P2_16_05_03

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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 16/05/03 
 
 
Nome: 
Nº de Matrícula: GABARITO Turma: 
Assinatura: 
 
 
 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,0 
2a 2,0 
3a 2,0 
4a 2,0 
5a 2,0 
Total 10,0 
Constantes: 
R = 8,314 J mol-1 K-1 
R = 0,0821 atm L mol-1 K-1
cH2O = 4,18 J g-1 °C-1 
1 cal = 4,18 J 
1 atm L = 101,325 J 
Equações de Cinética: 
kt
A
A t −=
0][
][
ln 
0][
1
][
1
A
kt
A t
+= 
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
211
2 11ln
TTR
E
k
k a
1a Questão 
 
A queima parcial de carvão na presença de O2 e H2O produz uma mistura gasosa 
chamada gás de síntese, composta por de CO (g) e H2 (g). Este gás de síntese 
pode ser usado como combustível e na produção de importantes compostos 
orgânicos, como por exemplo, o álcool metílico. Um gás de síntese tem a seguinte 
composição por volume: 55% CO(g), 33% H2(g), e 11% de gases não 
combustíveis. 
 
a) Quantos moles de CO (g) e H2 (g) estão presentes numa amostra de 1,00 L 
deste gás nas CNTP? 
 
b) Qual é o calor de combustão por litro deste gás de síntese medido nas CNTP? 
 
c) Até que temperatura, poderia 1,00 Kg de água a 25 °C, ser aquecida com o 
calor obtido na combustão de 1,00 litro deste gás de síntese medido nas CNTP? 
Reações : 
Combustão do H2(g): H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g), ΔHR = -285,8 kJ mol-1 
Combustão do CO(g): CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g), ΔHR = - 283,0 kJ mol-1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resolução: 
 
a) moles de gás de síntese em 1 L: nt
 PV = nt . RT 
 1 atm. 1 L = nt . 0,082 Kmol
Latm
.
. . 273 k 
 nt = 4,47 x 10-2 
 nº moles CO: nCO = 0,55 x 4,47 x 10-2 = 2,46 x 10-2
 nº moles H2: nH2 = 0,33 x 4,47 x 10-2 = 1,47 x 10-2
 
b) Calor desprendido pela queima de CO (g) 
 2,46 x 10-2 x 283 = 6,96 kJ 
 Calor desprendido pela queima do H2 (g) 
 1,47 x 10-2 x 285,8 = 4,21 kJ 
 Calor total: 11,2 kJ liberado ou 
 ΔΗ = -11,2 kJ 
 
c) 11,2 x 103 J = 4,18 
Cg
J
° x 1000 g x Δt 
 Δt = 2,7 °C ⎯→ tƒ ≅ 27,7 °C 
 
 
 
2a Questão 
 
A nitroglicerina (MM = 227) é um líquido que se decompõe de maneira explosiva 
conforme a reação: 
C3H5(NO3)3 (l) → 5/2 H2O (g) + 3 CO2 (g) + 3/2 N2 (g) +1/4 O2 (g) 
a) Calcule, a partir dos calores de formação, o ΔH° e o ΔU° desta reação a 298 K 
e 1 atm e comente se o resultado obtido é compatível com a sua expectativa de 
uma reação explosiva. 
Dados: 
ΔHf° [(C3H5(NO3)3 (l)] = -372,4 kJ mol-1 
ΔHf° [(H2O (g)] = - 241,8 kJ mol-1 
ΔHf° [(CO2 (g)] = - 393,5 kJ mol-1 
Resolução: 
 
 Δn = 7,25 ΔV = (7,25 x 0,082 x 298) L 
 
PΔV = 177,2 atm L = -17,95 kJ valor (0,5) 
 
ΔH = -1,39 x 103 kJ valor (0,5) 
 
ΔU = -17,95 - 1,39 x 103 = -1,41 x 103 kJ valor (0,5) 
 
 
A variação de entalpia, ΔΗ, é negativa e tem módulo grande. Logo, espera-se uma 
reação altamente exotérmica. O trabalho é de expansão e Δn tem um valor grande (1 mol 
substância no estado líquido gerando vários moles no estado gasoso), logo, espera-se que a 
variação da energia interna, ΔU, negativa. 
3a Questão 
 
Uma das possibilidades de redução de CO2, um dos gases responsáveis pelo 
efeito estufa na atmosfera, é a carbonatação de óxidos, isto é, a sua 
transformação em carbonatos. A figura abaixo apresenta a variação de energia 
livre, ΔG, para a reação de carbonatação de três tipos de óxidos: 
Variação de energia livre em função da temperatura
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
temperatura ºC 
va
ria
çã
o 
de
 e
ne
rg
ia
 li
vr
e,
 c
al
 
/ m
ol
CaO+ CO2 = CaCO3
FeO + CO2 = FeCO3
MgO + CO2 = MgCO3
 
Responda: (Obs.: Só serão aceitas as respostas devidamente justificadas) 
 
a) Qual dos três óxidos seria o mais eficiente no processo de redução de CO2 à 
temperatura de 200 0C? Justifique. 
 
b) A partir de que temperatura, a carbonatação do MgO deixa de ser espontânea? 
Justifique. 
 
c) Qual dos carbonatos formados é o mais estável a altas temperaturas? Justifique 
 
d) Sabendo que a variação de entropia, ΔS0, da reação de carbonatação do MgO 
é 40,6 cal mol-1, qual o valor de ΔH0 para esta reação? Esta reação é exotérmica 
ou endotérmica? 
Considere que os valores de S e ΔH não variam com a temperatura 
 
Resolução: 
 
a) CaO - Porque nessa temperatura o ΔG da reação de carbonatação é o menor. 
valor (0,4) 
b) A partir de ∼ 450 °C quando o valor de ΔG passa a ser positivo 
valor (0,4) 
c) FeCO3. Porque tem o maior ΔG de decomposição. Ou: porque os valores de ΔG 
da reação de cabonatação em altas temperaturas (> 800°C) são os menores 
valor (0,4) 
 
d) ΔG° = ΔH° - T . ΔS° 
por exemplo: 
a T = 573 k 
ΔG = - 5000 cal e ΔS = 40,6 
- 5000 = ΔH - 40,6 x 573 
e ΔH = 18,26 kcal 
a T= 400 oC ΔG° = 0 e ΔH° = TΔS° 
ΔH° = (400 + 273) . ΔS° 
ΔH° = 27,3 kcal 
O mesmo raciocínio poderá ser aplicado a quaisquer temperaturas 
absolutas. 
4a Questão 
 
Existe um tipo especial de ovo cozido, o chamado “3 minutos”. Neste tipo de ovo 
cozido, ocorre a precipitação da albumina, contida na clara do ovo, enquanto a 
gema é preservada. Este tempo de 3 minutos foi estimado baseado na 
temperatura de ebulição da água a 1 atmosfera (100 °C). 
Suponha que você esteja num local elevado onde a temperatura de ebulição da 
água seja de 90 °C. 
Uma vez que, a velocidade de uma reação é proporcional a sua constante de 
velocidade, k, qual deveria ser o novo tempo de cozimento do ovo? 
Dado: Ea = 52,0 kJ/mol 
 
Resolução: 
 
v (100 °C) = 
min3
][album 
v (30 °C) = 
tempo
album][ 
Se v α k, então: 
⎟⎟
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
−−===
373
1
363
13lnlnln
1
2
1
2
R
E
tempov
v
k
k a 
 ( )333 1068,21075,210314,8 523ln −−− −−= xxxtempo 
 
438,03ln −=
tempo
 
 
tempo = 3 x 1,55 = 4,6 minutos 
 
5a Questão 
 
A lei da velocidade da reação abaixo no sentido direto é: 
velocidade de reação = 2,5 x 10-3 s-1 [BrCH3], a 20 °C. 
O calor liberado quando 100 mg de BrCH3 reagem com íons hidroxila, OH- é de 
3,15 J e a energia de ativação da reação inversa é de 8000 J mol-1. 
 
BrCH3 (aq.) + OH-(aq.) → Br-(aq.) + CH3OH(l) 
 
a) Calcule o tempo necessário para que 99% da reação ocorra a 300 °C. 
 
b) Explique por que a velocidade e a constante de velocidade de uma reação 
química variam com a temperatura. 
Reagentes 
Complexo 
ativado Produtos
Caminho da reação 
Energia (kJ) Ea(direta
Ea(inversa) 
ΔH(direta)
 
 
Resolução: 
 
a) MM CH3Br = 95 
ΔΗ mol-1 ≅ 3 kJ mol-1
k = 2,5 x 10-3 s-1 a 20 °C  Ea (reação direta) = 5000 J 
ln ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=− 573
1
293
1
3,8
5000
105,2 3
2
x
k
= 1,005 
ln k2 - ln 2,5 x 10-3 = 1,005 ln K2 = - 4,99 
 
k2 = 6,8 x 10-3 s-1 
 
ln [A]t = ln [A]0 - kt 
 
[A]t = 0,01 [A]0
 
ln 
0
0
][
][01,0
A
A
= -6,8 x 10-3 x t t = 677 s 
 
b) Porque, à medida que a temperatura aumenta, as moléculas se movimentam 
mais aumentando o número de choques entre elas com energia maior que a 
energia de ativação. Pela equação de Arrenhius, o valor de k cresce com a 
temperatura, logo, como a velocidade da reação é proporcional a k, também 
cresce.