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QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ 1 Todas os exercícios da apostila que tiverem essa câmera , estão gravados em vídeo para você. Nossos professores resolveram as questões, comentando cada detalhe para te ajudar na hora de estudar. Muitas questões trazem dicas preciosas. Não deixe de assistir aos vídeos dentro da plataforma on-line do Perspectiva e bons estudos! EQUILÍBRIO QUÍMICO O equilíbrio químico é atingido quando, na mistura reacional, as velocidades das reações direta (reagentes formando produtos) e inversa (produtos formando regenerando os reagentes) ficam iguais. Mas, em primeiro lugar, é importante entender que reação química é um processo onde reagentes se combinam e formam novas substâncias com propriedades diferentes. Algumas reações se processam totalmente, enquanto outras parecem parar antes de estarem completas. Isso tem a ver com a reversibilidade da reação. Em uma reação reversível os reagentes formam os produtos, mas os produtos reagem entre si e regeneram os reagentes. Por exemplo, a produção da amônia ocorrendo em recipiente fechado, sob pressão e temperatura constantes: N2(g) + 3H2(g) ⟺ 2NH3(g) O processo é dinâmico, ou seja, a reação ocorre nos dois sentidos. Consideremos a reação hipotética entre a mols de A e b mols de B, formando c mols de C e d mols de D: aA + bB ⟺ cC + dD Inicialmente, observando uma determinada quantidade de A e B e concentrações de C e D nulas. No decorrer da reação, as concentrações de A e B diminuem e de C e D aumentam. A velocidade da reação inversa, que é nula a princípio, cresce continuamente com o tempo. A velocidade da reação direta diminui e da inversa aumenta, até que atinjam a igualdade. Nesse momento as substâncias A e B se formam na mesma velocidade em que são consumidas. As concentrações de reagentes e produtos não mais se alteram. Este é o instante no qual a mistura reacional atingiu o equilíbrio. Variação entre velocidade e tempo. No equilíbrio, velocidades se igualam. No estado de equilíbrio, mesmo com o sistema aparentando estar parado, as reações diretas e inversas continuam a ocorrer, com velocidades iguais. Por isso as concentrações das substâncias permanecem constantes. Por exemplo, na reação de produção de amônia: No equilíbrio, as concentrações de produtos e reagentes são constantes Constantes De Equilíbrio Constante de equilíbrio em termos de concentração (Kc) A constante Kc é denominada constante de equilíbrio em termos de concentração, e é uma grandeza com valor específico para uma dada reação e temperatura, independente das concentrações iniciais, volume do recipiente ou pressão. A expressão da constante de equilíbrio obtém-se pela multiplicação das concentrações dos produtos, estando elevadas a potências iguais aos respectivos coeficientes da equação balanceada, dividindo-se esse produto pelo produto das concentrações dos reagentes, cada qual também elevada à potência igual ao respectivo coeficiente estequiométrico. Para o equilíbrio hipotético: aA + bB ⟺ cC + dD Onde A, B, C e D representam reagentes e produtos e a, b, c e d, os respectivos coeficientes estequiométricos. A expressão da constante de equilíbrio é: Kc = [C]c⋅[D]d/ [A]a⋅[B]b A concentração molar está simbolizada pela fórmula da substância entre colchetes. Exemplo: Para a reação de formação da amônia, temos: N2(g) + 3 H2(g) ⟺ 2 NH3(g) Kc = [NH3]2 /[N2]⋅[H2]3 Deslocamento de Equilíbrio Químico Sabemos que o sistema está em equilíbrio quando as velocidades de reação V1 e V2 são iguais, ou seja, V1 = V2. Quando há alterações nas velocidades, há o deslocamento no equilíbrio, causando alterações nas concentrações dos participantes. Princípio de Le Chatelier Quando um equilíbrio sofre uma ação externa, ele se desloca no sentido de anular essa ação externa. - Equilíbrio: V1 = V2 - Se V1 > V2, o equilíbrio se desloca para direita. Há aumento de [HI] e diminuição de [H2] e [I2]. - Se V2 > V1, o equilíbrio se desloca para esquerda. Há aumento de [H2] e [I2] e diminuição de [HI]. Fatores que deslocam o Equilíbrio Químico Concentração dos participantes N2(g) + 3H2(g) <--> 2NH3 Se há aumento do reagente [N2] [H2], o equilíbrio se desloca para a direita. Se há aumento do produto [NH3], o equilíbrio se desloca para a esquerda. Obs: O aumento da concentração desloca o equilíbrio para o sentido oposto. Efeito da Pressão Apenas para gases. O aumento da pressão causa diminuição do volume ocupado. “Em um equilíbrio gasoso, o aumento da pressão causa deslocamento do equilíbrio para o sentido de menor volume e vice-versa.” Efeito da Temperatura Reação endotérmica: absorve calor, são favorecidas a altas temperaturas. Reação exotérmica: libera calor, são favorecidas a baixas temperaturas. “Em um equilíbrio químico, altas temperatura deslocam o equilíbrio para o sentido endotérmico. Se diminuir a temperatura o equilíbrio se desloca para o sentido exotérmico.” Efeito do Catalisador O catalisador não desloca equilíbrio, apenas faz com que o equilíbrio seja alcançado mais rápido. É a situação na qual as concentrações dos QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ C 2 participantes da reação não se alteram, pois, as velocidades das reações direta e inversa são iguais. Equilíbrio iônico – Cálculo de pH e pOH Equilíbrio Iônico É o equilíbrio estabelecido entre uma substância e os seus respectivos íons. É toda a substância que em solução aquosa, sofre ionização ou dissociação e é capaz de conduzir corrente elétrica. Envolve soluções aquosas de ácidos fracos e bases, que apresentam partículas iônicas e moléculas não ionizadas. Constante de ionização: Ki Constante de acidez: Ka Constante de basicidade: Kb Constante de Ionização 1. Para ácidos: Ka Maior Ka = maior força ácida HA ↔ H+ + A- Ex: HCl ↔ H+ + Cl- 2. Para Bases: Kb Maior Kb = maior força básica BOH ↔B+ + OH- Ex: KOH ↔K+ + OH- A água pura se ioniza muito fracamente da seguinte forma: A constante de equilíbrio KC é dada pela expressão: Como a água está no estado líquido, a sua concentração mantém-se constante, então não participa da fórmula e podemos mulitiplicá-la pelo KC, obtendo uma nova constante. Neste caso, a KW, ou seja, o produto iônico da água. A KW é a constante de equilíbrio iônico da água. A letra w vem da palavra inglesa water que significa água. Esta constante depende da temperatura. A 25°C a constante de equilíbrio iônico da água vale: Tipos de soluções aquosas As soluções aquosas das substâncias Químicas podem ser classificadas em três tipos: - solução ácida - solução básica - solução neutra Solução ácida É a solução que contém a concentração do íon H+ maior do que a concentração do íon OH-. Solução básica É a solução que contém a concentração do íon OH- maior do que a concentração do íon H+. Solução neutra É a solução que contém a concentração do íon OH- igual à concentração do íon H+. Sendo KW = [H+] . [OH-] e KW =1.10-14, calcule o valor da concentração de íons H+ e de íons OH-: Então se 1.10-7 é a solução neutra, se houver maior quantidade de íons H+, a solução será ácida. Se houver maior quantidade de íons OH-, a solução será básica. Os químicos inventaram uma maneira mais simplificada para expressar esses valores. Foi utilizado o conceito de pH para calcular a quantidade de íons nestas soluções aquosas. pH é o produto hidrogeniônico da água e é uma escala criada para medir a acidez de soluções aquosas. pOH mede a quantidade de íon OH- nas soluções aquosas. Eletrólito Autoionização da água QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ 3 ESCALA DE pH E pOH Ao trabalharmos com soluções aquosas, as concentrações de [H+] e de [OH-] são extremamente pequenas, da ordem de 10-3 a 10-9,etc. Evitando trabalhar com expoentes negativos de base 10, Sorensen chamou a esses expoentes (pontenzno alemão) negativos de pH, quando relativos ao H+ e de pOH, quando relativos ao OH-. pH= -log [H+] e pOH= - log [OH-] pH + pOH = 14 0___________________________7_________________________14 Ácido Neutro Básico Cada variação de 1 unidade no pH, corresponde a 10 vezes na concentração. Exercício: 1. Na indústria de alimentos, para se evitar que a massa de pães e biscoitos fique com aspecto amarelado, utiliza-se como aditivo, um ácido orgânico fraco monoprótico, o propanoico. Considerando a constante de ionização do ácido propanoico igual a 1,0 x 10-5 e as condições de temperatura e pressão de 25°C e 1 atm o pH aproximado de uma solução de concentração 0,001mol/L desse ácido é: a) 2 b) 4 c) 6 d) 7 e) 8 2. A 25 °C, o pOH de uma solução de ácido clorídrico, de concentração 0,10 mol/L, admitindo-se ionização total do ácido, é: a) 10-13 b) 10-1 c) 1 d) 7 e) 13 3. Adicionou-se água a 1,15 g de ácido metanoico até completar 500 mL de solução. Considerando que nessa concentração o grau de ionização desse ácido é de 2%, então o pOH da solução é: a) 2 b) 3 c) 12 d) 10 e) 11 4. O hidróxido de magnésio Mg(OH)2 é um antiácido largamente utilizado. Assinale a alternativa que indica a massa de Mg(OH)2 que deve ser adicionada a 1 L de solução para aumentar o seu pH de 1 para 2, admitindo que essa adição não acarreta uma variação do volume da solução. a) 0,1 g b) 2,6 g c) 5,8 g d) 12,0 g e) 5,2 g 5. A um litro de solução de ácido clorídrico (HCℓ) de pH = 2 são adicionados nove litros de água destilada. O pH da solução final é: a) 4 b) 5 c) 1 d) 2 e) 3 6. Sabe-se que o íon hipoclorito pode se combinar com a água, originando uma reação ácido-base, cuja constante de equilíbrio é 3,0 10−7. Considere as afirmações abaixo. 1) Soluções de NaCO são alcalinas. 2) O íon hipoclorito é um ácido fraco. 3) O HCO é o ácido conjugado ao CO−. 4) A concentração de CO− em uma solução de NaCO 0,30 mol L−1 será menor que 0,30 mol L−1. Estão corretas apenas: a) 1, 2 e 3 b) 2 e 3 c) 2 e 4 d) 1, 3 e 4 e) 1 e 3 7. Quando se borbulha C2(g) na água, estabelecem-se os seguintes equilíbrios: C2 (g) → C2(aq) C2(aq) + H2O → HCO + H + + C– HCO(aq) → H + + CO–Kdissoc = 8 10–4, a 25ºC. Analisando-se esses equilíbrios, foram feitas as seguintes afirmações: I. Quanto maior o pH da água, maior será a solubilidade do gás. II. Pode ocorrer desprendimento de C2 gasoso se for adicionado NaC sólido à solução. III. A constante de dissociação do HCO aumenta se for adicionado um ácido forte à solução, a 25ºC. Está correto o que se afirma em: a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. 8. O pH de uma solução cuja concentração hidroxiliônica é mol/L é: a) 2 b) 4 c) 7 d) 9 e) 10 9. Considere uma solução obtida a partir da mistura de 100 mL de uma solução aquosa de ácido clorídrico 0,1 mol/L com 900 mL de água pura. O pH dessa solução é: a) 0,01 b) 0,1 c) 1 d) 2 10. Sob temperatura de 25°C uma amostra de água de poço apresentou pOH = 8,21. Assinale a alternativa que corresponde à razão da concentração dos íons [H+] (em mol/L) entre a água mineral e a água de poço. a) 0,1 b) 10 c) 1,17 d) 101,42 QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ C 4 11. Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando o valor do Potencial de Hidrogênio com a substância. 1. pH = 2,5 2. pH = 6,5 3. pH = 7,4 4. pH = 11,5 ( ) Sangue Humano ( ) Leite ( ) Suco de limão ( ) Água Sanitária Assinale a sequência CORRETA encontrada. a) 3 – 2 – 1 – 4 b) 3 – 1 – 2 – 4 c) 4 – 1 – 2 – 3 d) 4 – 2 – 3 – 1 12. Ao borbulhar CO2(g) em um Becker contendo água pura, obtiveram-se os seguintes valores de pH da solução, relativamente ao tempo e a duas diferentes temperaturas. A equação considerada é representada por: CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) → H + (aq) + HCO − 3 (aq) Considerando o equilíbrio acima, analise as afirmativas: I. A reação é endotérmica. II. A reação é exotérmica. III. A solução final é alcalina. IV. A adição de OH- deslocará o equilíbrio para a esquerda. Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s) correta(s): a) Apenas I. b) II e IV. c) Apenas II. d) Apenas III. e) Apenas IV. 13. Tem-se 250 mL de uma solução 0,100 mol/L de hidróxido de amônio, à temperatura de 25°C. Nesta solução ocorre o equilíbrio: NH4OH(aq) → NH4 + (aq) + OH−(aq) Kb = 1,8 10−5 Se esta solução for diluída a 500 mL com água pura, e a temperatura permanecer constante, a concentração, em mol/L, de íons OH− ___, e a quantidade, em mol, de íons OH− ____. a) diminuirá aumentará b) diminuirádiminuirá c) aumentaráaumentará d) aumentará diminuirá e) ficará constante ficará constante 14. Para evitar o desenvolvimento de bactérias em alimentos, utiliza-se ácido benzóico como conservante. Sabe-se que: i. Em solução aquosa, ocorre o equilíbrio: COOH COO - - + H+ (BZH) (BZ ) ii. A ação bactericida é devida exclusivamente à forma não dissociada do ácido (BzH). iii. Quando [BzH] =[Bz-], o pH da solução é 4,2. Com base nestas informações, e considerando a tabela seguinte, Alimento .................................pH Refrigerante......................3,0 Picles................................3,2 Leite..................................6,5 pode-se afirmar que é possível utilizar ácido benzóico como conservante do: a) refrigerante, apenas. b) leite, apenas. c) refrigerante e picles, apenas. d) refrigerante e leite, apenas. e) picles e leite, apenas. 15. O exame dos seguintes dados: I. [H3CNH3]+[CN]- + HOH → HCN + [H3CNH3]OH sal ácido base II. constante de ionização: ácido – K1 = 5×10-10 base – K2 = 5×10-4 Permite concluir que, na dissolução em água, do composto [H3CNH3]CN, se obtém um solução: a) básica, porque K1< K2. b) básica, porque K1> K2. c) ácida, porque K1< K2. d) ácida, porque K1> K2. e) neutra, porque [ácido] = [base] 16. Juntamos uma pequena quantidade de cloreto de amônio sólido a uma solução diluída de hidróxido de amônio, mantendo-se a temperatura constante. Como decorrência dessa adição, o grau de dissociação e a constante de ionização do hidróxido de amônio irão, respectivamente: a) aumentar; aumentar b) aumentar; diminuir c) diminuir; aumentar d) diminuir; permanecer constante e) permanecer constante; diminuir. 17. Observe a tabela que considera volumes iguais de quatro soluções aquosas de ácidos com mesma concentração em quantidade de matéria (molL–1) e valores aproximados da constante de equilíbrio (Ka). Sobre essas soluções, pode-se afirmar que: a) oHClO(aq) é o mais ionizado. b) o HCN(aq) é o que apresenta maior acidez. c) o HNO2(aq) é o mais ionizado. d) o H3C–COOH(aq) é o que apresenta maior acidez. e) o HCN(aq) é o mais ionizado. QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ 5 18. A extensão com que um ácido fraco se ioniza em solução aquosa varia muito, o que pode ser avaliado pela constante de ionização e pela concentração da solução em quantidade de matéria. Considere o ácido cianídrico em solução aquosa na concentração 10–2 mol/L. A sua constante de ionização é Ka = 4,84 x 10–10 e, nessa concentração, o HCN se encontra 0,022% ionizado. Se a 10 mL dessa solução acrescenta-se água destilada e avoluma-se a 1,0L a solução final, como consequência, a ionização do HCN passará a ser de: a) 0,44% b) 0,22% c) 0,11% d) 0,044% e) 0,011% 19. Uma parte do CO2 formado durante o processo da respiração dissolve-se no sangue e é um dos componentes responsáveis pela constância de seu pH. Entretanto, a perda ou o acúmulo excessivo de CO2 no sangue pode provocar uma pequena variação em seu pH. Considere, a uma dada temperatura, a seguintereação e a sua respectiva constante de equilíbrio: CO2(g) +H2O → H + (aq) + HCO3–(aq), K = [H+].HCO3–] / [CO2]. Com base nessas informações, é correto afirmar: a) A constante de equilíbrio varia com a concentração de água. b) Ao aumentar o pH do meio, a reação é deslocada para a esquerda. c) O acúmulo excessivo de CO2 diminui o pH. d) No instante em que diminuir o pH do meio, o valor de K aumenta. e) O excesso de HCO3 provoca uma diminuição de pH. 20. O íon cianeto (CN-), quando na forma de ácido cianídrico (HCN), é um agente tóxico, não somente originado dos sais iônicos utilizados em processos industriais, mas também naturalmente da hidrólise da “amigdalina”, substância presente em sementes de maçã, ameixa e pêssego. A partir dessa informação, considere o equilíbrio químico descrito abaixo: HCN(g) + H2O(aq)→CN-(aq) + H3O+(aq); Ka = 1 x 10-10. Assinale a alternativa correta. a) A elevada acidez do HCN é destacada pelo valor de pKa = 10. Em soluções com valores de pH acima de 10, há o favorecimento da formação do HCN. b) O HCN é considerado um ácido forte, e o valor de Ka justifica as mais elevadas concentrações de íons CN- e H3O+ comparativamente ao HCN, no equilíbrio. c) O íon cianeto é uma base relativamente forte, razão pela qual reage prontamente com ácidos fracos ou fortes para formar o cianeto de hidrogênio. d) O HCN é considerado um ácido fraco, que, em soluções com valores de pH muito abaixo de 10, ocorre majoritariamente na forma dissociada. e) A baixa acidez relativa do HCN é ressaltada pelo modelo de Lewis, onde o íon CN- atua como um bom receptor de pares de elétrons sigma. 21. Para determinar-se a quantidade de íons carbonato, CO −23 , e de íons bicarbonato, HCO −3 , em uma amostra de água, adiciona-se a esta uma solução de certo ácido. As duas reações que, então, ocorrem estão representadas nestas equações: I) CO −23 (aq) + H + (aq)→ HCO − 3 (aq) II) HCO −3 (aq) + H + (aq)→ H2CO3(aq) Para se converterem os íons carbonato e bicarbonato dessa amostra em ácido carbônico, H2CO3, foram consumidos 20 mL da solução ácida. Pelo uso de indicadores apropriados, é possível constatar-se que, na reação I, foram consumidos 5 mL dessa solução ácida e, na reação II, os 15 mL restantes. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, na amostra de água analisada, a proporção inicial entre a concentração de íons carbonato e a de íons bicarbonato era de: a) 1 : 1. b) 1 : 2. c) 1 : 3. d) 1 : 4. 22. Muito utilizado como desinfetante sanitário, médico e cirúrgico, o fenol que é intermediário na fabricação do ácido pícrico, ácido salicílico e outros importantes compostos, quando dissolvido em água, libera o íon: a) hidroxila b) fenil c) benzil d) hidroxônio e) toluil 23. Sabendo-se que o gau de ionização de uma solução 0,1 mol.L-1 de ácido acético a 25° C é 1,35×10-2, podemos concluir que a constante de ionização do ácido acético, na mesma temperatura é: a) 1,84×10-3 b) 1,84×10-6 c) 1,37×10-2 d) 1,82×10-5 e) 1,52×10-4 24. Considere um béquer contendo 1,0 L de uma solução 0,20 mol/L de ácido clorídrico (HCℓ). A essa solução foram adicionados 4,0 g de hidróxido de sódio sólido (NaOH), agitando-se até sua completa dissolução. Considerando que nenhuma variação significativa de volume ocorreu e que o experimento foi realizado a 25 °C, assinale a alternativa correta. a) A solução resultante será neutra e terá pH igual a 7. b) A solução resultante será básica e terá pH igual a 13. c) A solução resultante será ácida e terá pH igual a 2. d) A solução resultante será ácida e terá pH igual a 1. e) A solução resultante será básica e terá pH igual a 12. 25. O hidróxido de amônio, em solução 10-3 mol.L-1, apresenta grau de ionização 1% à temperatura ambiente. Sua constante de ionização valerá, aproximadamente, nesta temperatura: a) 10-2 b) 106 c) 10-3 d) 10-6 e) 10-3 26. Uma solução 0,05 M de um ácido fraco HA é 1 % ionizada. Qual é, aproximadamente a constante de ionização: a) 5×10-8 b) 5×10-6 c) 5×10-5 d) 2×10-3 e) n.d.a. 27. O vinagre é uma solução aquosa diluída que contém o ácido acético ionizado. As fórmulas moleculares e estrutural destes ácidos estão abaixo representadas: Fórmula molecular: C2H4O2 Fórmula estrutural: _ _ _ __ _ _ _ H C C H H O O H O segundo membro da equação química que representa corretamente a ionização do ácido acético aparece na seguinte alternativa. a) H+ + H3C2O2 - b) 2H+ + H2C2O2 2- c) 3H+ + HC2O2 3- d) 4H+ + C2O2 4- QUÍMICA MÓDULO 16 CBMERJ C 6 28. Considere as quatro reações químicas em equilíbrio apresentadas abaixo. I. 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) ⇄ 2 𝐻𝐼(𝑔) II. 2 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) ⇄ 2 𝑆𝑂3(𝑔) III. 𝐶𝑂(𝑔) + 𝑁𝑂2(𝑔) ⇄ 𝐶𝑂2(𝑔) +𝑁𝑂(𝑔) IV. 2 𝐻2𝑂(𝑔) ⇄ 2 𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) Após submetê-las a um aumento de pressão, o deslocamento do equilíbrio gerou aumento também na concentração dos produtos na seguinte reação: a) I b) II c) III d) IV 29. A ionização do ácido cianídrico é representada pela equação química abaixo: Um experimento sobre esse equilíbrio químico, realizado a temperatura constante, analisou quatro parâmetros, apresentados na tabela: Ao ser estabelecido o equilíbrio químico da ionização, foi adicionada certa quantidade de NaCN(s). Após a dissolução e dissociação completa desse composto, houve deslocamento do equilíbrio de ionização. O parâmetro que sofreu redução, após a adição do composto, é representado pelo seguinte símbolo: a) α b) Ka c) pH d) [HCN] 30. A tabela a seguir fornece a concentração hidrogeniônica ou hidroxiliônica a 25°C, em mol/L, de alguns produtos. Desses produtos, são ácidos: a) cafezinho e vinagre. b) vinagre e clara de ovo. c) clara de ovo e cafezinho. d) cafezinho e desinfetante com amônia. e) clara de ovo e desinfetante com amônia. Gabarito 1. B. 2. E. 3. E. 4. B. 5. E. 6. D. 7. C. 8. E. 9. D. 10. A. 11. A. 12. C. 13. A. 14. C. 15. A. 16. D. 17. C. 18. B. 19. C. 20. C. 21. B. 22. D. 23. D. 24. D 25. D. 26. B. 27. A. 28. B 29. A 30. A
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