Prova 3 (18_06_2007)

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P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 18/06/07
	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
	
	
Dados gerais:
	(G( = - n F (Eo
(G = (Go + R T ln Q
	1 atm = 760 mmHg
F = 96500 C mol-1
1 C = A x s
1 C x V = 1 J
R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L K-1 mol-1
T (K) = T ((C) + 273
1a Questão: 
Considere a reação abaixo ocorrendo em um reator de 1 L.
NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)
a) Calcule o (G da reação a 25°C no momento em que as quantidades de NH4Cl(s), NH3(g) e HCl(g) forem respectivamente 0,3 mol, 0,2 mol e 0,2 mol. Nessas condições, em que direção a reação será espontânea? Justifique.
b) Calcule a constante de equilíbrio (Kp) da reação a 25°C.
c) Calcule o (H° da reação sabendo que a constante de equilíbrio (Kp) a 227°C é 1,8 x 10-4. Considere que o (H não varia com a temperatura.
Dados:
(G°f [NH3(g)] = -16,7 kJ mol-1
(G°f [HCl(g)] = -95,3 kJ mol-1
(G°f [NH4Cl(s)] = -203,9 kJ mol-1
�
Resolução:
T = 25 °C = 298 K
V =1L 
NH4Cl(s) ( NH3(g) + HCl(g)
a) (G°298 = [(G°f, HCl + (G°f, NH3] - (G°f, NH4Cl
(G°298 = [-95,3 kJ.mol-1 + (-16,7 kJ.mol-1)]- (-203,9 kJ. mol-1) = +91,9 kJ.mol-1
	= +91.900 J.mol-1
(G°298 = (G°298 + RT ln Q = +91.900 + 8,314 x 298 x ln 23,88 = + 99761 J. mol-1
O sentido reverso é o espontâneo, pois (G°>0.
b) No equilíbrio (G = 0
(G° = - RT ln Kp = 91900 = -8,314 x 298 ln Kp
ln Kp = -37,9
Kp = 3,46 x 10-17
c)
	
2a Questão: 
O íon benzenodiamônio, C6H5N2+(aq), reage com a água, de acordo com a reação a seguir: 
C6H5N2+(aq) + H2O(l) ( C6H5OH(aq) + N2(g) + H+(aq)
Nas condições da reação a água se encontra em grande excesso, conseqüentemente a velocidade da reação só depende da variação da concentração molar do C6H5N2+(aq). A constante de velocidade da reação, em s-1, varia conforme mostrado no gráfico ln k versus 1/T abaixo. 
a) Escreva a lei de velocidade para a reação a 301 K, incluindo o valor numérico da constante de velocidade.
b) Calcule a concentração molar de C6H5N2+(aq) e de C6H5OH(aq) após 120 s de reação, a 301 K, considerando que a concentração inicial de C6H5N2+(aq) é de 1,00 x 10-2 mol L-1. 
c) Calcule o tempo de meia vida do C6H5N2+(aq) na reação, a 301 K.
d) Calcule a energia de ativação da reação.
�
Resolução:
a) A reação é de primeira ordem, pois isso é indicado na unidade de k em s-1. Como a variação da concentração de água não influencia na velocidade da reação, apenas o íon benzenodiamônio deve ser levado em consideração na lei de velocidade. Com relação à constante de velocidade a ser indicada na expressão, a 301 K, o valor de 1/T é 0,0033. Tal valor no gráfico tem como respectivo valor ln k, aproximadamente -4,18.
Logo: k = e-4,18 = 0,0153 s-1. 
Assim: v = 0,0153[C6H5N2+]
b) O valor de [C6H5N2+]120, pode ser obtido da equação que relaciona concentração de reagente em função do tempo:
ln([C6H5N2+]120/[C6H5N2+]0) = -kt 
[C6H5N2+]120/[C6H5N2+]0 = e-kt 
[C6H5N2+]120 = [C6H5N2+]0 x e-kt = 1,00 x 10-2 x e-(0,0153 x 120) = 0,00159 mol L-1
Para se encontrar a [C6H5OH]120, usa-se a relação estequiométrica direta, considerando a relação produto-reagente 1:1.
[C6H5OH]120 = [C6H5N2+]0 - [C6H5N2+]120 = 1,00 x 10‑2 – 1,59 x 10-3 = 8,41 x 10-3 mol L-1.
c) Para calcular o tempo de meia vida a 301 K, usa-se a equação derivada da equação que relaciona concentração de reagente em função do tempo:
ln([C6H5N2+]t/[C6H5N2+]0) = -kt 
onde:	t = t1/2
		[C6H5N2+]t = [C6H5N2+]0/2
ln([C6H5N2+]0/ 2 [C6H5N2+]0) = -kt1/2
ln 1/2 = -kt1/2
t1/2 = 0693/k = 0693/0,0153 = 45,3 s
d) A energia de ativação (Ea) pode ser obtida diretamente da inclinação da reta indicada no gráfico. Estabelecendo dois pontos da curva tem-se:
Ea/R = [(-4,16 - (-4,18)]/(0,00332 - 0,00320)
Ea = 8,314 x (0,02/0,00012) = 1385,6 J mol-1
3a Questão: 
Um dos primeiros bafômetros utilizados para medir a quantidade de etanol, CH3CH2OH(l), exalado pelos motoristas é baseado na oxidação do etanol com uma solução ácida de dicromato, Cr2O72-(aq), a 25o C. A reação global está representada abaixo:
3CH3CH2OH(aq) + 2Cr2O72-(aq) + 16H+(aq) → 3CH3COOH(aq) + 4Cr3+(aq) + 11H2O(l)
Na medição a cor da solução muda de laranja, característico do Cr2O72-(aq), para o verde do Cr3+(aq). A mudança de cor indica a presença de álcool no sangue. Usando a reação global e os dados abaixo, responda: 
a) Qual é o valor de ΔEo para a reação global?
b) Qual é o valor de ΔE, a 25oC, para a reação quando o pH for igual a 4,00 e as demais concentrações forem iguais a 1,00 mol L-1?
c) Qual é o valor de ΔG° e da constante de equilíbrio, K, para reação? 
Dados:
Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6 e- → 2Cr3+ (aq) + 7H2O(l) Eo = 1,33 V
CH3COOH(aq) + 4H+(aq) + 4 e- → CH3CH2OH(aq) + H2O(l) Eo = 0,058 V
�
Resolução:
a) inicialmente identificar o anodo e catodo. Observando a reação global verificamos que o Cr2O72-, sofrerá a redução (catodo), enquanto o etanol a oxidação (anodo).
	
Para calcular o valor de (E° usamos a seguinte equação: (E= Ecatodo – Eanodo
(E° = 1,33 – 0,058 = 1,272 V
b) Para calcular o valor de (E usamos a equação de Nernst a 25C°.
		
O valor de “n” pode ser identificado observando e balanceando as semi-reações de redução e oxidação.
		
(x2) 	Cr2O72-(aq) + 14H+ (aq) + 6 e- ( 2Cr3+ (aq) + 7H2O(l)
	2Cr2O72-(aq) + 28H+(aq) + 12 e- ( 4Cr3+ (aq) + 14H2O(l)
(3x)	CH3CH2OH(aq) + H2O(l) ( CH3COOH(aq) + 4H+(aq) + 4 e-
	3CH3CH2OH(aq) + 3 H2O(l) ( 3CH3COOH(aq) + 12H+(aq) + 12 e-
Logo		 n = 12
O valor de “Q” pode ser calculado, usando a reação global e calculando a concentração molar de H+ através do valor do pH.
	
 
	
Após a identificação dos valores de n, Q e (E°, podemos aplicar a equação de Nernst a 25 °C, fora a obtenção do valor do (E.
c) Para obtermos o valor de (G° podemos utilizar a equação: (G° = -nF(E°
	(G°= - 12.96500 C. 1,272 V = -1472976 J ( -1473 kJ
E, para obtermos o valor de K podemos utilizar a seguinte equação: 
Ou, utilizando a seguinte equação: (G° = - 2.303 RT log K
-1473 = -2,303 x 8,314 x 10-3 . 298 log K
log K = 258 (K = 10258
4a Questão: 
A adiponitrila, NC(CH2)4CN(l), é uma substância necessária para a fabricação do Nylon, sendo obtida industrialmente por um processo eletrolítico envolvendo a redução da acrilonitrila, CH2 = CHCN(l).
a) Escreva a equação da reação global que ocorre nesse processo eletrolítico. 
b) Calcule a quantidade, em massa, de adiponitrila que é produzida em 10,0 h de processo eletrolítico com uma corrente constante de 3,00 x 103 A.
c) Calcule o volume, em litro, do gás O2 produzido, a 740 mmHg e 25oC, nas mesmas condições do item b.
Dados:
Anodo: 	2H2O(l) ( O2(g) + 4H+(aq) + 4 e-
Catodo: 	2CH2 = CHCN(l) + 2H+(aq) + 2 e- ( NC(CH2)4CN(l)
�
Resolução:
a)
	2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4 e-
(x2) 4CH2 =CHCN(l) + 4 H+(aq) + 4 e- → 2NC(CH2)4CN(l)
_________________________________________________________
2H2O(l) + 4CH2 =CHCN(l) → O2(g) + 2NC(CH2)4CN(l)
b) Primeiro devemos calcular a carga e o número de mol de elétrons envolvidos no processo eletrolítico. 
Carga = 3,00 x 103 A x 36.000 s = 1,08 x 108 C
9,65 x 104 C ( 1 mol de elétrons
1,08 x 108 C ( x mol de elétrons ( x = 1.020 mol
Pela estequiometria da reação no catodo:
2 mol de NC(CH2)4CN(l) ( 4 mol de elétrons
x mol de NC(CH2)4CN(l) ( 1.020 mol de elétrons ( x = 560 mol
Convertendo o número de mol de NC(CH2)4CN(l) para massa, obtemos:
m(g) NC(CH2)4CN = 560 mol x 108 g mol-1
m = 60480 g de NC(CH2)4CN
c) Pela estequiometria da reação no anodo: 
1 mol de O2(g) ( 4 mol de elétrons
x mol de O2(g) ( 1.120 mol de elétrons ( x = 280 mol 
Em 740 mmHg e 25o C, o volume de O2(g) pode ser obtido por: PV = nRT
1 atm ( 760 mmHg ( 740 mmHg ( 0,9737 atm
PV = nRT
0,9737 atm x V(L) = 280 mol de O2(g) x 0,082 L atm K-1 mol-1 x 298 K
V = 7.027 L de O2(g)
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