da bula. 04) Em um recipiente temos 200 mL de solução contendo 40 g de NaOH. Qual a concentração em g/L? 05) O ácido fosfórico é um aditivo químico muito utilizado em alimentos. O limite máximo permitido de Ingestão Diária Aceitável (IDA) em alimentos é de 5 mg/kg de peso corporal. Calcule o volume, em mililitros (mL), de um refrigerante hipotético que contém ácido fosfórico na concentração de 2 g/L que uma pessoa de 50 kg poderá ingerir para atingir o limite máximo de IDA. 06) (ENEM) O quadro apresenta o teor de cafeína em diferentes bebidas comumente consumidas pela população. Da análise do quadro conclui-se que o menor teor de cafeína por unidade de volume está presente no a)café expresso. b)café filtrado. c)chá preto. d)refrigerante de cola. e)chocolate quente. 07) (ENEM) A utilização de processos de biorremediação de resíduos gerados pela combustão incompleta de compostos orgânicos tem se tornado crescente, visando minimizar a poluição ambiental. Para a ocorrência de resíduos de naftaleno, algumas legislações limitam sua concentração em até 30 mg/kg para solo agrícola e 0,14 mg/L para água subterrânea. A quantificação desse resíduo foi realizada em diferentes ambientes, utilizando-se amostras de 500 g de solo e 100 mL de água, conforme apresentado no quadro. O ambiente que necessita de biorremediação é o(a) a)solo I. b)solo II. c)água I. d)água II. e)água III. arilsonmartino@hotmail.com 2 08 - (UEG GO) Dipirona sódica é um conhecido analgésico antipirético cuja solução oral pode ser encontrada na concentração de 500 mg/mL. Analisando as orientações da bula, conclui-se que a quantidade máxima diária recomendada para crianças de certa faixa etária é de 100 mg por quilograma de massa corporal.Sabendo-se que 1 mL corresponde a 20 gotas, a quantidade máxima de gotas que deve ser administrada a uma criança de massa corporal de 7 kg será a)60 b)28 c)40 d)10 e)20 09 - (ETEC SP) Há mais de um tipo de bafômetro, mas todos são baseados em reações químicas envolvendo o álcool etílico presente na baforada e um reagente – por isso, o nome técnico desses aparelhos é etilômetro. Nos dois mais comuns são utilizados dicromato de potássio (que muda de cor na presença do álcool) e célula de combustível (que gera uma corrente elétrica). Este último é o mais usado entre os policiais no Brasil. Com a nova legislação, o motorista que for flagrado com nível alcoólico acima do permitido (0,1 mg/L de sangue) terá que pagar uma multa de R$ 955,00, além de ter o carro apreendido e perder a habilitação. Se estiver embriagado (níveis acima de 0,3 mg/L de sangue), ainda corre o risco de ficar preso por 6 meses a 1 ano.Um adulto de 75 kg possui, em média, 5 litros de sangue. Esse adulto foi flagrado, no teste do bafômetro, com nível alcoólico exatamente igual ao limite máximo permitido.A massa de álcool contida no sangue desse adulto, em mg, é igual a a)0,1. b)0,2. c)0,3. d)0,4. e)0,5. 10- (Unievangélica GO) Atualmente, a população brasileira tem consumido uma quantidade considerável de refrigerantes, o que tem causado obesidade e muitos outros malefícios, devido, principalmente, à concentração média do açúcar. No rótulo de um determinado refrigerante informa-se que 200 mL do produto contém 27 gramas de açúcar. Houve um anúncio de que o fabricante desse mesmo refrigerante, usando essa concentração, reduziu aproximadamente 10 toneladas de açúcar de seus refrigerantes, mas não se informa há quanto tempo isso aconteceu.Com essa quantidade de açúcar que ele economizou, o volume de refrigerantes que o mesmo produziria é de aproximadamente a)74 mil litros b)148 mil litros c)124 mil litros d)1,450 mil litros GABARITO 01) 0,3 g 02) 50 g 03) 0,75 g/L 04) 200 g/L 05)125 mL 06) C 07) B 08) B 09) E 10) A Densidade É a relação entre a massa e o volume da solução. Geralmente, a massa é expressa em gramas e o volume, em mililitros. Exemplo: Se a densidade de uma solução é de 1,2 g/mL, significa que 1 mL de solução possui a massa de 1,2 g. Atenção! • Muito cuidado para você não confundir concentração comum com densidade. • A concentração comum indica a quantidade de soluto em um determinado volume de solução. Já a densidade nos indica a massa de um determinado volume da solução. Título em massa(𝝉) É a relação entre a massa do soluto e a massa da solução. Por não possuir unidade, o título geralmente é expresso em porcentagem e, por isso, compreende-se no intervalo: 0 < τ < 1. Exemplo Qual é o título de uma solução de água sanitária, que foi preparada pela adição de 25 g de hipoclorito de sódio (NaClO) em 475 g de água? Resolução 500 g 100 % 25 g X % x = 5 % ou 𝝉 = 𝟐𝟓 𝟐𝟓+𝟒𝟕𝟓 = 0,05 => 𝝉% = 𝟎, 𝟎𝟓. 𝟏𝟎𝟎 = 𝟓% Interpretação 5% da massa total da solução é do soluto hipoclorito de sódio. Título em volume(𝝉) É a relação entre o volume do soluto e o volume da solução. É importante salientar que os volumes nem sempre são aditivos como as massas, isto é, a massa final é numericamente igual à soma das massas iniciais, enquanto o volume final pode ser numericamente igual ou diferente. Graduação 0GL Uma das principais utilizaçõesdo título em volume em nosso dia a dia é no cálculo da porcentagem de etanol em bebidas alcoólicas. Por exemplo, uma graduação de 5,0 ºGL significa que cada 100 mL da bebida contém 5 mL de etanol. Graduação oINPM A concentração da mistura de água e álcool pode também ser expressa por meio da porcentagem em massa de álcool, denominada °INPM (Escala do Instituto Nacional de Pesos e Medidas). Por exemplo, álcool hidratado a 46 °INPM corresponde a 46 g de álcool em 100 g da mistura. Título em ppm É a relação entre uma parte do soluto por um milhão de partes da solução.Seu uso é comum em soluções muito diluídas. Por exemplo, uma arilsonmartino@hotmail.com 3 solução com 6 ppm em massa de soluto, apresenta 6 g de soluto em um milhão de gramas da solução. 6g soluto ----------106 g solução No cálculo da concentração em ppm ,podemos utilizar a seguinte fórmula: Atenção! •Em soluções aquosas em que a massa de soluto é muito pequena, costuma-se considerar, de forma aproximada, a densidade da solução igual à da água, a qual, por sua vez, é aproximada para 1g/mL. •A concentração em ppm pode ser convertida em porcentagem(%);para isto basta dividir o valor em ppm por 10000. Ex: 50ppm = 0,005% •ppm em massa = mg/Kg => 20 ppm = 20 mg/Kg •ppm em massa por volume = mg/L => 0,7 ppm = 0,7 mg/L Exercícios propostos 01 - Soro fisiológico é uma solução 0,9 % (m/V) em NaCl. Qual a massa de cloreto de sódio necessária para preparar 200 mL de solução? (%m/V = porcentagem em peso por volume, sendo que: 10.%m/V = g/L). 02 - Qual o título em massa de uma solução de 40 g de NaCl, dissolvida em 160 g de água? 03 - (UFRGS RS) Soluções formadas por constituintes líquidos costumam ter sua concentração expressa em porcentagem de volume. Em soluções alcoólicas, essa porcentagem é indicada em ºGL (graus Gay-Lussac). No rótulo de um vinho produzido na serra gaúcha, lê-se que o teor de álcool (etanol) é de 13 ºGL.Isso significa que, a)em 130 mL desse vinho, existem 100 mL de etanol. b)em 870 mL desse vinho, existem 100 mL de etanol. c)em 870 mL desse vinho, existem 130 mL de etanol. d)em 1000 mL desse vinho, existem 130 mL de etanol. e)em 1000mL desse vinho, existem 870 mL de etanol. 04 - O formol é uma solução aquosa de metanal a 40 % em massa, qual a massa de metanal em 4,0 g de formol? 05 - (ENEM) O soro fisiológico é uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl) comumente utilizada para higienização ocular, nasal, de ferimentos e de lentes de contato. Sua concentração é 0,90% em massa e densidade igual a 1,00 g/mL.Qual massa de NaCl, em grama, deverá ser adicionada à água para preparar 500 mL desse soro? a)0,45 b)0,90 c)4,50 d)9,00 e)45,00 06 - (ENEM) Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que também apresenta enxofre em sua composição. Esse enxofre é um componente indesejável, pois o trióxido de enxofre gerado é um dos grandes causadores da chuva ácida. Nos anos 1980, não havia regulamentação e era utilizado óleo diesel com 13 000 ppm de enxofre. Em 2009, o diesel passou a ter 1 800 ppm de enxofre (S1800) e, em seguida, foi inserido no mercado o diesel S500 (500 ppm). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com 50 ppm de enxofre em sua composição. Atualmente, é produzido um diesel com teores de enxofre ainda menores.A substituição do diesel usado nos anos 1980 por aquele difundido em 2012 permitiu uma redução percentual de emissão de SO3 de a)86,2%. b)96,2%. c)97,2%. d)99,6%. e)99,9%. 07 - (UNESP SP) De acordo com o Relatório Anual de 2016 da Qualidade da Água, publicado pela Sabesp, a concentração de cloro na água potável da rede de distribuição deve estar entre 0,2 mg/L, limite mínimo, e 5,0 mg/L, limite máximo. Considerando que a densidade da água potável seja igual à da água pura, calcula-se que o valor médio desses limites, expresso em partes por milhão, seja a)5,2 ppm. b)18 ppm. c)2,6 ppm. d)26 ppm. e)1,8 ppm. 08 - (UNIFESP SP) A contaminação de águas e solos por metais pesados tem recebido grande atenção dos ambientalistas, devido à toxicidade desses metais ao meio aquático, às plantas, aos animais e à vida humana. Dentre os metais pesados há o chumbo, que é um elemento relativamente abundante na crosta terrestre, tendo uma concentração ao redor de 20 ppm (partes por milhão). Uma amostra de 100 g da crosta terrestre contém um valor médio, em mg de chumbo, igual a a) 20. b) 10. c) 5. d) 2. e) 1. 09 - (UFOP MG)Durante uma festa, um convidado ingeriu 5 copos de cerveja e 3 doses de uísque. A cerveja contém 5% v/v de etanol e cada copo tem um volume de 0,3 L; o uísque contém 40% v/v de etanol e cada dose corresponde a 30 mL. O volume total de etanol ingerido pelo convidado durante a festa foi de: a)111 mL. b)1,11 L. c)15,9 mL. d)1,59 L. 10 - (UEPB) Minamata é uma cidade japonesa que, na década de 50, sofreu contaminação por mercúrio em sua baía. Aos efeitos provocados por esses compostos de mercúrio no organismo humano deu-se o nome de “doença de Minamata”, em que ocorrem disfunções do sistema nervoso central, como dormência em braços e pernas, visão nebulosa, perda de audição e da coordenação muscular, letargia e irritabilidade. Em Minamata, os peixes foram os principais bioacumuladores do mercúrio, na forma de CH3HgCl e CH3HgOH, que possui como Dose Referencial de Toxicidade, ingestão diária aceitável, 0,1 micrograma por quilograma de peso corporal por dia.Quantos gramas de peixe, no máximo, podem ser consumidos semanalmente por uma pessoa saudável que pesa 60 kg, se o nível médio do composto de mercúrio no peixe é de 0,30 ppm? a)0,1 kg b)0,3 mg c)42 g d)1 kg e)140 g Gabarito 01) 1,8 g 02) 20% 03) D 04) 1,6 g 05) C 06) D 07) C 08) D 09) A 10) E Relação matemática entre concentração comum, densidade e título em massa Como já se sabe a concentração em g/L e em mol/L são definidas, respectivamente, como: Exemplo arilsonmartino@hotmail.com 4 Uma solução aquosa de cloreto de potássio (KCl) tem concentração igual a 250 g/L e densidade de 1,25 g/m/L.Qual o título dessa solução? Exercícios propostos 01 - (Univag MT-Modificado) O cloridrato de nafazolina é um fármaco empregado em colírios na concentração de 0,25 mg/mL. Expressando- se essa concentração em porcentagem, qual será o valor obtido ? Obs: Considere que a densidade da solução é de 1g/mL 02 - (IFBA-Modificado) A solução de hipoclorito de sódio (NaOCl) em água é chamada comercialmente de água sanitária. O rótulo de determinada água sanitária apresentou as seguintes informações: Solução 20% m/m Densidade = 1,10 g/mL Com base nessas informações, determine a concentração da solução comercial desse NaOCl em g/L. Gabarito 01) 0,025%. 02) 220g/L Concentração em quantidade de matéria (mol/L) ou Concentração Molar ou molaridade É a relação entre o número de mols do soluto pelo volume da solução em litros. De acordo com a IUPAC, a unidade da concentração em quantidade de matéria é mol · L–1, porém, alguns vestibulares continuam substituindo a unidade mol · L–1 por molar ou M. Exercício resolvido A sacarina( C7H4SO3NH), é utilizada em adoçantes artificiais. Cada gota de certo adoçante contém 3,66 mg de sacarina. Foram adicionadas a um recipiente que contém café com leite 50 gotas desse adoçante, totalizando um volume de 250 mL.Qual é a concentração mol/L em relação à sacarina, nesse café? Resolução C = 12u ;H = 1u; S =32u ;O = 16u ;N =14u C7H4SO3NH = 7.12 + 5.1 + 32 + 16.3 + 14 =183u 1 gota ---------------- 3,66 mg 50 gotas---------------X X= 183 mg ou 0,183g 183 g ---------------- 1 mol 0,183g---------------Y Y= 0,001 mol 0,001 mol ---------------- 0,25L Z-----------------------1 L Y= 0,004 mol ou = 𝐦𝟏 𝐌𝟏.𝐕 = 𝟎,𝟏𝟖𝟑 𝟏𝟖𝟑 .𝟎,𝟐𝟓 = 𝟎,𝟏𝟖𝟑 𝟒𝟓,𝟕𝟓 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒 𝐦𝐨𝐥/𝐋 ou 0,004 M Interpretação Existem 0,004 mol de soluto em cada litro de solução. Algumas substâncias, quando em meio aquoso, sofrem dissociação ou ionização, originando íons, sendo que, para o cálculo da concentração em mol · L–1 dos íons, devemos considerar a proporção estequiométrica da equação de ionização ou dissociação do soluto, como mostrado na tabela a seguir: Exercícios propostos 01 - (IFRS) Ao colocarmos 8,4 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3) em um volume de 100 mL de água deionizada, temos a formação de uma solução salina. Qual é o valor aproximado da concentração desta solução, expressa em mol/L? a)100,0 b)10,0 c)1,0 d)0,1 e)0,01 02 - (FPS PE) Formol, também conhecido como formalina, é uma solução aquosa de metanal ou formaldeído. Em altas concentrações, essa solução é utilizada para conservar cadáveres ou peças anatômicas. Determine a quantidade de formaldeído (CH2O) presente em 5,0 L de uma solução 12 mol.L–1 de formol. Dados: Massas molares em g.mol–1: H = 1; C = 12; O = 16. a)1,8 kg b)2,5 kg c)3,7 kg d)4,6 kg e)5,0 kg 03 - (UFRGS RS) O trióxido de arsênio, As2O3, é utilizado como quimioterápico no tratamento de alguns tipos de leucemia mieloide aguda. O protocolo de um determinado paciente indica que ele deva receber uma infusão intravenosa com 4,95 mg de trióxido de arsênio, diluídos em soro fisiológico até o volume final de 250 mL.A concentração em mol/L de trióxido de arsênio na solução utilizada nessa infusão é a)1,010–1. b)2,510–2. c)1,010–4. d)2,510–5. e)1,010–6. 04 - (UNESP SP) Sabe-se que o aluno preparou 400 mL de solução de sulfato de cobre com concentração igual a 1,00 mol L–1. Utilizando os dados da Classificação Periódica, calcule a massa necessária de sal utilizada no preparo de tal solução. 05 - (ENEM) Ao colocar um pouco de açúcar na água e mexer até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma solução. O mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a água é um solvente para o açúcar, para o sal e para várias outras substâncias.Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, tenha utilizado 3,42g de sacarose (massa molar igual a 342 g/mol) para uma xícara de 50 mL do líquido. Qual é a concentração final, em mol/L, de sacarose nesse cafezinho? arilsonmartino@hotmail.com 5 a)0,02 b)0,2 c)2 d)200 e)2000 06 - (ENEM)A cafeína é um alcaloide, identificado como 1,3,7- trimetilxantina (massa molar igual a 194 g/mol). Esse alcaloide é encontrado em grande quantidade nas sementes de café e nas folhas de chá-verde. Uma xícara de café contém, em média, 80 mg de cafeína.Considerando que a xícara descrita contém um volume de 200 mL de café, a concentração, em mol/L, de cafeína nessa xícara é mais próxima de: a)0,0004. b)0,002. c)0,4. d)2. e)4. 07 - (FPS PE) O carbonato de sódio, Na2CO3, é um composto sólido, de cor branca, também conhecido como soda ou barrilha que pode ser utilizado na produção de vidro, na fabricação de sabões, detergentes, corantes, papéis, etc. Se 21,2 g de Na2CO3 forem dissolvidos em água suficiente para dar 1000 mL de solução, quais serão as concentrações, em mol L–1, de Na2CO3 e dos íons sódio e carbonato em solução, respectivamente?Considere as seguintes massas atômicas molares (g mol–1): Na = 23; O = 16; H = 1 e C = 12. a)0,20; 0,40; 0,20 b)0,40; 0,20; 0,20 c)0,25; 0,125; 0,125 d)0,25; 0,25; 0,25 e)0,35; 0,35; 0,175 GABARITO: 01) Gab: C 02) Gab: A 03) Gab: C 04) Gab: 63,8 g de CuSO4 05) Gab: B 06) Gab: B 07) Gab: A Relação matemática entre concentração comum (g·L–1) e concentração em mol·L–1 Igualando as duas relações matemáticas entre as concentrações já apresentadas, podemos deduzir uma terceira relação. Veja: Exercícios propostos 01 - (IFBA) Problemas e suspeitas vêm abalando o mercado do leite longa vida há alguns anos. Adulterações com formol, álcool etílico, água oxigenada e até soda cáustica no passado não saem da cabeça do consumidor precavido. Supondo que a concentração do contaminante formol (CH2O) no leite “longa-vida integral” é cerca de 3,0 g por 100 mL do leite. Qual será a concentração em mol de formol por litro de leite? a)100,0 mol/L b)10,0 mol/L c)5,0 mol/L d)3,0 mol/L e)1,0 mol/L 02 - (UNIFOR CE) O soro fisiológico é uma solução isotônica quando comparado aos líquidos corporais, que apresenta 0,9% em massa, de NaCl em água destilada, em outras palavras, em cada 100 mL de água encontram-se dissolvidos 0,9 gramas do sal. A concentração do NaCl em mol/L nesta solução será de, aproximadamente: Massa molar em g mol–1 Cl =35,5 e Na = 23,0 a)0,0015 b)0,015 c)0,15 d)1,5 e)15,0 03 - (UNIRG TO) As concentrações dos íons sulfato (SO42–) e cálcio (Ca2+) em uma amostra de água mineral são, respectivamente, iguais a 0,1 mg/L e 3,0 mg/L. Com base nessas informações, conclui-se que as concentrações molares de SO42–e Ca2+ são, respectivamente, a)2,5 10 –3 mol/L e 3,0 x10–2 mol/L. b)1,0 10–3 mol/L e 7,5 10–2 mol/L. c)2,5 10–6 mol/L e 3,0 10–5 mol/L. d)1,0 10–6 mol/L e 7,5 10–5 mol/L. 04 - (Fac. Cultura Inglesa SP) Uma solução aquosa de hidróxido de amônio para uso em limpeza doméstica tem concentração de 8% em m/v.Sabendo que a massa molar do NH4OH é 35 g/mol, é correto afirmar que a concentração aproximada, em mol/L, da solução de NH4OH para limpeza doméstica é a)0,2. b)0,7. c)1,2. d)2,3. e)3,5. 05 - (UFJF MG) A concentração em mol/L de uma solução de ácido sulfúrico de concentração 35% em massa e densidade 1,4 g/mL, é aproximadamente igual a: a)2,5. b)10,0. c)5,0. d)7,5. e)20. 06 - (FGV SP) A solução aquosa de HBr a 20 ºC, que tem densidade 1,5 g/mL e título em massa de 48%, apresenta concentração, ,em mol/L, aproximadamente igual a a)5,8. b)7,2. c)8,9. d)15. e)26. 07 - (UNIRG TO) O etilenoglicol (C2H6O2), em solução aquosa, é um aditivo usado em radiadores de automóveis. Se considerarmos que em 500 mililitros de uma solução existam 2,5 mol dessa substância, podemos dizer que sua concentração comum, em g/L, é de: Dados: Massas molares (g/mol): H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0 a)62; b)155; c)310; d)620. 08 - (IFBA) A solução de hipoclorito de sódio (NaOCl) em água é chamada comercialmente de água sanitária. O rótulo de determinada água sanitária apresentou as seguintes informações: Solução 20% m/m Densidade = 1,10 g/mL arilsonmartino@hotmail.com 6 Com base nessas informações, a concentração da solução comercial desse NaOCl será: a)1,10 mol/L b)2,00 mol/L c)3,00 mol/L d)2,95 mol/L e)3,50 mol/L GABARITO: 01) Gab: E 02) Gab: C 03) Gab: D 04) Gab: D 05) Gab: C 06) Gab: C 07) Gab: C 08) Gab: D Diluição Em nosso dia-a-dia, realizamos várias diluições, como, por exemplo, adicionar água quente em um café forte pra torná-lo mais fraco ou, então, adicionar água em um suco concentrado para melhorar seu sabor. Diluir uma solução significa diminuir a sua concentração. O procedimento mais comum para diluir uma solução é a adição de solvente à solução. Em uma diluição, a massa de soluto inicial e final é a mesma. Entretanto como o volume é maior, a concentração da solução será menor. Como a massa de soluto permanece inalterada durante a diluição, podemos escrever: Esse raciocínio também pode ser aplicado às outras concentrações, obtendo-se as seguintes equações: Com base nas expressões obtidas para a diluição de soluções, podemos observar que a concentração de uma solução é inversamente proporcionalao volume. Por isso, nos cálculos químicos envolvendo diluição, utiliza-se a regra de três inversamente proporcional. Curiosidade A diluição é um procedimento bastante utilizado nos laboratórios. Muitos produtos químicos são vendidos na forma de soluções aquosas concentradas. Esse procedimento torna o transporte do produto mais barato porque evita o peso da água. No laboratório, essas soluções são diluídas de acordo com as necessidades do químico. Exercícios Resolvidos 01) Tem-se 500 mL de uma solução 0,1 mol/L. Qual será o volume da solução final se essa for transformada em 0,25 mol/L? Resolução Sol.(Inicial): Vi = 500 mL, Mi = 0,1 mol/L Sol.(Final): Vf = ? , Mf = 0,25 mol/L Obs.: Como é uma igualdade não há necessidade de transformar os volumes para litro(L) 02) Se adicionarmos 200 mL de água a 300 mL de uma solução aquosa de glicose 20 g/L, qual a concentração, em g/L, da nova solução? Resolução Obs: O volume final é fornecido ou é considerado igual à soma dos volumes das soluções que foram misturadas, uma vez que normalmente a diferença pode ser considerada desprezível. V(final) = V(inicial) + V(água) 03) Uma amostra de 200 mL de uma solução de NaOH de concentração 15 g/L foi adicionada água suficiente para completar o volume para 500 mL. Qual a concentração da solução final? Resolução 04) 100 g de uma solução de HCl de 40% em massa são adicionados 350 g de água. Qual a porcentagem em massa de HCl na solução final? Resolução Exercícios Propostos 01) Se 100mL de uma solução de NaOH 10g/L foi adicionada água suficiente para completar 400 mL. Qual a concentração final da solução? 02) Se adicionarmos 100 mL de água a 100 mL de uma solução 0,3 mol/L de hidróxido de sódio, qual a concentração em mol/L da solução obtida? 03) Considere 100 mL de um suco de caju de concentração 0,5 mol/L. Qual o volume de água que deverá ser acrescentado para que a concentração do suco caia para 0,05 mol/L? 04) A 40 g de uma solução de ácido sulfúrico de 85 % em massa foi acrescentada 60 g de água. Qual a porcentagem em massa dessa solução? 05) (FPS PE) A cefalotina, C16H16N2O6S2, é um antibiótico que possui ação bactericida, sendo utilizada em infecções variadas, incluindo a arilsonmartino@hotmail.com 7 meningite. Um auxiliar de enfermagem precisa administrar 50,0 mL de uma solução de cefalotina 6,010–2 mol.L–1 em um paciente, e a enfermaria só dispõe de ampolas de 20 mL com concentração igual a 0,25 mol.L–1 de cefalotina. Calcule o volume de cefalotina 0,25 mol.L–1 que deve ser aspirado da ampola para administrar a dosagem prescrita. a)10 mL b)12 mL c)14 mL d)16 mL e)18 mL 06) (UEG GO) Uma solução estoque de hidróxido de sódio foi preparada pela dissolução de 4 g do soluto em água, obtendo-se ao final 100 mL e, posteriormente, determinado volume foi diluído para 250 mL obtendo- se uma nova solução de concentração igual a 0,15 mol.L–1.O volume diluído, em mL, da solução estoque, é aproximadamente a)26 b)37 c)50 d)75 07) (UDESC SC) Assinale a alternativa que corresponde ao volume de solução aquosa de sulfato de sódio, a 0,35 mol/L, que deve ser diluída por adição de água, para se obter um volume de 650 mL de solução a 0,21 mol/L. a)500 mL b)136 mL c)227 mL d)600 mL e)390 mL 08 - (ENEM) Nos municípios onde foi detectada a resistência do Aedes aegypti, o larvicida tradicional será substituído por outro com concentração de 10% (v/v) de um novo princípio ativo. A vantagem desse segundo larvicida é que uma pequena quantidade da emulsão apresenta alta capacidade de atuação, o que permitirá a condução de baixo volume de larvicida pelo agente de combate às endemias. Para evitar erros de manipulação, esse novo larvicida será fornecido em frascos plásticos e, para uso em campo, todo o seu conteúdo deve ser diluído em água até o volume final de um litro. O objetivo é obter uma concentração final de 2% em volume do princípio ativo.Que volume de larvicida deve conter o frasco plástico? a)10 mL b)50 mL c)100 mL d)200 mL e)500 mL Gabarito: 01) 0,025 g/L 02) 0,15 mol/L 03) VT = 1000; VÁgua = 1000 – 100 = 900 mL 04) 34% 05) B 06) B 07) E 08) D Mistura de soluções com o mesmo soluto Na mistura de soluções com o mesmo soluto, a massa final de soluto é igual à soma das massas iniciais. O volume final da solução é igual à soma dos volumes misturados. A determinação da concentração final da mistura pode ser feita pelo seguinte raciocínio matemático: O volume da solução final, geralmente, será aditivo, ou seja, Vf inal = V1 + V2. Aplicando um raciocínio semelhante para a concentração em quantidade de matéria (molaridade), obtém-se a expressão: Esse mesmo raciocínio se aplica as demais concentrações como, por exemplo, o título. Exercício resolvido Se misturarmos 300 mL uma solução aquosa de NaOH 0,1 mol/L com 200 ml de outra solução 0,2 mol/L do mesmo soluto, teremos uma nova solução com volume total de 500 mL, mas a quantidade de matéria (mol) da solução final será a soma das quantidades de matéria (mol) das soluções iniciais. Mistura de soluções com solutos diferentes que não reagem entre si Quando são misturadas duas ou mais soluções de solutos diferentes sem que ocorra reação, haverá apenas uma diluição dos solutos, pois teremos a mesma quantidade de cada soluto, mas em um volume maior. Geralmente, os solutos que não reagem apresentam o mesmo cátion ou o mesmo ânion. Exercício resolvido Se misturarmos 200 mL de uma solução 0,2 mol/L de NaOH com 100 ml de uma solução 0,1 mol/l de KOH, teremos uma nova solução com volume de 300 mL. Portanto, teremos “apenas” mais uma diluição. Exercícios propostos 01 - (UERGS) O volume em litros de uma solução de HNO3 0,1 mol.L–1 que deve ser adicionado a 5 litros de uma solução de HNO3 0,5 mol.L–1 para obter uma concentração final igual a 0,2 mol.L–1 é a)3. b)6. c)12. d)15. e)30. 02 - (UERJ)Atualmente, o óleo diesel utilizado em veículos automotores pode apresentar duas concentrações de enxofre, como mostra a tabela abaixo: A partir de janeiro de 2009, terá início a comercialização do óleo diesel S-50, com concentração de enxofre de 50 mg.L–1, mais indicado para reduzir a poluição atmosférica causada pelo uso desse combustível.Um veículo foi abastecido com uma mistura contendo 20 L de óleo diesel S- 500 e 55 L de óleo diesel S-2000.Admitindo a aditividade de volumes, calcule a concentração de enxofre, em mol.L–1, dessa mistura.Em arilsonmartino@hotmail.com 8 seguida, determine o volume de óleo diesel S-50 que apresentará a mesma massa de enxofre contida em 1 L de óleo diesel S-2000. 03 - (UNITAU SP) Uma solução é obtida misturando-se 300 g de uma solução A com 400 g de uma solução B. A solução A consiste em uma mistura cuja concentração do soluto é 25% (m/m), enquanto que, na solução B, a concentração do soluto é 40% (m/m).Qual a porcentagem de massa total do soluto (m/m) da solução obtida? Obs: m/m = massa/massa a)66,43% b)33,57% c)25,0% d)40,0% e)50, 0% 04 - (UFG GO) Um analista necessita de 100 mL de uma solução aquosa de NaCl 0,9% (m/v). Como não dispõe do sal puro, resolve misturar duas soluções de NaCl(aq): uma de concentração 1,5% (m/v) e outra de 0,5% (m/v). Calcule o volume de cada solução que deverá ser utilizado para o preparo da solução desejada. 05 - (UFMS) A mistura de duas soluções pode resultar em uma reação química e, conseqüentemente, na formação de outras soluções, ou simplesmente numa variação na concentração das espécies presentes. Misturaram-se 50 mL de uma solução 1,0 mol/L AlCl3 a 50 mL de uma solução 1,0 mol/L de KCl. Calcule o valor obtido pela soma das concentrações finais dos íons Al3+, K+ e Cl– na solução, emmol/L. 06 - (UFAM)A dois litros de soluçãoaquosa sacarose de concentração 50 g/L foi adicionada 6 litros de concentração 2 mol/L de solução aquosa de cloreto de sódio. Qual a concentração do sal e do açúcar na solução final? a)25,0 g/L; 3,0 mol/L b)0,2 Kg/L; 3,0 mol/L c)12,5 g/L; 1,5 mol/L d)25,0 g/L; 1,5 mol/L e)12,5 g/L; 3,0 mol/L 07 - (UFPR) Ao se misturar 100 mL de solução aquosa 0,15 mol.L-1 de cloreto de potássio com 150 mL de solução aquosa 0,15 mol.L-1 de cloreto de sódio, a solução resultante apresentará, respectivamente, as seguintes concentrações de Na+, K+ e Cl-: a)0,09 mol.L-1 , 0,06 mol.L-1, 0,15 mol.L-1 b)0,05 mol.L-1 , 0,06 mol.L-1, 1,1 mol.L-1 c)0,06 mol.L-1 , 0,09 mol.L-1, 0,15 mol.L-1 d)0,09 mol.L-1 , 0,09 mol.L-1, 0,09 mol.L-1 e)0,15 mol.L-1 , 0,15 mol.L-1, 0,30 mol.L-1 Gabarito 01 - Gab: D 02 - Gab: 20 . 500 + 55 . 2000 = C . 75 → C = 1600 mgL–1 → C = 1,6 gL–1 M = 1,6/32 = 0,05 molL–1 x = 40 L 03 - Gab: B 04 - Gab: VSol2 = 60 mL e VSol1 = 40 mL 05 - Gab: K+ = 0,5 mol/L ; Al+3 = 0,5 mol/L ; Cl-1 = 2 mol/L 06 - Gab: C 07 - Gab: A Titulação Nos laboratórios, são comuns recipientes que possuem frascos com rótulos danificados, sendo essencial para o químico saber qual é a substância do frasco, bem como sua concentração. Para determinar a concentração da solução, o químico pode efetuar o seguinte procedimento: ■ Coloca-se em uma bureta a solução de concentração conhecida (solução padrão). ■ Coloca-se em um erlenmeyer determinado volume da solução de concentração desconhecida (solução problema) e um indicador que possa evidenciar o final da reação entre os solutos das duas soluções. ■ Goteja-se lentamente a solução da bureta sobre a solução problema. ■ Quando o indicador mudar de cor, o que indica o final da reação (ponto de viragem ou ponto de equivalência), lê-se: o volume gasto da solução padrão. ■ Anotamos o volume gasto de solução padrão e prosseguimos com os cálculos químicos que permitem descobrir qual é a concentração da solução problema. Titulação é uma operação de laboratório utilizada para determinar a concentração desconhecida de uma solução (problema) usando uma reação química com uma solução de concentração conhecida (padrão). Como exemplo, vamos imaginar uma titulação de NaOH com HCl e fenolftaleína como indicador. Colocaremos, na bureta, a solução de concentração conhecida (HCl) 0,1 mol · L–1 e, no erlenmeyer, 20 mL de uma solução de concentração desconhecida (NaOH) e o indicador (3 a 4 gotas). A titulação se inicia ao abrir a bureta, deixando a solução padrão cair gota a gota sobre a solução problema, que inicialmente tem coloração rosa. A fenolftaleína é um indicador que possui coloração rosa em meio básico e incolor em meio ácido. Adicionando a solução de HCl à de NaOH, a coloração rosa da solução básica vai ficando menos intensa (diminuindo a basicidade). No momento exato do ponto de equivalência (ponto de viragem, ou ponto de neutralização), a solução com o indicador, no nosso caso, torna-se incolor. Indicador é uma substânca que dissolvida numa solução mostra , pela cor atribuída à solução , que se completou uma reação entre um soluto presente na solução e outro que lhe é adicionado pouco a pouco. Na titulação apresentada à reação química que ocorre é a seguinte: HCl + NaOH → NaCl + H2O A proporção estequiométrica da reação e de 1:1, portanto no ponto de equivalência temos: Quando uma solução neutraliza outra, a quantidade de matéria do ácido é proporcional à quantidade de matéria da base. No nosso caso, arilsonmartino@hotmail.com 9 Se gastamos 10 mL do ácido e usamos 20 mL de base, teremos para a seguinte equação química: O tipo de titulação mais comum é a titulação ácido base, que pode ser classificada em acidimetria ou alcalimetria. Se uma solução de ácido é titulada com uma solução alcalina (ou seja, na acidimetria), as hidroxilas da solução alcalina combinam-se com os hidrogênios ionizáveis do ácido, aumentando o pH da solução; em determinado pH, o ponto de equivalência é atingido e a reação é terminada. O mesmo raciocínio se aplica às soluções alcalinas tituladas por ácidos (isto é, a alcalimetria). Nesse tipo de titulação, ocorre a seguinte reação: X ácido + Ybase → sal + água No ponto de equivalência pode-se usar o seguinte raciocínio: Exercício resolvido Desejando determinar a concentração de uma solução de NaOH, usou-se uma titulação com H2SO4, 0,1mol/L. Para a neutralização de 25ml da base, foram necessários 27,5mL solução ácida.Qual é a concentração de NaOH, em mol/l? Exercícios propostos 01 - (UEG GO) A figura abaixo representa o esquema de uma titulação ácido-base. De acordo com as informações apresentadas acima, calcule a concentração do ácido presente no erlenmeyer. 02 - (PUC RJ) Na reação de neutralização de 40 mL de solução 1,5 mol L–1 de hidróxido de sódio com 60 mL de solução 1,0 mol L–1 de ácido clorídrico, é CORRETO afirmar que a concentração em quantidade de matéria (mol L–1) de Na+ nos 100 mL resultantes da mistura das soluções é igual a: a) 0,2 b) 0,4 c) 0,6 d) 0,8 e) 1,2 03 - (ENEM) Um dos parâmetros de controle de qualidade de polpas de frutas destinadas ao consumo como bebida é a acidez total expressa em ácido cítrico, que corresponde à massa dessa substância em 100 gramas de polpa de fruta. O ácido cítrico é uma molécula orgânica que apresenta três hidrogênios ionizáveis (ácido triprótico) e massa molar 192 g mol–1. O quadro indica o valor mínimo desse parâmetro de qualidade para polpas comerciais de algumas frutas. A acidez total expressa em ácido cítrico de uma amostra comercial de polpa de fruta foi determinada. No procedimento, adicionou-se água destilada a 2,2 g da amostra e, após a solubilização do ácido cítrico, o sólido remanescente foi filtrado. A solução obtida foi titulada com solução de hidróxido de sódio 0,01 mol L–1, em que se consumiram 24 mL da solução básica (titulante).Entre as listadas, a amostra analisada pode ser de qual polpa de fruta? a)Apenas caju. b)Apenas maracujá. c)Caju ou graviola. d)Acerola ou cupuaçu. e)Cupuaçu ou graviola. 04 - (UEG GO) Considere a reação do bicarbonato de sódio com ácido sulfúrico conforme mostrado pela equação química não balanceada: NaHCO3(s) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g) Nesse contexto, responda ao que se pede. a)Reescreva a equação química acima devidamente balanceada. b)Calcule a massa mínima de bicarbonato de sódio necessária para neutralizar 50 mL de uma solução 2 molL–1 de ácido sulfúrico. 05 - (UESPI) Na química, utilizamos um processo chamado de “Titulação” para determinar a quantidade de substância de uma solução, através do confronto com outra espécie química, de concentração e natureza conhecidas. As titulações ácido-base, titulação de oxidação- redução e titulação de complexação são exemplos deste procedimento. No caso de uma titulação ácido-base, em que foi utilizado 87,5 mL de HCl 0,1 M para se neutralizar um certo volume de NaOH 0,35 M, qual a quantidade de NaOH envolvida? Dados: massa molar do NaOH = 40g; massa molar do HCl = 36,5g a)15,0 mL b)25,0 mL c)50,0 mL d)75,0 mL e)87,5 mL 06 - (UFPE) O vinagre comercial contém ácido acético (CH3COOH). Na titulação de 6,0 mL de vinagre comercial com densidade 1,01 g mL–1, gastaram-se 10,0 mL de uma solução 0,40 mol L–1 de hidróxido de sódio (NaOH). Qual é a porcentagem de ácido acético contido no vinagre analisado? (Dados: C = 12, H = 1 e O = 16). Anote o inteiro mais próximo. arilsonmartino@hotmail.com 10 07 - (UFJF MG) O controle de qualidade para amostras de vinagre, que contém ácido acético (H3CCOOH), é feito a partir da reação deste com hidróxido de sódio. Sabendo-se que, de um modo geral, os vinagres comercializados possuem3 g de ácido acético a cada 100,0 mL de vinagre, qual seria o volume, em litros, de NaOH 0,5 mol/L gasto para neutralizar 100,0 mL desse vinagre? a)1,0 b)0,5 c)0,1 d)0,2 e)0,25 08 - (MACK SP) Para neutralizar totalmente 2,0L de solução aquosa de ácido sulfúrico contidos em uma bateria, foram usados 5,0L de solução 0,8 mol/L de hidróxido de sódio. A concentração, em mol/L, do ácido presente nessa solução é de: a)5 mol/L. b)4 mol/L. c)3 mol/L. d)2 mol/L. e)1 mol/L. 09 - (UEG GO) A mistura de uma solução de solutos diferentes pode ocorrer de forma que esses solutos reajam entre si. Em uma aula prática realizada no laboratório, um estudante utilizou na neutralização de 15 mL de uma solução aquosa de H2SO4, 20 mL de solução aquosa 0,6 mol.L-1 de NaOH. De acordo com essas informações, responda ao que se pede: a)Apresente a equação balanceada da reação acima descrita. b)Calcule a concentração em mol/L da solução ácida. 10 - (ENEM) O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: 5H2O2 (aq) + 2KMnO4 (aq) + 3H2SO4 (aq) → 5O2 (g) + 2MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8H2O (l) De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a a)2,0×100 mol. b)2,0×10–3 mol. c)8,0×10–1 mol. d)8,0×10–4 mol. e)5,0×10–3 mol. Gabarito 01 - 0,015 mol.L–1 02 - Gab: C 03 - Gab: C 04 - Gab: a)2NaHCO3(s) + 1H2SO4(aq) → 1Na2SO4(aq) + 2H2O(l) + 2CO2(g) b)Y = 16,8 g de NaHCO3 05 - Gab: B 06 - Gab: 4 07 - Gab: C 08 - Gab: E 09 - Gab: a) 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l) b) 0,4mol.L–1 10 - Gab: D Termoquímica Casos particulares das entalpias (ou calores) das reações Entalpia de formação É a variação de entalpia observada (calor liberado ou absorvido) na formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão. Exemplos: H2 (g) + ½ O2 (g) → 1H2O (l) ∆Hfo = -286,6 kJ/mol C(grafite) + O2(g) → 1CO2(g) ∆Hfo = -391,1 kJ/mol C(grafite) + 1/2O2(g) + 3H2(g)→ 1C2H5 OH(l) ∆Hfo = -277,5kJ/mol S(rômbico) + 2O2(g) + H2(g)→ 1H2SO4(l) ∆Hfo = -813kJ/mol H2 (g) + ½ O2 (g) → 1H2O (l) ∆Hfo = -68,3 Kcal/mol A entalpia de formação da água (H2O) é -286,6 kJ/mol, este valor corresponde à obtenção de 1 mol de H2O(l) a partir de substâncias no estado padrão. Atenção ! Muito cuidado para não associar de forma errada algumas reações com a entalpia de formação. Isso é muito comum em reações como estas: Cdiamante + O2(g) → CO2(g) ∆H = -395,4 kJ/mol A variação de entalpia dessa reação não é o calor de formação do CO2(g), por que o Cdiamante não é o estado padrão do carbono. H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) ∆H = -44,2 kcal/mol A variação de entalpia dessa reação não é o calor de formação do HCl(g), por que foram formados dois mols do produto. CaO(s) + H2O (l) → Ca(OH)2(aq) ∆H = -15,5 kcal/mol A variação de entalpia dessa reação não é o calor de formação do Ca(OH)2, por que os reagentes são substâncias compostas e o estado padrão do hidróxido de cálcio é sólido e não aquoso. A partir das entalpias de formação das substâncias que participam da reação, podemos calcular a variação de entalpia da reação utilizando-se o seguinte racicícinio: ∑∆Hfoprodutos = somatório das entalpias de formação dos produtos ∑∆Hforeagentes = somatório das entalpias de formação dos reagentes Exercício resolvido Qual é a variação de entalpia da seguinte reação? C12H22O11(s) + 12O2(g) → 12CO2(g) + 11H2O(l) ∆H = ? Dados: ∆Hfo C12H22O11(s) = – 2221 kJ.mol-1 ∆Hfo CO2(g) = – 394 kJ.mol-1 ∆Hfo H2O(l) = – 286 kJ.mol-1 arilsonmartino@hotmail.com 11 Exercícios propostos 01 - (UEG GO) O álcool etílico combustível, mais popularmente conhecido como etanol, é uma fonte de energia limpa e renovável, proveniente de várias matérias-primas como beterraba, milho e cana- de-açúcar, sendo esta última o insumo agrícola mais utilizado na produção de etanol no Brasil. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o etanol é uma fonte de energia natural e limpa, pois sua composição não contém poluentes que sejam prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Desde o momento em que brota no campo, a cana-de-açúcar passa a absorver parte do gás carbônico utilizado na produção e no consumo do etanol. A crescente fabricação brasileira de carros flex (movidos a gasolina e etanol), iniciada em 2003, foi o que permitiu o avanço da utilização do etanol no Brasil. Atualmente, 97,7% dos carros produzidos no país podem ser abastecidos com etanol ou gasolina, puros ou misturados em qualquer proporção. A equação química que representa o processo de combustão do etanol encontra-se mostrada a seguir. C2H6O(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) Sabendo-se que a entalpia de formação da H2O(l) é –286 kJ/mol; que a do CO2(g) é –393,5 kJ/mol e que a do C2H6O(l) é –277,6 kJ/mol, verifica- se que a energia liberada na combustão de 1,0 mol de etanol é: a)–1367,4 kJ/mol b)–401,9 kJ/mol c)+401,9 kJ/mol d)–348,6 kJ/mol e)+1367,4 kJ/mol 02 - (Unioeste PR) O óxido de magnésio é utilizado como matéria prima ou precursor na síntese de vários compostos de magnésio para aplicação química, industrial e farmacêutica. Quando se adiciona óxido de magnésio (MgO) à água, há uma liberação de calor devido à seguinte reação química: MgO + H2O → Mg(OH)2 + X kcal/mol Sabendo-se que as entalpias de formação dos compostos envolvidos são a 1atm e 25 ºC (condições-padrão): H (MgO) = –152 kcal/mol; H (H2O) = –68 kcal/mol; H (Mg(OH)2) = –240 kcal/mol; Em relação à reação e o calor envolvido no processo, assinale a alternativa CORRETA. a)A reação é exotérmica e libera 20 kcal/mol. b)A reação é endotérmica e o valor de X é 40 kcal/mol. c)A reação é exotérmica e o valor de X é –40 kcal/mol. d)A reação é endotérmica e absorve 40 kcal/mol. e)O magnésio se reduz e libera 20 kcal/mol. 03 - (UFGD MS) Atualmente, a grande produção de lixo tornou-se um problema mundial, pois o tratamento inadequado pode acarretar sérios problemas na área da saúde pública, em virtude de facilitar o ressurgimento de diferentes epidemias a partir do contato humano com materiais contaminados. Visando a diminuir esse contato com o lixo, um dos métodos de tratamento pode ser o aterro sanitário. Os gases produzidos em um aterro sanitário podem ser reutilizados como fonte de energia (biogás), diminuindo assim o consumo de fontes de energias não renováveis. Sabendo que o metano é o principal componente do biogás e que sua reação de combustão é dada pela equação: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l), na qual as entalpias de formação padrão para: CH4(g) = –17,9 kcal/mol CO2(g) = –94,1 kcal/mol e H2O(l) = –68,3 kcal/mol. Assinale a alternativa que corresponde à variação da entalpia )H( para a combustão completa de 1 mol de metano. a)–144,5 kcal b)–180,3 kcal c)+318,4 kcal d)–212,8 kcal e)–348,6 kcal 04 - (UDESC SC) A nitroglicerina - C3H5(NO3)3 – é um nitrato de alquila, descoberta em 1847 por Ascanio Sobrero (químico italiano, 1812- 1888), que a obteve misturando glicerina, ácido nítrico e ácido sulfúrico. No estado puro e à temperatura ambiente, a nitroglicerina é um líquido muito explosivo e perigoso. Em 1867, Alfred Nobel (químico sueco, 1833-1896) realizou testes no sentido de melhorar a manipulação da nitroglicerina, misturando-a com materiais inertes, comosílica, pós cerâmicos, argila, gesso, carvão e terras diatomáceas. Esses materiais, agora moldáveis, viriam a se tornar um explosivo muito importante, conhecido como dinamite.A equação abaixo (não balanceada) representa a reação de decomposição da nitroglicerina: C3H5(NO3)3(l) → N2(g) + O2(g) + CO2(g) + H2O(g) (não balanceada) Dados: Hf C3H5(NO3)3(l) = –364 kJ/mol; Hf CO2(g) = –393 kJ/mol; Hf H2O(g) = –242 kJ/mol De posse das informações, assinale a alternativa que representa a variação de entalpia da reação acima, em kJ por mol de nitroglicerina. a)–4263 b)–3725 c)–1420 d)–2830 e)–5690 05 - (FATEC SP) O benzeno sofre reação de combustão segundo a equação balanceada C6H6(l) + 2 15 O2(g) → 6 CO2(g) + 3 H2O(l) A entalpia de combustão do benzeno pode ser determinada conhecendo-se os valores das entalpias de formação do gás carbônico, assim como da água e do benzeno líquidos.A tabela apresenta os valores de entalpia de formação de algumas substâncias nas condições padrão. A entalpia de combustão completa do benzeno, em kJ/mol, é a)–3 272 b)–3 172 c)–2 122 d)+2 364 e)+3 272 GABARITO: 01) Gab: A 02) Gab: A 03) Gab: D 04) Gab: E 05) Gab: A Entalpia de combustão É a variação de entalpia observada (calor liberado) na combustão completa de 1 mol de uma substância, considerando todos os participantes nos respectivos estados padrões. Lembre-se de que toda combustão libera calor e sempre envolve a reação de uma arilsonmartino@hotmail.com 12 substância denominada combustível com o oxigênio, que é denominado comburente. 1 CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = - 212,8 Kcal/ mol O valor - 212,8 Kcal/mol é referente à combustão de 1 mol de metano CH4(g) em condições ambientes de 25°C e pressão de 1 atm. Atenção ! Uma importante aplicação para os calores de combustão é a análise dos combustíveis , considerando apenas o aspecto energético dos mesmos denominado de poder calorífico. Na escolha de um melhor combustível, a capacidade calorífica não é o único fator que devemos analisar. Além do aspecto energético, é importante avaliar o impacto ambiental e o preço por grama de cada combustível. Eficiência enérgica ambiental No caso de combustíveis orgânicos, podemos avaliar qual combustível é menos poluente usando a eficiência energética ambiental (EEA). Quanto maior a EEA, maior é a energia liberada por mol de CO2(g), ou seja, mais eficiente e menos poluente é o combustível. Exercícios propostos 01 - (ENEM) Um dos problemas dos combustíveis que contêm carbono é que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, é analisar seu calor de combustão )H( oc , definido como a energia liberada na queima completa de um mol de combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substâncias que contêm carbono e seu ocH . Neste contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida? a)Benzeno. b)Metano. c)Glicose. d)Octano. e)Etanol. 02 - (ENEM) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. 1367,00,79 OH)CH(CH Etanol 726,00,79 OH)(CH Metanol (kJ/mol) Combustão deCalor (g/mL) C25 a Densidade Álcool 23 3 − − BAIRD, C. Química Ambiental. São Paulo. Artmed, 1995 (adaptado). Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar a)metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. b)etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. c)metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. d)etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. e)etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. 03 - (ENEM) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a ( )025HCº25 do metano, do butano e do octano. 5.471114HCoctano 2.87858HCbutano 89016CHmetano (kJ/mol) ΔH (g/mol) molar massa molecular fórmula composto 188 104 4 0 25 − − − À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é a)gasolina, GLP e gás natural. b)gás natural, gasolina e GLP. c)gasolina, gás natural e GLP. d)gás natural, GLP e gasolina. e)GLP, gás natural e gasolina. 04- (ENEM) Por meio de reações químicas que envolvem carboidratos, lipídeos e proteínas, nossas células obtêm energia e produzem gás carbônico e água. A oxidação da glicose no organismo humano libera energia, conforme ilustra a equação química, sendo que aproximadamente 40% dela é disponibilizada para atividade muscular. C6H12O6 (s) + 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6 H2O(l) 2800Hc −= kJ Considere as massas molares (em g mol–1): H = 1; C = 12; O = 16. Na oxidação de 1,0 grama de glicose, a energia obtida para atividade muscular, em quilojoule, é mais próxima de arilsonmartino@hotmail.com 13 a)6,2. b)15,6. c)70,0. d)622,2. e)1 120,0. 05 - (ENEM) Para comparar a eficiência de diferentes combustíveis, costuma-se determinar a quantidade de calor liberada na combustão por mol ou grama de combustível. O quadro mostra o valor de energia liberada na combustão completa de alguns combustíveis. Qual combustível apresenta maior liberação de energia por grama? a)Hidrogênio. b)Etanol. c)Metano. d)Metanol. e)Octano. 06 - (ENEM) Glicólise é um processo que ocorre nas células, convertendo glicose em piruvato. Durante a prática de exercícios físicos que demandam grande quantidade de esforço, a glicose é completamente oxidada na presença de O2. Entretanto, em alguns casos, as células musculares podem sofrer um déficit de O2 e a glicose ser convertida em duas moléculas de ácido lático. As equações termoquímicas para a combustão da glicose e do ácido lático são, respectivamente, mostradas a seguir: C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) Hc = –2 800 kJ CH3CH(OH)COOH (s) + 3 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 3 H2O (l) Hc = –1 344 kJ O processo anaeróbico é menos vantajoso energeticamente porque a)libera 112 kJ por mol de glicose. b)libera 467 kJ por mol de glicose. c)libera 2 688 kJ por mol de glicose. d)absorve 1 344 kJ por mol de glicose. e)absorve 2 800 kJ por mol de glicose. Gabarito 01 - Gab: C 02 - Gab: D 03 - Gab: A 04 - Gab: A 05 - Gab: A 06 - Gab: A Entalpia deligação É a energia absorvida na quebra de 1 mol de uma ligação química, no estado gasoso, a 25 ºC e 1 atm. H─H(g) → H(g) + H(g) ∆Ho = 436kJ/ mol H─F(g) → H(g) + F(g) ∆Ho = 564,3kJ/ mol A energia absorvida na quebra de uma ligação é numericamente igual à energia liberada na sua formação. H(g) + H(g) → H─H(g) ∆Ho = - 436kJ/ mol H(g) + F(g) → H─F(g) ∆Ho = - 564,3kJ/ mol Os valores das energias de ligação dos participantes da reação também podem ser usados para calcular a variação de entalpia(∆H) de uma reação.Para se calcular a variação do calor (entalpia) da reação, através da energia de ligação, usa-se a quantidade de energia absorvida na quebra da ligação e a quantidade de energia liberada na formação de novas ligações, portanto: ∑ ligações rompidas > ∑ ligações formadas = reação endotérmica ∑ ligações rompidas < ∑ ligações formadas = reação exotérmica Como exemplo, vamos calcular a variação de entalpia da seguinte reação através das energias de ligação dos participantes: Execícios propostos 01 - (UESPI)Os clorofluorcarbono (CFCs) são usados extensivamente em aerosóis, ar-condicionado, refrigeradores e solventes de limpeza. Os dois principais tipos de CFCs são o triclorofluorcarbono (CFCl3) ou CFC- 11 e diclorodifluormetano (CF2Cl2) ou CFC-12. O triclorofluorcarbono é usado em aerosóis, enquanto que o diclorodifluormetano é tipicamente usado em refrigeradores. Determine o H para a reação de formação do CF2Cl2: CH4(g) + 2Cl2(g) + 2F2(g) → CF2Cl2(g) + 2HF(g) + 2HCl(g) Dados de energia de ligação em kJ/mol: C-H (413) Cl-Cl (239) F-F (154) C-F (485) C-Cl (339) H-F (565) H-Cl (427) a)– 234 kJ b)– 597 kJ c)– 1194 kJ d)– 2388 kJ e)– 3582 kJ 02 - (UNIFEI MG) Considerando os dados de entalpia de ligação abaixo, o calor associado (kJ/mol) à reação: (g)(g) 4(g) 2(g) 4 HCl 4 CCl Cl 4 CH +→+ , à pressão constante, deverá ser : (C – H = 414 kJ/mol, H – Cl = 431 kJ/mol, Cl – Cl = 243 kJ/mol, C – Cl = 331 kJ/mol) a)420 kJ/mol b)105 kJ/mol c)– 105 kJ/mol d)– 420 kJ/mol arilsonmartino@hotmail.com 14 03 - (PUC SP) Dados: Entalpia de ligação H – H = 435 kJ/mol N – H = 390 kJ/mol A reação de síntese da amônia, processo industrial de grande relevância para a indústria de fertilizantes e de explosivos, é representada pela equação: N2(g) + 3H2(g) → 2NH3 (g) kJH 90−= A partir dos dados fornecidos, determina-se que a entalpia de ligação contida na molécula de N2 ( NN ) é igual a: a)645 kJ/mol b)0 kJ/mol c)645 kJ/mol d)945 kJ/mol e)1125 kJ/mol 04 - (UFTM MG) O fósforo branco e o fósforo vermelho são alótropos do elemento fósforo. O arranjo estrutural dessas moléculas é tetraédrico, com átomos de P em cada vértice. A energia de dissociação do fósforo branco, P4, é 1 260 kJ/mol. O valor médio previsto para a energia de ligação P-P no fósforo branco é, em kJ/mol, a)210. b)252. c)315. d)420. e)630. 05 - (UFPE) Utilize as energias de ligação da Tabela abaixo para calcular o valor absoluto do H de formação (em kJ/mol) do cloroetano a partir de eteno e do HCl. H2C=CH2(g) + H─Cl → H3C─CH2Cl(g) 431ClH609CC 413HC345CC 339ClC435HH mol/kJ /Energia Ligação mol/kJ /Energia Ligação −= −− −− 06 - (ENEM) O gás hidrogênio é considerado um ótimo combustível — o único produto da combustão desse gás é o vapor de água, como mostrado na equação química. 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) Um cilindro contém 1 kg de hidrogênio e todo esse gás foi queimado. Nessa reação, são rompidas e formadas ligações químicas que envolvem as energias listadas no quadro. Massas molares mol g : H2 = 2; O2 = 32; H2O = 18. Qual é a variação da entalpia, em quilojoule, da reação de combustão do hidrogênio contido no cilindro? a) –242 000 b) –121 000 c) –2 500 d) 110 500 e) 234 000 Gabarito 01 - Gab: C 02 - Gab: D 03 - Gab: D 04 - Gab: A 05 - Gab: -57kJ/mol 06 - Gab: B Entalpia ou calor de neutralização É a variação de entalpia observada(calor liberado) na reação entre 1 mol de íons 𝐻(𝑎𝑞)+ proveniente de um ácido com 1 mol de íons 𝑂𝐻(𝑎𝑞)− proveniente de uma base, considerando-se todas as substâncias diluidas, a 25oC e 1 atm. Quando a neutralização envolve um ácido forte e uma base forte a variação de entalpia é praticamente constante e igual a -58 k/J/mol𝐻(𝑎𝑞)+ ou -13,8 kcal/mol𝐻(𝑎𝑞)+ . HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) H = -13,8 kcal 𝐻(𝑎𝑞) + + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)− → H2O(l) H = -13,8 kcal H2SO4(aq) + 2KOH(aq) → K2SO4(aq) + 2H2O(l) H = 2(-13,8 kcal) = -27,6 kcal 2𝐻(𝑎𝑞) + + 2𝑂𝐻(𝑎𝑞)− → 2H2O(l) H = 2(-13,8 kcal) = -27,6 kcal Esse valor constante de calor liberado por mol de 𝐻(𝑎𝑞)+ neutralizado é explicado pelo fato dos ácidos fortes estarem completamente ionizados em uma solução aquosa e as bases fortes estarem completamente dissociadas .Se um dos reagentes for fraco , ou se ambos o forem , o calor liberado será menor que 58kJ. H2S(aq) + 2NaOH(aq) → Na2S(aq) + H2O(l) H = -16kJ/mol𝐻(𝑎𝑞)+ Eletrólitos fracos não estão totalmente ionizados em uma solução aquosa e umaparte da energia que seria liberada é gasta no processo de ionização do ácido ou dissociação da base. Lei de Hess Em 1 840, o químico Germain H. Hess descobriu que a variação de entalpia de um determinado processo que se passa em uma sequência de etapas dependia somente do estado inicial dos reagentes e do estado final dos produtos. Portanto, se uma reação química ocorre em uma só etapa ou em várias etapas, a soma das variações de entalpia de cada etapa é igual à variação de entalpia da reação feita em uma só etapa. Isso é uma consequência do fato de a variação de entalpia ser uma função de estado. “A lei de Hess afirma que a variação de entalpia de um processo físico ou químico pode ser obtida por meio da soma algébrica das variações de entalpia de cada etapa em que o processo possa ser dividido” Essa lei permite trabalhar as equações termoquímicas como se fossem equações matemáticas: podemos multiplicar ou dividir uma equação termoquímica por um número ou adicionar ou subtrair uma arilsonmartino@hotmail.com 15 série de equações termoquímicas para obtermos a variação de entalpia de uma determinada reação. A lei de Hess é muito útil no cálculo de variações de entalpia que são difíceis de serem medidas diretamente no laboratório. Exemplo: Calcule o ∆H da reação: C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3CO2 (g) + 4 H2O (l) ∆H = ? Dadas as equações abaixo: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H = – 94 kcal H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l) ∆H = – 68 kcal 3C (s) + 4 H2 (g) → C3H8 (g) ∆H = – 33,8 kcal Exercícios propostos 01 - (Unimontes MG) O esquema a seguir ilustra a formação do gás metano (CH4) através da combinação direta dos elementos, nos seus estados normais, e combinação dos gases monoatômicos dos elementos. a) ooo 214 += b) ooo 213 += c) oooo 3214 ++= d) oo 43 = 02 - (UDESC SC) Dados os calores de reação nas condições padrões para as reações químicas abaixo: H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(ℓ) ΔHº = – 68,3 kcal C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔHº = – 94,0 kcal C2H2(s) + 5/2O2(g) → 2CO2(g) + H2O(ℓ) ΔHº = – 310,6 kcal Pode-se afirmar que a entalpia padrão do acetileno, em kcal/mol, é: a)–310,6 b)–222,5 c)–54,3 d)+54,3 e)+222,5 03 - (UFRR) Um estudante de química chegou ao Laboratório e observou escrito no quadro duas reações de combustão a seguir: I) Cgrafita + O2(g) ⎯→⎯ CO2(g) mol/kcal1,94−= II) Cdiamante + O2(g) ⎯→⎯CO2(g) mol/kcal5,94−= Logo após chegou o monitor de química e perguntou para ele quantos kcal/mol seriam necessários para transformar grafita em diamante?Observe as alternativas abaixo e assinale a verdadeira. a)-188,6 kcal/mol b)- 0,4 kcal/mol c)+ 0,4 kcal/mol d)+ 188,6 kcal/mol e)+ 4 kcal/mol 04 - (UDESC SC) A reação termite ou termita é uma reação aluminotérmica em que o metal alumínio é oxidado pelo óxido de ferro III, Fe2O3, liberando uma grande quantidade de calor. Em poucos segundos, a reação produz ferro fundido. Dadas as equações: 2Aℓ(s) + 2 3 O2(g) → Aℓ2O3(s) H = –400 kcal mol–1 2Fe(s) + 2 3 O2(g) → Fe2O3(s) H = –200 kcal mol–1 Determine a quantidade de calor liberada na reação a seguir: Fe2O3(s) + 2Aℓ(s) → Aℓ2O3(s) + 2Fe(s) a)+ 400 kcal b)+ 200 kcal c)–400 kcal d)–200 kcal e)–100 kcal 05 - (UNISA) Com o objetivo de solucionar o problema da grande demanda de energia proveniente de fontes energéticas não-renováveis, uma das alternativas propostas é o uso da biomassa, matéria orgânica que quando fermenta, produz biogás, cujo principal componente é o metano, utilizado em usinas termelétricas, gerando eletricidade, a partir da energia térmica liberada na sua combustão.O calor envolvido, em kJ, na combustão de 256 g do principal componente do biogás é, aproximadamente, Dados: kJ/mol 393,5– H (g) CO (g)O (graf) C kJ/mol 242,0– H (g) OH O(g) (g)H kJ/mol 74,4– H (g) CH (g)2H (graf) C 22 22 1 2 42 =→+ =→+ =→+ a)–801,0. b)+1.606,0. c)–6.425,0. d)+8.120,0. e)–13.010,0. 06 - (ENEM)O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química: 3 C2H2 (g) → C6H6 (l) A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais: I.C2H2 (g) + 2 5 O2 (g) → 2 CO2 (g) + H2O (l) 310Hoc −= kcal/mol II.C6H6 (l) + 2 15 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) 780Hoc −= kcal/mol A variação de entalpia do processo de trimerização, em kcal, para a formação de um mol de benzeno é mais próxima de a)–1 090. b)–150. c)–50. d)+157. e)+470. 07 - (ENEM) O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita ( -Fe2O3), a magnetita (Fe3O4) e a wustita (FeO). Na siderurgia, o ferro-gusa é obtido pela fusão de minérios de ferro em altos fornos em condições adequadas. Uma das etapas nesse processo é a formação de monóxido de carbono. O CO arilsonmartino@hotmail.com 16 (gasoso) é utilizado para reduzir o FeO (sólido), conforme a equação química: FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO2 (g) Considere as seguintes equações termoquímicas: Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) = –25 kJ/mol de Fe2O3 3 FeO (s) + CO2 (g) → Fe3O4 (s) + CO (g) = –36 kJ/mol de CO2 2 Fe3O4 (s) + CO2 (g) → 3 Fe2O3 (s) + CO (g) = +47 kJ/mol de CO2 O valor mais próximo de , em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é a)–14. b)–17. c)–50. d)–64. e)–100. 08 - (UFMS) Calcule a entalpia, H , em kcal/mol, da reação: , O CCO 2(g)sólido grafite2(g) +→ nas condições ambientes (25ºC e 1 atm), sabendo-se que: I. )(2)g(2)g(2)g(62 OH 3CO 2O 2/7HC +→+ mol/kcal7,372ºH −= II. )g(62)g(2sólido grafite HCH 3C 2 →+ mol/kcal2,20ºH −= III. )(2)g(2)g(2 OHO 2/1H →+ mol/kcal3,68ºH −= 09- (PUC MG) Dadas as seguintes equações termoquímicas, a 25ºC e 1 atm: I- C2H2(g) + 5/2 O2(g)→ 2CO2(g) + H2O(l) H1 = – 1301,0 kJ/mol II- C2H6(g) + 7/2 O2(g)→ 2CO2(g) + 3H2O(l) H2 = – 1560,0 kJ/mol III- H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) H3 = –286,0 kJ/mol Assinale a variação de entalpia (H), em kJ, para a reação: C2H2(g) + 2 H2(g) → C2H6(g) a) – 313,0 b) – 27,0 c) + 313,0 d) + 27,0 10 - (Unimontes MG) O carvão pode ser usado para a obtenção de outros combustíveis como o gás metano. As reações que ocorrem são representadas abaixo pelas respectivas equações termoquímicas: kJ 3,131H )g(H)g(CO)g(OH)s(C o22 =+→+ kJ 2,41H )g(H)g(CO)g(OH)g(CO o222 −=+→+ kJ 8,74H )g(CH)g(H2)s(C o42 −=→+ Baseando-se nas equações fornecidas, a variação de entalpia padrão )H( o da reação representada pela equação )g(CO)g(CH)g(OH2)s(C2 242 +→+ é a) +15,3 kJ. b) +90,1 kJ. c) −56,5 kJ. d) +247,3 kJ. Gabarito 01 - Gab: C 02 - Gab: D 03 - Gab: C 04 - Gab: D 05 - Gab: E 06 - Gab: B 07- Gab: B 08 - Gab: 94kcal/mol 09- Gab: A 10 - Gab: A Cinética química A cinética química estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que podem modificá-la. Existem reações químicas de velocidade: lenta, moderada, rápida e instantânea. A cinética química não pode prever se uma reação é espontânea ou não. Por exemplo, a transformação de grafite em diamante é uma reação extremamente lenta já a queima de fogos de artifícios é uma reação extremamente rápida. As reações orgânicas e iônicas de oxirredução geralmente são mais lentas que as inorgânicas. A velocidade de uma reação pode ser determinada por métodos físicos ou químicos. Os físicos são mais vantajosos. Condições para que ocorra reação Quando os reagentes são colocados em contato, suas partículas colidem umas com as outras, podendo, ou não, formar novas substâncias (produtos). Para haver a formação de produtos, as colisões devem ocorrer com uma orientação favorável e com uma quantidade mínima de energia denominada energia de ativação. Essa colisão que proporciona a formação de produtos é denominada colisão efetiva ou eficaz. Quando a colisão possui orientação favorável e não possui o mínimo de energia ou o contrário, não ocorre a formação de produtos e essa colisão é denominada colisão não efetiva ou não eficaz. Portanto, para ocorrer uma reação química, os seguintes passos devem ser seguidos: 1)Os reagentes devem entrar em contato. 2)Deve existir afinidade química entre os reagentes. 3)As partículas dos reagentes devem colidir entre si. 4)As colisões devem ocorrer com uma orientação favorável e com uma quantidade mínima de energia (energia de ativação). Em uma reação podem ocorrer até 1.000.000 colisões por segundo. Existem dois tipos de colisão: • Colisão efetiva ou eficaz = forma produtos • Colisão não efetiva = não forma produtos. Quanto maior for o número de colisões efetivas, maior é a velocidade da reação. Energia de ativação (Ea) A energia de ativação é o mínimo de energia necessário, para que a reação aconteça. Por exemplo, para um palito de fósforo entrar em combustão, é preciso um mínimo de energia, que pode arilsonmartino@hotmail.com 17 ser fornecido através de atrito. A energia de ativação é uma barreira energética que as moléculas dos reagentes devem vencer para possibilitar a formação de um produto. Portanto, quanto maior a energia de ativação, menor é a velocidade da reação. Essa barreira energética existe em todas as reações químicas, não importando se a reação é endotérmica ou exotérmica. Complexo ativado Entre a transformação dos reagentes em produtos , existe uma espécie química intermediária altamente instável denominada de complexo ativado.O complexo ativado não pode ser isolado. Exercícios propostos 01 - (UNESP SP) A queima de um combustível como a gasolina, ou seja, sua reação com o oxigênio, é bastante exotérmica e, do ponto de vista termodinâmico, é espontânea. Entretanto, essa reação inicia-se somentecom a concorrência de um estímulo externo, como, por exemplo, uma faísca elétrica. Dizemos que o papel deste estímulo é a)fornecer a energia de ativação necessária para a reação ocorrer. b)deslocar o equilíbrio no sentido de formação de produtos. c)aumentar a velocidade da reação direta e diminuir a velocidade da reação inversa. d)favorecer a reação no sentido da formação de reagentes. e)remover o nitrogênio do ar, liberando o oxigênio para reagir. 02 - (MACK SP) Uma mistura de vapor de gasolina e ar, à temperatura ambiente, não reage. Entretanto, no motor de carros, em presença de faísca elétrica, ocorre a combustão da gasolina. Dessa constatação, são feitas as seguintes afirmações I.a faísca fornece à mistura a energia necessária para iniciar a reação. II.a faísca é a única responsável pela combustão da gasolina, uma vez que ela ocorre mesmo em ausência de ar. III.a reação que ocorre é exotérmica. IV.a faísca faz com que as moléculas de oxigênio se separem do ar e reajam com a gasolina. Das afirmações feitas, somente são corretas: a)I, III e IV b)I e III c)I e IV d)II e III e)III e IV 03 - (UNICAMP SP) O livro O Pequeno Príncipe, de Antoine de Saint- Exupéry, uma das obras literárias mais traduzidas no mundo, traz ilustrações inspiradas na experiência do autor como aviador no norte da África. Uma delas, a figura (a), parece representar um chapéu ou um elefante engolido por uma jiboia, dependendo de quem a interpreta. Para um químico, no entanto, essa figura pode se assemelhar a um diagrama de entalpia, em função da coordenada da reação (figura b). Se a comparação for válida, a variação de entalpia dessa reação seria a)praticamente nula, com a formação de dois produtos. b)altamente exotérmica, com a formação de dois produtos. c)altamente exotérmica, mas nada se poderia afirmar sobre a quantidade de espécies no produto. d)praticamente nula, mas nada se poderia afirmar sobre a quantidade de espécies no produto. 04 - (MACK SP) O gráfico acima representa a reação Z Y X →+ . Os valores do H e da energia de ativação, em kJ/mol, são, respectivamente, arilsonmartino@hotmail.com 18 a)+ 50 e 20. b)+ 15 e 45. c)+ 30 e 20. d)+ 5 e 20. e)+ 25 e 55. 05 - (PUC MG) Considere uma reação que possui uma energia de ativação de 60 kJ e uma variação de entalpia de – 150 kJ. Qual dos diagramas energéticos a seguir representa CORRETAMENTE essa reação? a) b) c) d) 06 - (FGV SP)A energia envolvida nos processos industriais é um dos fatores determinantes da produção de um produto. O estudo da velocidade e da energia envolvida nas reações é de fundamental importância para a otimização das condições de processos químicos, pois alternativas como a alta pressurização de reagentes gasosos, a elevação de temperatura, ou ainda o uso de catalisadores podem tornar economicamente viável determinados processos, colocando produtos competitivos no mercado. O estudo da reação reversível: A+B C+D , revelou que ela ocorre em uma única etapa. A variação de entalpia da reação direta é de –25 kJ. A energia de ativação da reação inversa é + 80 kJ. Então, a energia de ativação da reação direta é igual a a)–80 kJ. b)–55 kJ. c)+55 kJ. d)+80 kJ. e)+105 kJ. 07 - (UFPR) Sobre o diagrama abaixo, referente à reação A + B → C + D, considere as afirmativas a seguir: +120 0 -130 A + B C + D sentido da reação En er gia P ote nc ial (k J) I. O processo é exotérmico. II. Na reação, H = -250 kJ. III. A energia de ativação vale +120 kJ. Assinale a alternativa correta. a)Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b)Somente a afirmativa I é verdadeira. c)Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. d)Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. e)Todas as afirmativas são verdadeiras. 08 - (UFU MG) Uma reação química processa-se, conforme o diagrama de energia abaixo. E n er g ia I II III IV Sentido da reação Em relação à essa reação e às energias envolvidas, apresentadas acima, é INCORRETO afirmar que: a)II representa a Energia de Ativação da reação. b)é uma reação endotérmica, sendo I a energia absorvida na reação. c)IV representa o calor liberado na reação. d)III representa a Energia de Ativação para a reação inversa. 09 - (ESPM SP) Considere o diagrama abaixo para a seguinte reação: Br + H2 → HBr + H a)Qual é a energia de ativação da reação? b)Qual é a variação da entalpia? c)A reação é exotérmica ou endotérmica? 10 - (UERJ) É proibido, por lei, o transporte de materiais explosivos e/ou corrosivos em veículos coletivos. Na Tijuca, bairro da Zona Norte do município do Rio de Janeiro, um sério acidente causou vítimas fatais quando uma caixa contendo explosivos foi arrastada pelo piso do ônibus. A energia resultante do atrito iniciou uma reação de grande velocidade que liberou calor e promoveu reações em cadeia nos explosivos provocando incêndio e liberando muitos gases tóxicos. Dentre os gráficos abaixo, aquele que melhor representa o fenômeno ocorrido com a caixa de explosivo no interior do coletivo é: arilsonmartino@hotmail.com 19 sentido da reação E ne rg ia início fim a- sentido da reação En er gi a início fim b- sentido da reação E ne rg ia início fim c- sentido da reação En er gi a início fim d- sentido da reação E ne rg ia fim início e- Gabarito 01 - Gab: A 02 - Gab: B 03 - Gab: D 04 - Gab: B 05 - Gab: A 06 - Gab: C 07 - Gab: A 08 - Gab: B 09 - Gab: a) 28 kcal/mol b) 25 kcal/mol c) endotérmica pois o H > 0 10 - Gab: B Fatores que influenciam a velocidade das reações Os principais fatores que exercem influência na velocidade das reações químicas são: ■ Estado físico dos reagentes. ■ Superfície de contato. ■ Temperatura. ■ Luz e eletricidade. ■ Concentração dos reagentes. ■ Presença de catalisador. Vamos agora analisar detalhadamente cada um desses fatores. Estado físico dos reagentes Quando caminhamos do estado gasoso para o sólido, verificamos uma diminuição na mobilidade das partículas devido ao aumento das forças de atração entre elas. Essa diminuição na mobilidade dificulta os choques (colisões) entre as partículas, diminuindo a velocidade da reação. Por isso, reagentes gasosos geralmente reagem mais rapidamente que os líquidos e esses, mais rapidamente que os sólidos. Superfície de contato A superfície de contato é um fator de grande relevância no estudo das velocidades das reações entre reagentes em fases diferentes, sendo que, quanto maior a superfície de contato, maior é a velocidade da reação. Essa relação é facilmente observada quando, por exemplo, trituramos um comprimido efervescente e o jogamos em um copo com água, ocorrendo a sua dissolução mais rapidamente do que se ele estivesse inteiro ou em pedaços. A fragmentação aumenta o contato entre os reagentes, ocasionando maior número de colisões efetivas entre as partículas e, consequentemente, aumentando a velocidade da reação. Temperatura Quanto maior a temperatura, maior é a energia cinética média das partículas e maior é o número de colisões entre elas. Portanto, quanto maior a temperatura, maior é o número de moléculas com energia igual ou superior ao mínimo necessário para a reação (energia de ativação). Luz e eletricidade Existem algumas reações sensíveis à luz (fotossíntese e fotólise) e outras à eletricidade. O fornecimento de luz ou eletricidade para o sistema ocasiona um aumento na velocidade da reação, pois esse fornecimento de energia faz com que tenhamos um aumento do número de moléculas com energia igual ou superior à energia de ativação. O valor da energia de ativação não é alterado na presença desses agentes físicos. Concentração dos reagentes Quanto maior a concentração dos reagentes, maior é o número de partículas por unidade de volume e,
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