Química: lista de exercícios sobre composição centesimal, fórmula mínima e fórmula molecular (com cálculos e resolução).

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AGR01019 QUÍMICA APLICADA À PRODUÇÃO ANIMAL
PROFª. Maitê de Moraes Vieira
Lista de exercícios I
Ligações químicas e massa molar.
1 - Identifique o tipo de ligação química existente
entre os átomos em cada um dos compostos:
H2, Cl2, O2, Ne, H2O, He, Cl, HI, N2, HCl, Au.
H2 - covalente
Cl2 - covalente
O2 - covalente
Ne - covalente
H2O - covalente
He - covalente
Cl - covalente
HI - iônica
N2 - covalente
HCl - iônica
Au – metálica
2 - Identifique o tipo de ligação química existente
entre os átomos em cada um dos compostos:
NaK, K, H3PO4, CaO, Pb, NaCl, O3, Hg, NH4 .
NaK - Liga metálica. Esse tipo de ligação não se
enquadra nem como covalente nem como iônica.
Os metais têm a tendência de perder os elétrons
da camada de valência, tornando-se cátions
(positivos) soltos num "mar" de elétrons (carga
negativa), os dois polos interagem formando a
liga.
K - Potássio, elemento da família dos Metais
Alcalinos.
H3PO4 - 3 ligações covalentes e uma ligação
covalente dativa
CaO - Ligação Iônica
Pb - Chumbo, elemento químico.
NaCl - Ligação Iônica
O3 - Duas ligações covalentes e uma ligação
covalente dativa
Hg - Mercúrio, elemento químico
NH4 - 3 ligações covalentes e uma ligação
covalente dativa
3 - O hidróxido de sódio (NaOH) e os ácidos
sulfúrico (H2SO4), nítrico (HNO3) e perclórico
(HClO4) são usados na análise e digestão de
amostras de solos, plantas e resíduos para
análise elementar. Qual a massa molar de cada
um?
NaOH = 40 g/mol
H2SO4 = 98 g/mol
HNO3 = 63 g/mol
HClO4 = 100,46 g/mol
4- Calcule a massa molar das moléculas do 1º
exercício.
H2 - 2 . 1 = 2g
Cl2 - 2 . 35,45 = 70,90g
O2 - 2 . 15,9 = 31,8g
Ne - 20,1g
H2O - 2.1 + 15,9 = 17,9g
He - 4g
Cl - 34,4g
HI - 1 + 126,9 = 127,9g
N2 - 2x14 = 28g
HCl - 1 + 35,4 = 36,4
Au - 196,9g
5- Calcule a massa molar das moléculas do 2º
exercício.
Nak= 22,989 + 39,0983 = 62,0873 g/mol
K= Elemento. 39,0983 g/mol
H3PO4= 1,0079 . 3 + 30,973 + 15,999 . 4 =
97,9927 g/mol
CaO= 40,078 + 15,999 = 56,077 g/mol
Pb = 207,2 g/mol
NaCl= 22,989 + 35,453 = 58,442 g/mol
O3= 15,999 . 3 = 47,997 g/mol
Hg= 200,59 g/mol
NH4= 14,006 + 1,0079 . 4 = 18,037 g/mol
LISTA DE EXERCÍCIOS II
1. A amônia (NH 3) é uma substância química
muito importante para a zootecnia. Ela é utilizada
na preparação dos produtos de limpeza, de
fertilizantes, das fibras de matéria têxtil, etc. A
síntese de NH3 é realizada em fase gasosa, à
temperatura de aproximadamente 450°C, de
acordo com a seguinte reação:
N2 + 3H2→ 2NH3 + energia
Se a mistura inicial é de 30 mols de N2‚ e 75
mols de H2‚ que quantidade de NH3 será
produzida, em mols, teoricamente, se a
reação de síntese for completa?
N2 + 3(H2) → 2(NH3)
Proporção: 1 mol + 3 mols → 2 mols
1 mol de N2 → 3 mols de H2
30 mol → x
x = 90 mols
(para 75 mols - ou seja, H2 é o reagente limitante)
3 mols H2 → 2 mols NH3
75 mols → x
x = 150/3
x = 50 mols NH3
2. Um camundongo, com 10 g,
apresenta a seguinte composição
centesimal em massa: Oxigênio: 64%;
Carbono: 18%; Hidrogênio: 10%;
Nitrogênio: 3%; Cálcio: 2%; Fósforo: 1%;
Outros: 2%
Qual a quantidade máxima de água, em gramas,
que poderia ser formada apenas pela combinação
dos átomos de hidrogênio e oxigênio presentes no
camundongo?
Camundongo pesando 10g
contem 64% de O e 10% de H,
equivalentes à 6,4g de O e 1g de
H. Massa molar da água =
18g/mol
1 mol de H2O - 2 mols de H 1 mol de H2O - 1 mol
de O
18g H2O - 2,01g H 18g de H2O - 15,999g
x H2O - 1g H x H2O - 6,4g O
(disponíveis no camundongo) x =
9g x = 7,2g H2O
Com 1g de hidrogênio, é possível produzir
até 9g de água. Porém, só temos 6,4g de
Oxigênio, que o caracteriza como
reagente limitante produzindo, portanto,
apenas 7,2g de H2O.
3. A glicerina é constituída de três elementos: C, H
e O. Quando uma amostra pesando 0,673 g é
queimada em oxigênio, formam-se 0,965 g de CO2
e 0,527 g de H2O. Qual a composição centesimal e
a fórmula mínima da glicerina?
44g de CO2------12g de C 18g
de H2O------2g de H
0,673-(0,263+0,058)=0,352g de
O 0,965g-------------- x
0,527g-------------- x
x=0,263g de C x-0,058g de H
1mol de C-----12g 1mol de H------1g 1mol de
O-----16g
x-------------0,263g x------------0,058g
x------------0,352g
x=0,021mol de C x=0,058mol de H x=0,022mol
de O
0,021/0,021=1mol de C 0,022/0,021=1mol de O
0,058/0,021=2,7mol de H
(multiplica por 3 para ter um numero inteiro) logo
3mol de C, 3mol de O, 8mol de H
fórmula mínima= C3H8O3
0,673g-----100% 0,673g-----100% 0,673g-----100%
0,352g-----x 0,263g-----x 0,058g------x
x=52,3% de O X=39,1% de C x=8,6% de H
composição centesimal= 52,3% de oxigênio, 39,1%
de carbono e 8,6% de hidrogênio.
4. Metanol (álcool de madeira) é composto
somente de C, H e O. Quando 0,375 g de
metanol é queimado, formam-se 0,516 g de
CO2 e 0,421 g de H2O.
a) Qual a composição centesimal e a fórmula
mínima do metanol?
CHO à CO2 + H2O
1
m
o
l
C
O
2
–
1
C
0
,
3
7
5
–
1
0
0
%
4
4
g
–
1
2
g
0
,
1
4
0
-
x
0,
5
1
6
–
x
x
=
3
7,
3
%
d
e
C
X
=
0,
1
4
0
g
1
m
o
l
H
2
O
–
2
H
0
,
3
7
5
–
1
0
0
%
1
8
g
–
2
g
0
,
0
4
7
-
x
0,
4
2
1
–
x
x
=
1
2,
5
%
d
e
H
X
=
0,
0
4
7
g
% de O: 100 – 37,3 – 12,5 = 50% de O
1
m
o
l
d
e
C
–
1
2
g
1
m
o
l
d
e
H
–
1
g
x
–
3
7
,
3
g
x
-
1
2
,
5
g
x = 3,1 (÷ 3,1 = 1 mol) x = 12,5 (÷ 3,1 = 4mol)
1 mol de O – 16g
x – 50g
x – 3,12 (÷ 3,1 = 1 mol)
Fórmula Mínima: CH4O
b) Se sua
massa
molecular é
32,0 u, qual é a
fórmula
molecular do
metanol? n=
Massa
Molecular/Mass
a Formal
Mínima
n=32u/32(12+4+16)
n= 1 vez em que a fórmula mínima é multiplicada
Fórmula Molecular = CH4O
5. A fórmula mínima da mica é NaAl 3Si3H2O12
a) Quais as percentagens em massa dos
elementos na mica?
Na
382,1765 - 100
22,989 - x
x = 6,015%
Al
382,1765 - 100
3x 26,981 - x
x = 21,179%
Si
382,1765 - 100
3x 28,0855 - x
x = 22,046%
H
382,1765 - 100
2 x 1,0079
x = 0,523%
O
382,1765 - 100
12x 15,999 - x
x = 50,235%
b) Que massa de Al pode ser extraía de 2,0 kg de
mica?
100% - 21,179% Al
2000 gramas - x gramas
x = 453,58 gramas
6. Qual a quantidade de álcool etílico
produzida pela fermentação de 1kg de
glicose, segundo a equação: C6H12O6 ------ 2
C2H5OH + 2 CO2
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Massa glicose:
C – 72.066
H – 12.0948
O – 95.99
= 180,1548 g/mol
Massa álcool etílico:
C – 48,0384
H – 11.0869
O – 31.998
= 91,1233 g/mol
Regra de três:
180,1548 g de C6H12O6 → 91,1233 g de
2(C2H5OH)
1000 g de C6H12O6 → x
180,1548 x = 91123,3
x = 505,8 g/mol de álcool etílico
7. Um composto só contém C, H e O, determinado
por análise qualitativa. Uma amostra de 42,4g
deste composto é completamente queimada em
excesso de oxigênio, originando 62,1g de dióxido
de carbono e 25,4g de vapor de água.
a) Qual a composição centesimal do composto?
CxHyOz -----> CO2 + H2O
CxHyOz = 42,4g; CO2 = 62,4g; H2O = 25,4g
a) Massa Molar CO2
C = 12,01 g/mol; O = 15,99 g/mol (C + 2O = 43,99
g/mol)
Massa Molar H2O
H = 1,0079 g/mol; O = 15,99 g/mol (2H + O = 18
g/mol)
CÁLCULO DA FÓRMULA CENTESIMAL
1 mol CO2 ---contém---> 1 mol C
43,99g CO2 -contém---> 12g C
62,1g CO2 ---contém---> xg C
Regra de três: x = 62,1x12/43,99
x = 16,93g C
Sabendo que todo carbono de CO2
provém do composto inicial CxHyOz,
podemos calcular a porcentagem de
carbono no composto original por:
42,4g CxHyOz ---- 100%
16,93g C ------- x
x = 39,9% C
Assim como o carbono, todo o Hidrogênio
presente nas moléculas de água formadas através
da reação provém do composto original.
Podemos, portanto, calcular que:
1 mol de H2O -contém---> 2 mols de H
18g H2O -contém---------> 2,01g de H
25,4g de H2O - contém--> xg de H
x = 25,4 x 2/18
x = 2,83g de H
42,4g CxHyOz ----- 100%
2,83g H ----- x
x = 2,83 x 100/ 42,4
x = 6,7% H
CxHyOz = 39,9% C + 6,7% H + O
O = 53,4%
Logo, a fórmula centesimal é:
C = 39,9%; H = 6,7%; O = 53,4%
b) Qual sua fórmula mínima?
Cálculo da Fórmula Mínima
C = 39,9% 39,9g
H = 6,7% ----100g----> 6,7g
O = 53,4% 53,4g
Carbono Hidrogênio Oxigênio
1 mol - 12g 1 mol - 1,008g 1 mol - 15,99g
x - 39.9g x - 6,7g x - 53,4g
x = 3,32 mols x = 6,64 mols x = 3,33 mols
Divide-se todos os números pelo menor resultado
dos três:
xC = 3,32/3,32 xH = 6,64/3,32 xO = 3,33/3,32
xC = 1 xH = 2 xO =1
Fórmula mínima = CH2O
8. A análise do hidrocarboneto etileno mostra
que ele contém 14,4 % em massa de
hidrogênio e 85,6 % de carbono.
a) Qual sua fórmula mínima?
H2=C=C=H2
C2H4 28g----100%
Fórmula mínima=C2H4/2= CH2
b) Sabendo-se que sua
massa molecular é cerca
de 56 u, qual sua fórmula
molecular? Fórmula
molecular= 1mol----28g
x-------56g x=2mol
2C2H4=C4H8
09. Qual a composição centesimal do composto
C9H8O4?
Massa Mol. C: 108,09 \ Massa Mol. H: 8,05 \
Massa Mol. O:63,96 \ Massa Total: 180,1
C -> 180,1 – 100% H -> 180,1 – 100%
108,09 – x 8,05 - x
x = 60,01% x =4,46%
O -> 180,01 – 100%
6,96 – x
x = 35,5%
10. Um composto apresenta a composição
centesimal: 29,8% Xe, 44,3% Pt e 25,9% F.
Qual sua fórmula mínima?
Xe
1 mol - 131,29
x - 29,8
x = 0,22 mol / 0,22
x = 1 mol
Pt
1 mol - 195,084
x - 44,3
x = 0,22 mol / 0,22
x = 1 mol
F
1 mol - 18,998
x - 25,9
x = 1,36 mol / 0,22
x = 6 mols
Fórmula mínima: XePtF6
LISTA DE EXERCÍCIOS III
1. Quais são os fatores que afetam a velocidade
das reações ?
Temperatura, catalisadores ou inibidores,
pressão, superfície de contato, concentração e
natureza química dos reagentes e a habilidade
dos mesmos se encontrarem.
2. Explique a teoria das colisões em relação à
velocidade das reações químicas?
É necessário que as moléculas se colidam com
uma determinada energia para que então elas
realizem a reação química. E assim quando
maior a colisão entre as moléculas mais rápido
ocorrerá a reação química.
3. O que é energia de ativação?
Para ocorrer uma reação química das
substâncias, é preciso fornecer uma certa
quantidade de calor, que favoreça o
encontro e a colisão entre elas.
4. O que é energia interna de um sistema?
É a soma das energias cinética e potencial das
partículas que constituem um gás. Esta energia é
uma característica do estado termodinâmico e
deve ser considerada como uma variável, que
pode ser expressa em pressão, volume,
temperatura e nº de mols.
5. Como se define variação de entalpia de um
sistema num processo?
A Entalpia é a quantidade de energia interna que
cada molécula apresenta. Sua variação consiste
na diferença da entalpia dos produtos para a
entalpia dos reagentes. Se o resultado der
negativo, é uma reação exotérmica; se der
positivo, endotérmica.
6. O que é entropia? É possível medir a entropia?
Explique.
Entropia é uma medida física da
desorganização/ desordem de um
sistema. Não é possível medir a entropia,
somente a variação dela que é dada por:
∆S = Sp - Sr.
7. O que é energia livre?
A energia livre é a energia que
determinada reação química dispõe
para se efetuar perante uma
temperatura e pressão constantes.
8. Qual a relação entre energia interna e entalpia?
Quando o volume for constante na reação, a
entalpia e a energia interna, serão a mesma.
9. Qual a relação entre Entropia e entalpia?
Entalpia descreve a energia interna total de um
sistema, já a entropia mede a parte da energia
que não pode ser transformada em trabalho, e
então é dissipada em forma de calor.
10. Como se caracteriza a espontaneidade de um
sistema em termos de entalpia, entropia e energia
livre? O processo é espontâneo quando o valor da
entalpia e a energia livre for menor que zero; e a
entropia for maior que zero.
Não será espontâneo quando o valor da entalpia
e da energia livre for maior que zero; e quando a
entropia for menor que zero.
Espontâneo quando a temperatura da entropia
for negativa e menor que a temperatura da
entalpia (também negativa); e a energia livre
menor que zero.
Espontâneo quando a temperatura da
entropia for positiva e maior que a
temperatura da entalpia (também positiva); e
energia livre menor que zero.
LISTA DE EXERCÍCIOS IV
1. Quais são as características do equilíbrio
químico?
É dinâmico (produtos formados/
decompondo na mesma velocidade),
atingido de forma espontânea, reversível.
2. Quais os fatores que afetam a posição do
equilíbrio químico?
Os fatores que afetam a posição do equilíbrio
são: adição ou remoção de reagentes(mantém
valor K), a variação de temperatura(altera valor
K), variação de volume de reações
gasosas(mantém valor K), adição de solvente
em reações em solução(mantém valor K) e o
gás inerte com pressão constante (mantém
valor K).
3. Quais os fatores que não afetam a posição do
equilíbrio químico?
Os fatores que não afetam a posição do
equilíbrio químico são: a adição de catalisadores,
pois só diminuem a velocidade da reação, e a
adição de gás inerte, quando o volume for
constante.
4. Qual o efeito da temperatura sobre o equilíbrio
químico?
Se aumentarmos a temperatura do sistema, o
equilíbrio se deslocará no sentido da reação
endotérmica, para a direita (→), no sentido de
formação do produto.
5. Qual o efeito das variações de pressão e volume
sobre o equilíbrio químico?
A alteração de volume muda a concentração
molar e suas pressões parciais. Quando o
volume diminui, a pressão e a concentração
aumentam. Quando o volume aumenta, a
pressão e a concentração diminuem. E o valor
de K permanece.
6. Qual o efeito da adição de um gás inerte sobre o
equilíbrio químico?
Quando P constante: V permanece constante
e aumenta a pressão total; Quando V
constante: aumento da pressão total, mas as
concentrações molares e pressões parciais
dos produtos não mudam.
7. Qual o efeito de um catalisador sobre a posição
de equilíbrio?
Os catalisadores não participam da reação em si,
porém eles têm a função e capacidade de
aumentar a velocidade da reação, isso ocorre,
pois, o catalisador diminui a energia mínima
necessária para que a reação ocorra, com essa
diminuição a reação se opera mais rapidamente.
Não aumentando rendimento ou quantidade de
produtos o catalisador permite apenas que as
reações ocorram de forma mais acelerada
encontrando seu equilíbrio de maneira mais
rápida.
8. O que é a constante de equilíbrio?
Constante de equilíbrio é o produto das
concentrações dividido pelo produto deles.Todos
sendo elevados a potências iguais ao seu
coeficiente estequiométrico na reação. Ele
mostra se é favorável aos produtos ou aos
reagentes.
9. Qual a relação entre o Princípio de Le Chatelier
e o Equilíbrio Químico?
10. Qual a relação entre velocidade da reação e a
constante de equilíbrio?
A velocidade não altera a constante de equilíbrio,
apenas faz com que ocorra mais rápido.
LISTA DE EXERCÍCIOS V
1. Explique as chamadas reações de
oxidação-redução.
As reações redox são fenômenos que ocorrem
simultaneamente em reações em que há
transferência de elétrons entre os átomos.
2. Como se caracterizam os agentes oxidante e
redutor?
Os metais têm a tendência de ceder elétrons,
assim se oxidando e se tornando agentes
redutores. Os não metais têm a tendência
para receber elétrons, assim se reduzindo e
se tornando agentes oxidantes.
3. Do que são constituídas as células
eletroquímicas?
Sistema distribuído em eletrodos mergulhados em
eletrólitos no qual ocorre uma reação redox.
4. Quais os tipos de células eletroquímicas e suas
finalidades.
Galvânicas (pilhas voltaicas): fonte de eletricidade
Eletrolíticas, corrente elétrica provoca reação redox
espontânea
5. Diferencie células voltaicas e células
eletrolíticas.
Na voltaica ocorre a conversão de energia
química em energia elétrica. A reação redox é
espontânea e gera a corrente elétrica.
Na eletrolítica ocorre a conversão de energia
elétrica em energia química. A corrente
elétrica provoca uma reação não
espontânea.