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QUÍMICA F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Professor(a): Antonino Fontenelle assunto: ProPriedAdes ColigAtivAs: MisturAs líquidAs BináriAs frente: quíMiCA ii 003.186-129405/18 AULAS 31 A 34 EAD – ITA/IME Resumo Teórico Misturas líquidas binárias A Lei de Raoult será usada para soluções ideais (∆H sol = O). P = P A o · x A + P B o · x B . Onde x i = fração molar na fase líquida. Como x B = 1 – x A , podemos escrever que: P = Po A · x A + P B o (1 – x A ) = P A o · x A + P B o – P B o · x A P = (Po A – P B o ) x A + P B o (equação de uma reta) P x PP 1O P A Po B Po A P B x A Observe que: P A = P A o · x A P = P A + P B P B = P B o · x B Observe as comparações entre as interações: Se A A e B B A B e B A − − = − − ⇒ Solu o ideal( H =0)solçã ∆ Se A A e B B A B e B A Desvio negativo da Lei de Raoult − − < − − ⇒ ( H <0sol∆ )) Se A A e B B A B e B A Desvio positivo da Lei de Raoult − − > − − ⇒ ( H >0sol∆ )) Veja o gráfico: P desvio positivo P 1O Po B Po A x A Exemplos: Desvio negativo • THF (Tetrahidrofurano) CC 4 • THF / CHC 3 • CHC 3 / 1,4 Dioxano • CHC 3 / Acetona (*) Desvio positivo • Furano / CC 4 • Etanol / Tolueno (*) • Dietilcetona / n-hexano • Metiletilcetona / tolueno • Iodeto de metila / CC 4 • CS 2 / Acetona (*) • Benzeno / Ciclohexano (*) • Benzeno / 2, 2, 4 – Trimetil-pentano (*) formam misturas azeotrópicas Observe o diagrama temperatura – composição para uma solução ideal: 0 T composição do vapor temperatura de ebulição T T o A To B x A 1 2F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 003.186-129405/18 Nesse diagrama, para cada valor de fração molar de A na mistura (x A ) encontra-se a temperatura de início da ebulição e, a seguir, a composição da fase vapor. Quando a fuga da idealidade é extrema, formam as misturas azeotrópicos ou, simplesmente, azeótropos. Os azeótropos podem ser de P.E (ponto de ebulição) máximo ou mínimo. Veja: Temperatura de ebulição do líquido Te m pe ra tu ra T Composição do vapor a4 a3 4 3 a` 2 a`2a b Fração molar de A, Z A0 1 a a` Fig 1. Azeótropo de máximo. Quando se destila a solução a, a composição do líquido residual tende para b e se estabiliza nessa composição. Ou ainda: 0 1 Composição do vapor Temperatura de ebulição do líquido a 1 a 2 a’ 2 a 3 a 4 a’ 3 b a Te m pe ra tu ra T Fração molar de A, Z A Exercícios de Fixação 01. A respeito dos equilíbrios líquido-vapor de substâncias puras e com os dados referentes ao gráfico pressão de vapor versus 1/T (que pode ser aproximado a uma reta), o que pode ser concluído a respeito dos equilíbrios de vaporização dos líquidos X e Y? �nP x y 1/T A) A constante de equilíbrio X () X(v) é expressa por k P X x= [ ] , onde P X está em bar. B) ∆S vap X < ∆S vap Y. C) Se X é o benzeno, o líquido Y pode ser o tolueno. D) ∆H vap X > ∆H vap Y. E) Se X é o benzeno, o líquido Y pode ser a água. 02. Um líquido A (massa molar 100 g/mol) é misturado a um líquido B (massa molar 80 g/mol) e a solução formada por massas iguais dos dois líquidos possui pressão de vapor igual a 400 torr, sob temperatura de 50 ºC. Sobre a solução formada pelos dois líquidos, pode-se afirmar corretamente que Dados: Pressão de vapor para os líquidos puros, a 50 ºC: A = 270 torr e B = 450 torr. A) formam uma solução ideal. B) apresentam desvio negativo da Lei de Raoult. C) podem formar azeótropos de ponto de ebulição mínimo. D) as interações nos líquidos puros são mais fracas que as interações na mistura líquida. E) os dois líquidos A e B, ao se misturarem, sofrem aquecimento da solução pelo fato de o processo de dissolução ser exotérmico. 03. Uma solução ideal formada entre dois líquidos A e B. O líquido A é mais volátil que B e suas pressões de vapor (quando puros) são, respectivamente, P A 0 e P B 0. A) Esboce um gráfico de pressão (P) versus fração molar de A na fase líquida (x A ) para a pressão total da mistura líquida, mostrando a equação matemática que justifica o formato da curva. B) Se as pressões de vapor P A 0 e P B 0 são, respectivamente, 400 torr e 250 torr, determine a expressão da fração molar de A na fase vapor em equilíbrio com a solução líquida, em função da fração molar de A na fase líquida. 04. Dois líquidos A e B formam solução ideal em qualquer composição. Quando puros, a 50 °C, a pressão máxima de vapor de A é 80 torr e a de B é 120 torr. Qual a fração molar de A na fase líquida, de uma mistura formada por esses líquidos, para que a fração molar de B na fase gasosa, em equilíbrio com essa fase líquida, seja 60%? A) 0,50 B) 0,42 C) 0,32 D) 0,25 E) 0,15 05. O gráfico a seguir foi obtido para a mistura líquida de n-hexano e n-nonano e mostra a temperatura de ebulição do líquido em função da fração molar de um dos líquidos. 0,0 440,0 400,0 360,0 T/ K 320,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 3 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// 003.186-129405/18 Módulo de estudo A partir de conhecimento sobre as misturas líquidas binárias e de acordo com o gráfico anterior, assinale a opção incorreta. A) O gráfico mostra o comportamento de uma solução que se aproxima da idealidade. B) A temperatura de ebulição do n-nonano é de, aproximadamente, 344 K. C) A mistura desses líquidos apresentados tem ∆H de solução próximo de zero. D) Uma mistura com 20% em n-hexano apresenta cerca de 30% em mol de n-nonano na fase vapor. E) Uma mistura com 20% em n-nonano entra em ebulição em, aproximadamente, 350 K. 06. Seja a solução ideal formada por três líquidos A, B e C, de composição 20% em A, 30% em B e 50% em C (percentual em mol), sob temperatura de 25 °C. A respeito desse sistema, A) calcule a pressão de vapor da solução na temperatura de 25 °C; B) determine a composição do vapor em equilíbrio com a mistura líquida a 25 °C; C) determine a composição da mistura líquida para que a composição do vapor, a 25 °C, seja equimolar para todos os componentes. Dados: Pressões máximas de vapor (em torr) a 25 °C: A = 250; B = 200; C = 100. 07. (ITA) Uma solução líquida constituída por dois componentes A e B e apresentando comportamento ideal, conforme Lei de Rauolt, está em equilíbrio com seu vapor. Utilizando a notação x A e x B para as respectivas frações em mol das substâncias A e B na solução líquida, p A e p B para as respectivas pressões de vapor de A e B no vapor em equilíbrio com a solução líquida e p A 0 e p B 0 para as respectivas pressões de vapor de A puro e B puro em uma mesma temperatura. Assinale a opção que apresenta a relação correta para a pressão de vapor de A (p A ) em equilíbrio com a solução líquida. A) p A = p A 0 · (1 – x A ) B) p A = p B 0 · (1 – x B ) C) p A = p B 0 · x A D) p A = p A 0 · x A E) p A = p B 0 · x B 08. Uma solução azeotrópica de dois líquidos apresenta ponto de ebulição inferior a cada um dos líquidos quando A) essa mistura azeotrópica, ao ser formada, sofre um aquecimento em relação aos líquidos puros iniciais. B) não há desvio da Lei de Raoult. C) as interações nos líquidos puros são menos intensas que na mistura de ambos. D) a pressão de vapor da solução é maior que o previsto pela Lei de Raoult. E) pode ser exemplificado por uma mistura de clorofórmio e acetona. • Texto para as questões 9 e 10. Na temperatura de 35 ºC, a pressão de vapor de um líquido A é 360 torr, enquanto a de um líquido B é 300 torr. Uma solução equimolar formada pelos líquidos A e B apresentou, na temperatura de 35 ºC, uma pressão de vapor de 307 torr. 09. Sobre misturas líquidas binárias formadas pelos líquidos A e B, está correto afirmar que A) formam soluções ideais em qualquer composição. B) podem formar azeótropo de ponto de ebulição máximo. C) apresentam desvio positivo da Lei de Raoult. D) as interaçõesnos líquidos separados são mais intensas que na mistura. E) ao misturarmos os líquidos ocorre, um resfriamento da solução resultante. 10. Assinale a alternativa que contém o par de substâncias que pode representar os líquidos A e B descritos no texto anterior. A) Clorofórmio (CHC 3 ) e acetona (CH 3 COCH 3 ). B) Metanol (CH 3 OH) e tolueno (C 6 H 5 CH 3 ). C) Benzeno (C 6 H 6 ) e tolueno (C 6 H 5 CH 3 ). D) Água e hexano (C 6 H 14 ). E) Metanol (CH 3 OH) e etanol (CH 3 CH 2 OH). 11. (ITA) A aparelhagem esquematizada na figura 1 é mantida a 25 °C. Inicialmente, o lado direito contém uma solução aquosa, um molar em cloreto de cálcio, enquanto o lado esquerdo contém uma solução aquosa, um décimo molar do mesmo sal. Observe que a parte superior do lado direito é fechada depois da introdução da solução e é provida de um manômetro. No início de uma experiência, as alturas dos níveis dos líquidos nos dois ramos são iguais, conforme indicados na figura, e a pressão inicial no lado direito é igual a uma atmosfera. Mantendo a temperatura constante, à medida que passa o tempo, a pressão do ar confinado no lado direito irá se comportar de acordo com qual das curvas representadas na figura 2? Manômetro 1atm Membrana semipermeável A B C D E Pr es sã o Tempo Figura 1 Figura 2 A) A B) B C) C D) D E) E 12. (ITA) Qual das opções abaixo contém a sequência correta de ordenação da pressão de vapor saturante das substâncias seguintes, na temperatura de 25 °C? CO 2 ; Br 2 ; Hg A) pCO 2 > pBr 2 > pHg B) pCO 2 = pBr 2 > pHg C) pCO 2 = pBr 2 = pHg D) pBr 2 > pCO 2 > pHg E) pBr 2 > pCO 2 = pHg 13. (ITA) Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação à pressão de vapor saturante de líquidos e/ou sólidos: I. As pressões de vapor da água líquida e do gelo têm o mesmo valor a –10 ºC; II. Tanto a pressão de vapor de líquidos como a de sólidos aumentam com o aumento da temperatura; III. A pressão de vapor de um líquido depende das forças de interação intermoleculares; IV. No ponto triplo da água pura, a pressão de vapor do gelo tem o mesmo valor que a pressão de vapor da água líquida; V. A pressão de um vapor em equilíbrio com o respectivo líquido independe da extensão das fases gasosa e líquida. Qual das opções a seguir se refere a todas as afirmações corretas? A) I e ll B) I e lV C) I, II, III e V D) II, III, IV e V E) I, II, III, IV e V 4F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 003.186-129405/18 14. (ITA) Em uma amostra de água do mar dissolve-se um pouco de sacarose. Em relação à consequência deste acréscimo de sacarose, são feitas as seguintes afirmações: I. A pressão de vapor da água diminui; II. A pressão osmótica da solução aumenta; III. A condutividade elétrica da solução permanece praticamente a mesma; IV. A temperatura precisará descer mais para que possa começar a solidificação; V. O grau de dissociação dos sais presentes na água do mar permanecerá praticamente o mesmo. Das afirmações, estão corretas A) apenas I, II e III. B) apenas II, III e IV. C) apenas III, IV e V. D) apenas II, III, IV e V. E) todas. 15. (ITA) Considere as afirmações relativas aos sistemas descritos a seguir, sob pressão de 1 atm: I. A pressão de vapor de uma solução aquosa de glicose 0,1 mol//L é menor do que a pressão de vapor de uma solução de cloreto de sódio 0,1mol/L a 25 °C; II. A pressão de vapor do n-pentano é maior do que a pressão de vapor do n-hexano a 25 °C; III. A pressão de vapor de substâncias puras como acetona, éter etílico, etanol e água, todas em ebulição, tem o mesmo valor; IV. Quanto maior for a temperatura, maior será a pressão de vapor de uma substância; V. Quanto maior for o volume de um líquido, maior será a sua pressão de vapor. Dessas afirmações, estão corretas A) apenas I, II, Ill e IV. B) apenas I, II e V. C) apenas I, IV e V. D) apenas II, III e IV. E) apenas III, IV e V. 16. (ITA) Uma solução líquida é constituída de 1,2-dibromo et i leno (C 2 H 2 Br 2 ) e 2,3-dibromo propeno (C 3 H 4 Br 2 ) . A 85 °C, a concentração do 1,2-dibromo etileno nessa solução é igual a 0,40 (mol/mol). Nessa temperatura, as pressões de vapor saturantes do 1,2-dibromo etileno e do 2,3-dibromo propeno puros são, respectivamente, iguais a 173 mmHg e 127 mmHg. Admitindo que a solução tem comportamento ideal, é correto afirmar que a concentração (em mol/mol) de 2,3-dibromo propeno na fase gasosa é igual a A) 0,40 B) 0,42 C) 0,48 D) 0,52 E) 0,60 17. (ITA) Uma porção de certo líquido contido em uma garrafa térmica sem tampa é aquecido por uma resistência elétrica submersa no líquido e ligada a uma fonte de potência constante. O que se nota é mostrado no gráfico a seguir. Te m pe ra tu ra (º C ) 100 50 0 Tempo Considerando o local onde a experiência é realizada, esse líquido poderia ser A) água pura e a experiência realizada acima do nível do mar. B) uma solução aquosa de um sal e a experiência realizada ao nível do mar. C) uma solução de água e acetona e a experiência realizada ao nível do mar. D) acetona pura e a experiência realizada ao nível do mar. E) água pura e a experiência realizada abaixo do nível do mar. 18. Uma mistura líquida binária formada por líquidos A e B apresenta azeótropo de P.E. máximo e é constituída, inicialmente, de 75 litros de A e 150 litros de B. A destilação ocorre em uma perfeita coluna de separação. Se a composição do azeótropo é de 40% em A (em volume), qual o produto obtido como destilado (produto de topo na coluna) e sua quantidade? A) 112,5 litros de B. B) 187,5 litros de azeótropo. C) 37,5 litros de A. D) 200 litros de azeótropo. E) 37,5 litros de B. 19. (ITA) Considere soluções de SiC 4 CC 4 de frações molares variáveis, todas a 25 °C. Sabendo que a pressão de vapor do CC 4 a 25 ºC é igual a 114,9 mmHg, assinale a opção que mostra o gráfico que melhor representa a pressão de vapor de CC 4 (PCC 4 ) em função da fração molar de SiC 4 no líquido (X1SiC 4 ). 240 160 80 0 � 4 C C P (m m H g) 0,0 0,5 1,0 �4 1 SiCx 240 160 80 0 � 4 C C P (m m H g) 0,0 0,5 1,0 �4 1 SiCx 240 160 80 0 � 4 C C P (m m H g) 0,0 0,5 1,0 �4 1 SiCx 240 160 80 0 � 4 C C P (m m H g) 0,0 0,5 1,0 �4 1 SiCx 240 160 80 0 � 4 C C P (m m H g) 0,0 0,5 1,0 �4 1 SiCx A) C) B) D) E) 20. (ITA) Dois recipientes contêm volumes iguais de dois líquidos puros, com calores específicos diferentes. A mistura dos dois líquidos resulta em uma solução ideal. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações a respeito das propriedades da solução ideal resultante, nas condições-padrão e após o estabelecimento do equilíbrio químico: I. A temperatura da solução é igual à média aritmética das temperaturas dos líquidos puros; II. O volume da solução é igual à soma dos volumes dos líquidos puros; III. A pressão de vapor da solução é igual à soma das pressões parciais de vapor dos líquidos constituintes da mesma. Assinale a opção correta que contém a(s) propriedade(s) que é(são) apresentada(s) pela solução resultante. A) Apenas I e II. B) Apenas I e III. C) Apenas II. D) Apenas II e III. E) Apenas III. 5 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// 003.186-129405/18 Módulo de estudo 21. (ITA) Considere as afirmações abaixo, todas relativas à pressão de 1 atm: I. A temperatura de fusão do ácido benzoico puro é 122 °C, enquanto a da água pura é 0 °C; II. A temperatura de ebulição de uma solução aquosa 1,00 mol/L–1 de sulfato de cobre é maior do que a de uma solução aquosa 0,10 mol/L–1 desse mesmo sal; III. A temperatura de ebulição de uma solução aquosa saturada em cloreto de sódio é maior do que a da água pura; IV. A temperatura de ebulição do etanol puro é 78,4 °C, enquanto a de uma solução alcoólica 10% (m/m), em água, é 78,2 °C. Das diferenças apresentadas em cada uma das afirmações acima, está(ao) relacionada(s) com propriedades coligativas A) apenas Ie III. B) apenas I. C) apenas II e III. D) apenas II e IV. E) apenas III e IV. 22. (PUC-MG) Sejam dadas as seguintes soluções: I. Solução a 1,8% p/v de glicose (C 6 H 12 O 6 ); II. Solução 0,56 g/L de hidróxido de potássio (KOH); III. 500 mL de solução de sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ) que apresenta 14,2 gramas de sal dissolvido. Sobre essas soluções, assinale a afirmativa incorreta. A) As soluções I, II e III apresentam uma concentração mol/L, respectivamente, igual a 0,1; 0,01 e 0,2. B) A solução I apresenta a menor temperatura de ebulição. C) A solução III apresenta a menor pressão de vapor. D) A ordem crescente de suas temperaturas de congelamento é III < I < II. 23. Certa massa m de um líquido A (massa molar igual a 50 g.mol–1) forma solução ideal com 0,75 mol de um líquido B. O vapor em equilíbrio com essa mistura líquida apresentou composição de 62,5% em mol de A. Sabendo que as pressões de vapor dos líquidos puros A e B (em torr) são 500 e 200, respectivamente, determine o valor em gramas da massa m. A) 75 B) 60 C) 50 D) 40 E) 25 24. (UFPR) O processo de destilação é importante para a separação de misturas. Assinale a alternativa correta sobre o processo de destilação da água. A) Na passagem do líquido, ocorre a quebra das ligações covalentes entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio. B) A temperatura de ebulição varia durante a destilação da água. C) A fase do vapor é constituída por uma mistura dos gases hidrogênio e oxigênio. D) A temperatura de ebulição depende da pressao atmosférica local. E) A temperatura de ebulição depende do tipo de equipamento utilizado no processo. 25. (UFU) Para a dissolução de uma determinada massa de uma substância não volátil, em quantidade de água bem definida, é esperado um abaixamento de temperatura de solidificação da água de 1,0 ºC. Entretanto, experimentalmente, foi observado um abaixamento de apenas 0,5 ºC. A explicação mais provável para essa observação é a de que A) o soluto é molecular e de peso molecular elevado. B) em água, houve uma dissociação molecular do soluto não prevista pleo experimentador. C) em água, houve uma associação molecular do soluto não prevista pelo experimentador. D) o soluto é iônico, porém, com baixo valor de Kps. 26. (ITA) Prepara-se, a 25 ºC, uma solução por meio da mistura de 25 ml de n-pentano e 45 mL de n-hexano. Dados: Massa específica no n-pentano = 0,63 g/mL; massa específica do n-hexano = 0,66 g/mL; pressão de vapor do n-pentano = 511 torr; pressão de vapor do n-hexano = 150 torr. Determine os seguintes valores, mostrando os cálculos efetuados: A) fração molar do n-pentano na solução; B) pressão de vapor da solução; C) fração molar do n-pentano no vapor em equilíbrio com a solução. 27. Uma mistura líquida binária, formada por dois líquidos A e B, apresenta um diagrama temperatura x composição, conforme o gráfico a seguir. 3550 3500 3450 3400 3350 3300 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Fração molar de A T/ K Sobre o gráfico anterior, responda: A) a mistura dos líquidos A e B deve apresentar ∆H de solução nulo, positivo ou negativo? Justifique; B) uma mistura formada por 15% em A e 85% em B é submetida a uma destilação fracionada com uma eficiente coluna de fracionamento: quais os produtos obtidos no topo da coluna (condensado) e como resíduo no balão, ao final da destilação? Justifique. 28 (IME) Um pesquisador verificou, em uma determinada posição geográfica, por meio da análise de amostras de água do mar extraídas do local, que a massa específica média da água do mar era 1,05 g/mL, a concentração média de espécies dissolvidas era 0,80 mol/L e a temperatura média era de 290 K. O mesmo pesquisador, com o objetivo de colher água doce em seu estudo, planeja envolver, com uma membrana semipermeável ideal, uma das extremidades abertas de um longo tubo, o qual será imerso na água do mar. A que profundidade mínima, em metros, o tubo deveria ser imerso? Dados: R = 0,08 atm·L/K·mol = 8,3 J/K·mol = 62,3 mmHg·L/K·mol; g = 10,0 m/s2 A) 1930,0 B) 183,4 C) 73,7 D) 19,4 E) 9,7 6F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 003.186-129405/18 29. Uma solução ideal é formada por benzeno e tolueno, na proporção de 50% em mol de cada líquido. A figura a seguir mostra o aparelho utilizado na destilação fracionada, com uma coluna de fracionamento eficiente, da mistura líquida em questão. Sabendo que os pontos de ebulição do benzeno e do tolueno puros são, respectivamente, 80 ºC e 111 ºC, qual a temperatura do líquido quando a primeira gota de condensado aparece no bulbo do termômetro? A) Menor que 80 ºC. B) 80 ºC. C) Menor que 111 ºC e maior que 80 ºC. D) 111 ºC. E) Maior que 111 ºC. 30. Uma solução equimolar formada pelos líquidos A e B apresenta pressão de vapor igual a 432 torr. Se as pressões de vapor dos líquidos puros são 550 torr e 400 torr, é errado afirmar que A) formam uma solução que foge da idealidade. B) a mistura formada pelos líquidos A e B é exotérmica. C) um exemplo dos líquidos A e B poderia ser acetona e clorofórmio. D) a solução formada por A e B pode formar azeótropos de ponto de ebulição mínimo. E) as interações entre A e B na mistura são mais intensas que as interações entre as moléculas de A e B puros. Resolução 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 D C – A B – D D B A 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 B A D E D D C E D D 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 C B E D C – – B B D – Demonstração. Anotações SU PE RV IS O R/ D IR ET O R: M A RC EL O P EN A – A U TO R: A N TO N IN O F O N TE N EL LE – D IG .: SA M U EL – R EV .: SA RA H
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