Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Foca na medicina Questões de Química Professora Karinne Paula EQUILÍBRIO QUÍMICO 1. (Uerj 2011) Em motores de combustão interna, o óxido nítrico é produzido a partir da reação representada pela seguinte equação química: 2 g 2 g g N O 2NO ƒ Em condições ambientes, a concentração de NO na atmosfera corresponde a 10-13 mol.L-1, sendo a constante de equilíbrio da reação, Kc, igual a 5 x 10-31. Entretanto, sob temperatura elevada, como nos motores de veículos, essa concentração é de 10-5 mol.L-1. Admitindo-se que não há variação nas concentrações de N2 e O2, calcule o valor de Kc sob temperatura elevada. Apresente, ainda, as fórmulas estruturais planas das moléculas apolares presentes na equação química. 2. (Uerj 2010) Após o consumo de elevada quantidade de bebida alcoólica, uma pessoa bebeu vários copos de água com o objetivo de diminuir a acidez estomacal provocada pelo etanol. Observe os valores das constantes de ionização do etanol e da água nas condições em que foram ingeridos: Substância Constante de ionização (K) etanol 10-16 água 10-14 Tendo em vista o caráter ácido-base do etanol e da água, indique se a opção de beber vários copos de água para amenizar a acidez estomacal foi adequada, justificando sua resposta. Em seguida, escreva a equação química que representa o equilíbrio ácido-base entre o etanol e a água. 2 3. (Fuvest 2010) Cloreto de nitrosila puro (NOC )l foi aquecido a 240 C em um recipiente fechado. No equilíbrio, a pressão total foi de 1,000 atm e a pressão parcial do NOCl foi de 0,640 atm. A equação a seguir representa o equilíbrio do sistema: 2(g) (g) 2(g)2 NOC 2 NO Cl € l a) Calcule as pressões parciais do NO e do 2Cl no equilíbrio. b) Calcule a constante do equilíbrio. 4. (Uerj 2010) O biodiesel, constituído basicamente por um éster, é obtido a partir da reação entre um triacilglicerol e um álcool. Analise o esquema: Industrialmente, para aumentar a produção de biodiesel, utiliza-se álcool em quantidade muito superior à proporção estequiométrica da reação. Com base no equilíbrio químico da reação, explique por que quantidades elevadas de álcool aumentam o rendimento do processo industrial. Indique, também, o nome oficial do éster que contém cinco átomos de carbono formado a partir do etanol. 3 5. (Fuvest 2007) Na produção de hidrogênio por via petroquímica, sobram traços de CO e CO2 nesse gás, o que impede sua aplicação em hidrogenações catalíticas, uma vez que CO é veneno de catalisador. Usando-se o próprio hidrogênio, essas impurezas são removidas, sendo transformadas em CH4 e H2O. Essas reações ocorrem a temperaturas elevadas, em que reagentes e produtos são gasosos, chegando a um equilíbrio de constante KI no caso do CO e a um equilíbrio de constante KII no caso do CO2. O gráfico traz a variação dessas constantes com a temperatura. a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 °C, as pressões parciais de CO, H2, CH4 e H2O, eram, respectivamente, 4 × 10-5 atm; 2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi alcançado. Explique. b) As transformações de CO e CO2 em CH4 mais H2O são exotérmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta. c) Em qual das duas transformações, na de CO ou na de CO2, o calor desprendido ou absorvido é maior? Explique, em termos do módulo da quantidade de calor (│Q│) envolvida. 6. (Uerj 2007) Em um experimento realizado em um reator fechado e na presença de um catalisador, sob condições controladas de temperatura e pressão, verificou-se a velocidade da seguinte reação: 4 N2(g) + 3H2(g) € 2NH3(g) Um cronômetro foi disparado no momento em que os reagentes foram postos em contato. Decorrido um determinado tempo T, foi atingido o estado de equilíbrio. A velocidade média da reação no período de tempo T foi igual a 0,10 mol × L-1 × min-1. No estado de equilíbrio, as concentrações dos reagentes nitrogênio e hidrogênio eram, respectivamente, 1,0 × 10-2 mol × L-1 e 1,0 × 10-1 mol × L-1. Admita que a reação se comporte segundo a lei da ação das massas e que sua constante de equilíbrio seja igual a 6,4 × 102 mol-2 × L2. Determine o tempo decorrido, em minutos, entre o início da reação e o momento em que o estado de equilíbrio é atingido. Em seguida, explique a consequência da retirada do catalisador sobre o valor da constante de equilíbrio. 7. (Unifesp 2017) Certo produto utilizado como “tira-ferrugem” contém solução aquosa de ácido oxálico, 2 2 4H C O , a 2% (m V). O ácido oxálico é um ácido diprótico e em suas soluções aquosas ocorrem duas reações de dissociação simultâneas, representadas pelas seguintes equações químicas: a) Expresse a concentração de ácido oxálico no produto em g L e em mol L. b) Escreva a expressão da constante aK do equilíbrio global e calcule seu valor numérico a partir das constantes 1a K e 2a K . Dados: C 12; H 1; O 16. 5 8. (Ufpr 2017) Numa atividade física intensa, as células do tecido muscular de um atleta demandam energia. Essa energia é armazenada na forma de moléculas de ATP (adenosina trifosfato) e pode ser obtida através da conversão de ATP em ADP (adenosina difosfato), conforme mostrado na equação (I). Essa reação em condição intracelular fornece uma energia livre de Gibbs 0 1G 11,5 kcal mol .Δ A creatina 1(M 131g mol ) é um dos suplementos mais populares utilizados atualmente por atletas. A ingestão de creatina faz com que aumente a concentração de fosfocreatina dentro da célula do tecido muscular. A fosfocreatina reage com ADP, produzindo ATP através de uma reação enzimática, mostrada na equação de equilíbrio (II). a) Durante esforço físico intenso, o que acontece com a razão entre as concentrações [creatina] [fosfocreatina] dentro da célula do tecido muscular? b) Como se pode prever isso utilizando o Princípio de Le Châtelier? c) Qual é a quantidade de energia gerada através da hidrólise de ATP proveniente exclusivamente da ingestão de 3 g de creatina, admitindo-se que toda essa creatina é acumulada na forma de fosfocreatina nas células? (Utilize uma casa decimal nos cálculos) 9. (Unicid - Medicina 2017) Considere os equilíbrios: 1. 2(g) 2(g) 3(g)2 SO O 2 SO ƒ 25Kc 9,9 10 a 25 C 2. 2(g) 2(g) (g)O N 2 NO ƒ 30Kc 4,0 10 a 25 C 6 a) Com base nos valores de Kc, informe a direção preferencial de cada um desses sistemas. b) A que fenômeno ambiental a equação 1 pode ser corretamente relacionada? Explique como ela participa da formação desse fenômeno. 10. (Fuvest 2017) Uma das formas de se medir temperaturas em fase gasosa é por meio de reações com constantes de equilíbrio muito bem conhecidas, chamadas de reações-termômetro. Uma dessas reações, que ocorre entre o ânion tiofenolato e o 2,2,2-trifluoroetanol, está representada pela equação química Para essa reação, foram determinados os valores da constante de equilíbrio em duas temperaturas distintas. Temperatura (K) Constante de equilíbrio 300 95,6 10 500 37,4 10 a) Essa reação é exotérmica ou endotérmica? Explique, utilizando os dados de constante de equilíbrio apresentados. b) Explique por que, no produto dessa reação, há uma forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion. 7 GABARITO COMENTADO Resposta da questão 1: 2 c 2 2 [NO] K [N ] [O ] Em condições ambientes: Kc = 5 x 10−31 e [NO] = 10−13, logo 13 2 31 2 2 4 2 2 (10 ) 5 10 [N ] [O ] [N ] [O ] 2 10 Sob temperatura elevada: [NO] = 10−5 e [N2] × [O2] = 2 x 104, logo 5 2 15 c 4 (10 ) K 5 10 2 10 Fórmulas estruturais planas das moléculasapolares presentes na equação: N N O O Resposta da questão 2: De acordo com a tabela, a água apresenta maior constante de ionização quando comparada com o etanol. Logo não foi uma boa opção beber vários copos desse composto. C2H5OH + H2O C2H5OH2+ + OH− Resposta da questão 3: a) Como a pressão parcial de um gás é diretamente proporciona ao seu número de mols, teremos: 2(g)2 NOCl € (g)2 NO 2(g)C l n 0 0 Gasta 2x Forma 2x Forma 1x No final 0,640 atm No final 2x No final 1x 8 Sabemos que: 2NOC NO C total P P P P , l l ou seja, 2 NO C 0,640 2x x 1,000 3x 0,360 x 0,120 atm P 2x 2 0,120 atm 0,240 atm P 1x 0,120 atm l b) A constante de equilíbrio, em função da pressão, pode ser dada por: 2 2 NO C P 2 NOC 2 P P2 (P ) P K (P ) (0,240) 0,120 K 0,016875 K 0,017 atm (0,640) l l Resposta da questão 4: O equilíbrio será deslocado para a direita com a adição de álcool (aumento de concentração), logo a concentração do éster aumentará e o rendimento do processo também. Nome oficial do éster: propanoato de etila. Resposta da questão 5: a) A 460 °C para KI = 500 atm-2, teremos: 3H2(g) + CO(g) € CH4(g) + H2O(g) QI = (P(CH4) x P(H2O))/((P(H2))3 x P(CO)) QI = (0,4 x 0,4) / ((23) x 4 x 10-5) = 0,5 x 103= 500 atm2. Conclusão: QI = KI = 500 atm-2. O equilíbrio foi alcançado. b) São transformações exotérmicas, pois, de acordo com o gráfico, com a elevação da temperatura os valores de KI e de KII diminuem, ou seja, os produtos se formam em menor quantidade. c) Numa dada temperatura, de acordo com o gráfico, KI > KII. Isto significa que a variação de temperatura influencia mais o valor de KI do que o valor de KII. Ou seja, a reação I é mais exotérmica do que a reação II, logo, o calor liberado na 9 reação I é maior do que o calor liberado na reação II. Então QI > QII . Conclusão, a reação I libera maior quantidade de calor. Resposta da questão 6: KC = [NH3]/([N2][H2]3) [NH3] = -464 x 10 = 8,0 x 102 mol x L1 V(média) = ∆[NH3]/(2 x ∆t) ∆t = ∆[NH3]/(2 x V(média)) = (8,0 x 102)/(2 x 0,10) = 0,4 min. ∆t = 0,4 min. Não há alteração do valor numérico da constante de equilíbrio, já que o efeito do catalisador seria apenas sobre a velocidade do processo, não afetando o equilíbrio. Resposta da questão 7: a) Cálculo da concentração de ácido oxálico no produto em g L e em mol L : 2 2 4 3 1 2 2 4 Ácido oxálico H C O 1 2 2 4 2 g 2 g 2 g 2% (m V) 2 g L 100 mL 100 10 L 10 L H C O 90 m 2 g n 0,22 mol M 90 g mol [H C O ] 0,22 mol L 14 2 43 b) Expressão da constante aK do equilíbrio global: 2 2 2 4 Global 2 2 4 [C O ][H ] K [H C O ] A constante de equilíbrio da reação global pode ser obtida a partir do produto das constantes de equilíbrio das etapas. 10 1 2 2 4 2 2 4(aq) 2 4(aq) (aq) a 2 2 4 2 2 2 4 2 4(aq) 2 4(aq) (aq) a 2 4 Global 2 2 2 4(aq) 2 4(aq) (aq) 2 2 2 4 Global 2 2 4 2 4 [HC O ][H ] H C O HC O H K [H C O ] [C O ][H ] HC O C O H K [HC O ] H C O C O 2 H [C O ][H ] K [H C O ] [HC O ] € € a1 2 2 4 2 2 4 2 4 K [H ] [C O ][H ] [H C O ] [HC O ] 1 4 4 2 4 43 Global a2 1 2 2 2 2 4 2 2 4 K K Global a a 2 2 3 Global [C O ][H ] [H C O ] K K K K 5,9 10 6,4 10 3,776 10 1 4 4 2 4 43 1 44 2 4 43 ¨ Observação: a constante da segunda etapa de ionização é 56,4 10 . Porém, o erro de digitação no enunciado original não impediu a resolução da questão. Resposta da questão 8: a) A razão entre as concentrações [creatina] [fosfocreatina] dentro da célula do tecido muscular aumenta. b) De acordo com o enunciado da questão numa atividade física intensa, as células do tecido muscular de um atleta demandam energia. Essa energia é armazenada na forma de moléculas de ATP (adenosina trifosfato) e pode ser obtida através da conversão de ATP em ADP (adenosina difosfato), conforme mostrado na equação (I). De acordo com o Princípio de Le Châtelier o equilíbrio (II) desloca para a direita devido à produção de ADP descrito na reação (I). { { Conversão de ATP em ADP 2 2 4 Pr oduzido 4 10 3 5 4 9 3 2 Desloca Aumenta Fosfocreatina Creatinapara a direita 4 9 3 2 4 10 3 5 ATP H O ADP HPO H (I) C H N O P ADP H C H N O ATP (II) [C H N O ] [C H N O P] 1 44 2 4 43 1 4 2 4 3 A razão aumenta. 11 c) Cálculo da quantidade de energia gerada através da hidrólise de ATP proveniente exclusivamente da ingestão de 3 g de creatina: 0 1 1 creatina G 11,5 kcal mol M 131g mol 131g de creatina Δ 11,5 kcal 3 g de creatina E E 0,26633587 kcal E 0,3 kcal Resposta da questão 9: a) Kc alto indica deslocamento para o lado dos produtos, pois o Kc é diretamente proporcional a 3SO . Kc baixo alto indica deslocamento para o lado dos reagentes, pois o Kc é inversamente proporcional a 2O e 2N . b) A formação da chuva ácida. A reação que dá origem ao fenômeno será: (s) 2(g) 2(g) 2(g) 2(g) 3(g) 3(g) 2 ( ) 2 4(aq) (s) 2(g) 2 ( ) 2 4(aq) 2S 2O 2SO 2SO O 2 SO 2SO 2H O 2H SO 2S 3O 2H O 2H SO l l ƒ ƒ ƒ ƒ Resposta da questão 10: a) A partir dos dados fornecidos na tabela: Temperatura (K) Constante de equilíbrio 300 95,6 10 500 37,4 10 equilíbrio [P] K (reação direta) [R] [P] [R] direita (maior valor da constante de equilíbrio) [P] [R] esquerda (menor valor da constante de equilíbrio) Verifica-se que a constante de equilíbrio diminui 9 3(5,6 10 7,4 10 ) com a elevação da temperatura (300 K 500 K). 12 Conclusão: o rendimento da reação direta diminui com a elevação da temperatura, consequentemente, trata-se de um processo exotérmico. b) A forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion se deve ao fato de ocorrer uma interação do tipo dipolo-ânion, ou seja, o átomo de hidrogênio ligado ao oxigênio “se comporta” com um próton (está polarizado; (O H)) δ δ e atrai o par de elétrons presente no átomo de enxofre presente no ânion.
Compartilhar