P2_21_10_06

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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 21/10/06 
 
Nome: 
Nº de Matrícula: Gabarito Turma: 
Assinatura: 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,5 
2a 2,5 
3a 2,5 
4a 2,5 
Total 10,0 
Constantes: 
R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L mol-1 K-1 
1 atm L = 101,325 J 
 �E = �U = q + w
�G° = �H° - T�S° 
1 atm = 760 torr 
Kw = [H+] [OH-] = 1,00 x 10-14 a 25°C 
1a Questão 
 
Em solução aquosa, derivados ácidos da piridina comportam-se como 
representado na reação abaixo: 
 
HC5H4NX
+(aq) H+(aq) + C5H4NX(aq)
Considere que X no composto HC5H4NX+ representa NO2, Cl, H ou CH3, formando 
assim quatro derivados distintos da piridina, que estão listados na Tabela abaixo 
com seus respectivos valores de Ka, a 25oC. 
 
X Ka 
NO2 5,9 x 10-2 
Cl 1,5 x 10-4 
H 6,8 x 10-6 
CH3 1,0 x 10-6 
a) Suponha que cada ácido listado na Tabela seja dissolvido em água e que todas 
as soluções obtidas tenham a mesma concentração. Qual solução teria o maior 
pH? E o menor pH? Justifique. 
b) Calcule a concentração de íons hidrogênio, no equilíbrio, em 1,0 L de solução 
aquosa preparada com 0,25 mol da piridina substituída com Cl. Quais são o pH e 
o pOH da solução? 
Resolução:
a) pH mais alto: X = CH3
pH mais baixo: X = NO2
HC5H4CH3+ é o ácido mais fraco, pois tem o menor valor de Ka. Seu pH 
será, portanto, mais elevado. 
 
HC5H4NO2+ é o ácido mais forte, pois tem o maior valor de Ka. Seu pH será 
mais baixo 
b) 
 HC5H4NX+(aq) H+ (aq) + C5H4NX(aq)
Início (mol L-1) 0,25 - - 
� -x +x +x 
Eq. 0,25 - x x x 
 
11,8pOH
2,21pH
10 x6,1x][H
10 x6,1x
10 x3,8x
10 x1,5
x0,25
x
x0,25
xka
3
3
52
4
2
2
=
=
==
=
=
=
�
�
=
�+
�
�
�
2a Questão 
 
A água de mar contém cerca de 0,13% em massa de íons de Mg2+ que podem ser 
extraídos usando cal hidratada, Ca(OH)2, solúvel em água, para formar o 
precipitado Mg(OH)2, segundo a reação abaixo: 
 
Ca(OH)2(aq) + Mg2+(aq) � Mg(OH)2(s) + Ca2+(aq) 
 
O equilíbrio de solubilidade do Mg(OH)2 a 25°C é representado pela reação 
abaixo: 
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq) Kps = 1,8 x 10-11 
Quando 750 mL de uma solução 0,0010 mol L-1 de Ca(OH)2 forem misturados a 
2,00 L de água de mar (densidade da água de mar = 1,025 g mL-1) haverá 
precipitação de Mg(OH)2. 
a) Mostre com cálculos que a precipitação de Mg(OH)2 ocorre. 
b) Calcule a quantidade (em mol L-1) de íons de Mg2+ que permanece em solução 
depois da precipitação do Mg(OH)2.
c) Calcule a percentagem de íons Mg2+ extraídos da água de mar. 
 
Resolução:
a) Para saber precipitação ocorre, temos que comparar Kps com Qps, assim: 
Qps = [Mg2+] [OH-]2
[Mg2+]: 1,025 g ��� 1 mL 2050g ��� 100% 
 m 2000 ml m 0,13% 
 msolução = 2050g m Mg2+ = 2,665g 
 
[Mg2+] =
2,75L .24,3
2,665g = 0,0399 mol L-1 
[OH-]: Ca(OH)2 � Ca2+(aq) + 2OH-(aq) 
0,0010 0,0010 2 x 0,0010 
 
[OH-]: 0,0020 mol ��� 1L [OH-] =
L2,75
mol 0,0015 =0,00055 mol L-1 
 n 0,75 L 
 
n = 0,0015 mol 
 
Qps = (0,0399) . (0,00055)2 = 1,1 . 10-8 
Como Qps > Kps 
 1,1 . 10-8 > 1,8 . 10-11, haverá precipitação 
 
b) 
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) Mg(OH)2
Inicio: 0,0399 0,00055 
Final: (0,0399-0,00027) 0 0,00027 
[Mg2+] final =0,03963 
 
Kps = [Mg2+] [OH-]2 = (0,03963 + x) (2x)2 = 1,8 . 10-11 
Mas, sem o efeito íon comum: 
][Mg10.1,65
4
Kps3x4xKps 243 +� ===�=
Sem o efeito íon comum [Mg2+] = 1,65 . 10-4 mol L-1, portanto, com o efeito íon 
comum será bem menor, e, portanto, desprezível. Assim, pode-se dizer que a 
quantidade de Mg2+ que permanece em solução será � 0,03963 mol L-1.
c) 0,0399 ��� 100% 
 0,00027 x 
 x = 0,68% 
 Mg(OH)2 Mg2+(aq) + 2OH-(aq) 
i 0,03963 0 
v +x +2x 
e (0,03963 + x) 2x 
3a Questão 
 
O tetracloreto de carbono, CCl4, é um solvente que pode dissolver cera de vela, 
C22H46.
a) Qual será a pressão de vapor de uma solução preparada pela dissolução de 
10 g de cera, que é uma substância não volátil, em 40 g de CCl4, a 23oC? Mostre 
com cálculos. 
b) Explique o que ocorre com a pressão de vapor de uma solução quando: 
i) a quantidade de soluto é dobrada. 
ii) a temperatura é aumentada. 
Dados:
Pressão de vapor de CCl4 = 100 torr a 23oC. 
Resolução:
a)
1-
HC
-1
 CClCClCCl
mol g310 MM
mol g154 =MMPx=P
4622
444
=
°
cera
CCl nn
n
x
4CCl
4CCl
4 +
=
mol 0,0310/310n
mol 0,2640/154n
4622
4
HC
CCl
==
==
0,89
0,030,26
0,26x
0,260,030,26n
4CCl
t
=
+
=
=+=
P = 0,89 x 100 torr = 89 torr
b)i - O dobro do soluto (ncera) diminuirá a fração molar do solvente )(x
4CCl
logo,
como a Pv é diretamente proporcional a x, Pv diminuirá.
ii – Quando a T aumenta, aumenta também o movimento das moléculas, diminui
o número de interações entre as espécies e mais facilmente estas passam para a
fase vapor (escapam do líquido) � Pv aumenta.
4 a Questão
Considere a reação de produção de amônia representada abaixo: 
 
N2(g) + 3 H2(g) � 2 NH3 (g) UHo = -91,8 kJ; UGo= -33,0 kJ 
 
a) Calcule a quantidade de energia na forma de calor liberada quando 1,00 L de 
amônia é produzida a 25oC e 1 atm? 
b) Qual percentagem do calor, calculado no item a, seria necessária para aquecer 
0,500 L de nitrogênio inicialmente a 25oC até 400oC? (densidade do nitrogênio 
1,145 g L-1 e calor específico do nitrogênio 1,04 J g-1 °C-1)
c) Calcule a variação de energia interna, em kJ, na produção de 102g de amônia 
a 1,00 atm e 25 °C? 
d) Calcule �S° para a reação e comente os valores de �H° e �S°.
Resolução:
a) kJ 1,88
2
kJ 91,80,0409x 0,0409
0,082.298
1.1
RT
PVn ====
b) 0,500 x 1,145 = 0,573 g 
 q = m . c . �T 
 q = 0,573 x 1,04 x (400-25) = 223J = 0,223kJ 
 11,9%x100
1,88
0,223
=
c) 
 
260kJUE
298)8,314x10 .6(275,4)(UnRTUHUE
6nnUn
kJ 275,4
2
6x91,8 6
17
102n
3
reagentesproduto
�=
=���=�=
�=�=
===
� .
d) �G° = �H° - T�S° -33,0 kJ = -91,8 kJ – (298. �S°)
K
J197
K
kJ0,197US �=�=°
Como o �H° e o �S° são negativos, esta reação é espontânea nas condições 
padrão; e a maior contribuição e devido ao valor �H°.