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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 09/05/08 Nome: GABARITO Nº de Matrícula: 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 cal = 4,184 J 1 atm = 760 mmHg Kw = [H+] [OH-] = 1,00 x 10-14 a 25°C NA = 6,02 x 1023 /mol 1a Questão As leis de proteção ambiental não permitem o lançamento de rejeitos em rios se estes não estiverem dentro de determinadas especificações. Rejeitos com valores de pH inferiores a 5,0 ou superiores a 9,0 devem ser tratados antes de serem lançados aos rios. Considere que os rejeitos X, Y e Z, a 25°C, possuem as características apresentadas na tabela abaixo. Rejeito [H+] (mol L-1) [OH-] (mol L-1) pH pOH X 1,0 x 10-3 Y 1,0 x 10-4 Z 1,0 x 10-6 a) Complete a tabela acima com as informações que faltam para os rejeitos X, Y e Z. b) Qual destes efluentes é mais ácido? Justifique. c) Qual(is) deste(s) efluentes poderia(m) ser lançado(s) nos rios considerando a faixa de pH apropriada. d) Calcule o valor de Ka para o ácido hipocloroso, HClO, sabendo que este é o único ácido presente no efluente Y e que sua concentração inicial é de 0,3 mol L-1. HClO(aq) + H2O(l) ClO-(aq) + H3O+(aq) Resolução: a) Rejeito [H+] (mol L-1) [OH-] (mol L-1) pH pOH X 1,0 x 10-3 1,0 x 10-11 3,0 11,0 Y 1,0 x 10-4 1,0 x 10-10 4,0 10,0 Z 1,0 x 10-8 1,0 x 10-6 8,0 6,0 b) O mais ácido é o que tem a maior [H+] ou menor pH = X c) Z, pois possui valor de pH dentro da faixa permitida (5,0 a 9,0) d) HClO(aq) + H2O(l) ClO-(aq) + H3O+(aq) 0,3 0 0 0,3-x x x x = [H+] no efluente Y = 1,0 x 10-4 pela tabela Ka = x2 = (1,0 x 10-4)2 = 3,3 x 10-8 0,3 – x 0,3 – (1,0 x 10-4) 2a Questão O sulfato de cobre(II) pentahidratado, CuSO4.5H2O, é utilizado em piscinas como inibidor de crescimento de algas. A eficácia dessa substância como algicida é garantida pela presença da espécie Cu2+ na água, conforme a reação: CuSO4.5H2O(s) Q Cu2+(aq) + SO42-(aq) + 5H2O(l) Sabendo que, em solução aquosa, a espécie Cu2+ pode precipitar na forma de hidróxido de cobre, Cu(OH)2, uma substância pouco solúvel em água, pede-se: a) Calcule a quantidade máxima de CuSO4.5H2O, em massa, que pode ser adicionada a uma piscina de volume igual a 10.000 L, de modo que não ocorra a precipitação do Cu(OH)2 e sabendo que o pH ideal da água da piscina é 6. b) Haverá precipitação de Cu(OH)2 quando 10,0 kg de CuSO4.5H2O forem adicionados a uma piscina de 25.000 L e pH 7,0? Mostre com cálculos. Dado: Cu(OH)2(s) Cu2+(aq) + 2OH-(aq) KPS = 1,8 x 10-19 a 25 oC Resolução: a) Cálculo da concentração de íons hidroxila, OH-, em mol L-1: pH =6 pOH = 8 [OH-] = 1,0x10-8 mol L-1 Cálculo da concentração de Cu2+, em mol L-1: PSK = [Cu 2+][OH-]2 [Cu2+] = 1-3-2 PS Lmol x101,8 ][OH K =� Cálculo da massa de CuSO4.5H2O, em Kg: 1,8x10-3 mol L-1 x 249,5 g mol-1 = 0,449 g L-1 Em 10.000 L � 4,49 kg b) Cálculo da concentração de Cu2+, em mol L-1: [Cu2+] = 131 Lmol10x1,60molg249,5.L25.000 10.000g �� � = Cálculo da concentração de OH-, em mol L-1: pH = pOH = 7 [OH-]- = 1,0 x 10-7 mol L-1 Cálculo do valor de Qps: Qps = [Cu2+] [OH-]2 Qps = (1,6 x 10-3) (1,0 x 10-7)2 = 1,60 x 10-17 Como, Qps > Kps haverá precipitação de Cu(OH)2. 3a Questão O estireno, C8H8, é usado na fabricação de plásticos de poliestireno e pode ser obtido a partir do etilbenzeno, C8H10. Etilbenzeno Estireno Uma determinada mistura líquida contém 38,0 g de estireno e 62,0 g de etilbenzeno, a 90°C. O estireno e o etilbenzeno são líquidos voláteis e não reagem entre si. a) Calcule as frações molares de estireno e de etilbenzeno na mistura líquida, a 90°C. b) Calcule as frações molares de estireno e etilbenzeno no vapor em equilíbrio com a mistura líquida a, 90°C. c) Uma amostra do vapor em equilíbrio com o líquido é coletada e condensada (tornada líquida). O líquido resultante da condensação entra novamente em equilíbrio com o vapor, a 90°C. Calcule a pressão de vapor dessa nova mistura. d) Calcule a percentagem em massa de estireno no vapor nas condições do item “c”. Dados: Pressão de vapor do estireno puro a 90oC = 134 mmHg; Pressão de vapor do etilbenzeno puro a 90oC = 182 mmHg. Resolução: a) Inicialmente calcular o numero de mol do estireno e etilbenzeno, usando as suas massas molares: MM estireno = 104; MM etilbenzeno = 106. mol 0,365 g/mol 104 g38 molar massa massanest === mol 0,585 g/mol 106 g62 molar massa massanetil === 0,62 0,5850,365 0,585 0,38 0,5850,365 0,365 etilest =+ == + = �� b) Utilize as frações molares calculadas no item (a), assim como as pressões de vapor dos líquidos voláteis puros, na equação da “lei de Raoult”. mmHg 112,8182 x0,62.PP mmHg 50,9134 x0,38.PP etiletiletil estestest === === ° ° � � A pressão total é a soma das pressões parciais (Dalton) Ptotal = Pest + Petil = 50,9 + 112,8 = 163,7 mmHg As frações molares do est e etil no valor podem ser calculadas da seguinte maneira: 0,69 163,7 112,8 P PY;0,31 163,7 50,9 P PY total etil etil total est est ====== c) Devemos agora usar as frações molares no vapor do item (b) como as novas frações molares dos líquidos e calcular a pressão de vapor de cada componente. 0,69 ;0,31 etilest == �� mmHg 167,1 125,6 41,5 PPP mmHg 125,6182 x0,69.PP mmHg 41,5134 x0,31.PP etil estotalt etiletiletil estestest =+=+= === === ° ° � � d) Inicialmente devemos calcular as frações molares do est e etil no vapor, usando os dados obtidos no item (c) 0,75 167,1 125,6 P PY;0,25 167,1 41,5 P PY total etil etil ' total est est ' ====== Assim o vapor contem 0,25 mol de est para cada 0,75 mol de etil; ou etil deg8 etil 1mol etil g106 xetil mol 0,75m est deg26 est 1mol est g104 xest mol 0,25m etil est 0== == Com estes valores podemos calcular a percentagem em massa de estireno no vapor. est 25%100%x total massa deg80)(26 est 26gest massa % = + = 4a Questão O ácido fórmico, HCOOH, é um ácido carboxílico líquido, a temperatura ambiente, e cuja densidade é 1,22 g mL-1. a) Calcule a variação de entalpia envolvida na decomposição de 1,0 mol de ácido fórmico (Reação I) a partir dos valores de entalpias de formação e de mudança de estado físico (Reações II a V). HCOOH(l) � CO(g) + H2O(g) (I) C(s) + 1/2O2(g) � CO(g) �H0 = -110,4 kJ mol-1 (II) H2(g) + 1/2O2(g) � H2O(l) �H0 = -285,5 kJ mol-1 (III) H2(g) + O2(g) + C(s) � HCOOH(l) �H0 = -408,8 kJ mol-1 (IV) H2O(l) � H2O(g) �H0 = +44 kJ mol-1 (V) b) Calcule a quantidade de calor envolvida na decomposição de 1,0 L de ácido fórmico em carbono, gás oxigênio e gás hidrogênio. c) A variação de entalpia envolvida na dissociação de uma molécula de ácido fórmico é 6,1 x 10-23 J. A variação de entalpia decorrente da dissociação de 0,2 mol de ácido fórmico em 1,0 L de água (Reação VI) é 0,22 J. Calcule o pH dessa solução aquosa de ácido fórmico. HCOOH(aq) + H2O(l) HCOO-(aq) + H3O+(aq) (VI) Resolução: a) Para se encontrar o valor de �H0 para a combustão de 1 mol de HCOOH, deve- se usar o somatório dos valores de �H0 das reações II a V, após o ajuste do sentido e dos coeficientes estequiométricos das mesmas seguindo o procedimento indicado pela Lei de Hess. Assim: C(s) + 1/2O2(g) � CO(g) �H0 = -110,4 kJ mol-1 (II) H2(g) + 1/2O2(g) � H2O(l) �H0 = -285,5 kJ mol- (III) HCOOH(l) � H2(g) + O2(g) + C(s) �H0 = +408,8 kJ mol-1 (IV) H2O(l) � H2O(g) �H0 = +44 kJ mol-1 (V) ----------------------------------------------------------------------------------------------- HCOOH(l) � CO(g) + H2O(g) �H0 = +56,9 kJ mol-1 b) 1,0 L de ácido fórmico tem a massa igual a 1220,0 g (m = d x V = 1000,0 mL x 1,22 g ml-1). Emquantidade de matéria isso equivale a 26,5 (n = m/MM = 1220,0 g / 46 g mol-1). O calor envolvido na decomposição de 26,5 mol de HCOOH seria 10.833,2 kJ (qp = n x �Ho = 26,5 mol x 408,8 kJ mol-1). c) A energia na forma de calor de 0,22 J equivale a 3,6 x 1021 moléculas de HCOOH que se dissociaram [número de moléculas = (0,22 J x 1 molécula)/6,1 x 10-23 J]. Em termos de quantidade de matéria, isso equivale a 0,006 mol (n = 3,6 x 1021 moléculas/ 6,02 x 1023 moléculas mol-1), que em concentração molar seria 0,006 mol L-1 de íons H+, pois cada molécula dissociada de HCOOH produz um H+. Assim, o pH da solução seria 2,22 (pH = -log 0,006).
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