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P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/05 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 Kw = [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14 a 25 oC F = 96500 C mol-1 1 C x V = 1 J R = 8,314 J mol-1 K-1 R = 0,082 atm L mol-1 K-1 T (K) = t (°C) + 273 Equações ΔG° = - n F ΔEo Equação de Nernst: E = E° Qln nF RT− ΔG = ΔGo + R T ln Q ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −°ΔΗ= 211 2 11ln TTRk k 1a Questão Considere a pilha abaixo operando a 25 0C e a 1 atm. Pt⏐Sn2+aq (0,1 mol L-1), Sn4+aq (0,05 mol L-1) ⏐⏐ Fe3+aq (0,01 mol L-1), Fe2+aq (0,2 mol L-1)⏐Pt a) Escreva a reação global de oxiredução e calcule o ΔE0. b) Calcule o ΔG0 da reação. c) Calcule o ΔG da reação no momento em que as concentrações das espécies químicas são iguais as indicadas na notação da pilha. A pilha funciona nessas condições? d) Calcule a constante de equilíbrio, K, quando a pilha parar de gerar corrente elétrica. e) Por que a platina é considerada nessa pilha como um eletrodo inerte? Dado: Fe3+aq + e- → Fe2+aq E0 = 0,77 V Sn4+aq + 2e- → Sn2+aq E0 = 0,15 V Resolução: a) 2 Fe3+ + 2 e- → 2 Fe2+ 0,77 V catodo Sn2+ → Sn4+ + 2 e- -0,15V anodo _____________________________________________ 2 Fe3+(aq) + Sn2+(aq) → 2 Fe2+(aq) + Sn4+(aq) ΔE° = 0,62V b) ΔG° = -nF ΔE° = - 2 mol . 96500 C mol-1 . 0,62 = - 119660 J c) ΔG = ΔG° + RT lnQ onde Q = ][Sn][Fe ][Sn][Fe 223 422 ++ ++ ΔG = -119600 + 8,314 . 298.ln ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ .0,1(0,01) 0,05(0,2) 2 2 ΔG = -119600 + 8,314 . 298 . ln (200) ΔG = - 119600 + (+13127) = - 106533 J Sim, a pilha está produzindo corrente elétrica nessas condições ΔG <0. d) ΔG° = - RT lnk 48,3 8.314.298 119660)( RT ΔGlnk =−−=°−= K = e48,3 = 9,47 x 1020 e) Porque a platina não participa efetivamente da reação de oxiredução. Ela apenas carreia elétrons para o meio eletrolítico. 2a Questão Uma solução aquosa de detergente (d = 1 g mL-1) contem 2,0% em massa de amônia (NH3), que sofre ionização segundo a reação abaixo cujo Kb é igual a 1,8x10-5. NH3(aq) + H2O(l) ' NH4+(aq) + OH-(aq) a) Calcule o pH esperado para este detergente. b) O detergente foi diluído dez vezes com água antes de sua aplicação, seguindo as instruções de uso do detergente. Qual o pH resultante? c) Utilizando o conceito de base fraca, explique os resultados obtidos nos itens a e b desta questão. Resolução: a) [NH3] = 2,0/(35,0 x 0,10) = 0,57 mol L-1 Kb = [NH4+(aq)] x [OH-(aq)]/[ NH3(aq)] [NH4+(aq)] = [OH-(aq)] [ NH3(aq)] ≈ 0,57 mol L-1 [OH-(aq)] = Raiz (0,57 x 1,8x10-5) = 3,2x10-3 3,2x10-3*100%/0,57 = 0,57%, ou seja, a aproximação acima é válida pOH = 2,49 e pH ≈ 11,5 b) Aplicando uma diluição de 10 vezes, a concentração de amônia passa a ser 0,057 mol L-1. [OH-(aq)] = Raiz (0,057 x 1,8 x10-5) = 1,1x10-3 1,1x10-3*100%/0,057 = 1,9%, portanto, a aproximação continua válida pOH = 2,95 e pH ≈ 11,0 c) Apesar de diluirmos a solução por um fator de 10, o pH não varia em uma unidade. Isto é explicado pelo fato da amônia ser uma base fraca e, como tal, seu grau de dissociação aumenta com a diluição. 3a Questão Parte A Considere a decomposição do iodeto de hidrogênio como mostrada na reação I 2HI (g) ' H2(g) + I2(g) (Reação I) a) Quando o iodeto de hidrogênio (HI) é aquecido a 773 K em um recipiente de 1,00 L, ele se decompõe conforme a reação acima. Após uma análise química constatou-se a presença das seguintes concentrações no equilíbrio: H2 = 0,42 mol L1, I2 = 0,42 mol L-1, e HI = 3,52 mol L-1. Calcule o Kc desta reação. b) Quais serão as novas concentrações no equilíbrio, se 1 mol de HI(g) for introduzido no recipiente da reação do item a? Parte B Considere agora a reação abaixo no sentido da formação do iodeto de hidrogênio (Reação II) H2(g) + I2(g) ' 2HI(g) (Reação II) Sabendo que o valor da constante de equilíbrio (Kc) da reação II é igual a 85 a 553 K: a) Calcule a composição da mistura da reação no equilíbrio sabendo que 5,0 g de HI(g) foram aquecidos, a 553 K, em um recipiente de 2,00 L. b) Explique porque não é possível, nesta temperatura, que na mistura no equilíbrio os componentes da reação tenham pressões parciais iguais. Parte C Usando os dados das partes A e B, mostre através de cálculos se a reação I, nas condições-padrão é endotérmica ou exotérmica. Justifique sua resposta. Resolução: Parte A a) 0,014 (3,52) (0,42) [HI] ]][I[HK 2 2 2 22 c === b) [H2]i = 0,42 [H2]eq = 0,42 + x [I2]i = 0,42 [I2]eq = 0,42 + x [HI]i = 3,52 + 1,00 = 4,52 [HI]eq = 4,52 - 2x 0,091 x 2x4,52 x0,420,014 2x)(4,52 x)(0,420,014 2 2 =− +=∴− += [H2]eq = 0,42 + 0,091 = 0,511 M [I2]eq = 0,42 + 0,091 = 0,511 M [HI]eq = 4,52 – 0,182 = 4,34 M Parte B a) 0,0195M 2 0,039[HI] mols 0,039 mol g127,9 5g MM MnHI ===== [H2]i = 0 [H2]eq = x [I2]i = 0 [I2]eq = x [HI]i = 0,0195 [HI]eq = 0,0195 -2x 0,00174 x x x085 (x) x)(0,019585 2 2 =−=∴−= 20195,2 [H2]eq = 0,00174 M [I2]eq = 0,00174 M [HI]eq = 0,0160 M b) c HIH IH HI p 222 2 C K1#Qp temos nosppp Com 85 .pp p K 85 ]][I[H [HI]K 222 22 2 = == ==== Parte C (0,000514) 8,314 ΔH0,185 773 1 553 1 8,314 ΔH 0,0118 0,0142ln 0,0118 85 1 °=∴⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ °=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ΔH° ≈ 3,00 kJ é endotérmica A constante de equilíbrio para uma reação endotérmica (ΔH° positivo) aumenta quanto a temperatura aumenta. 4a Questão Nos livros de química os nitratos são classificados como sais muito solúveis. No entanto, esta regra é genérica não se aplicando a alguns casos específicos como o nitrato de bário, Ba(NO3)2. Usando os dados termodinâmicos de dissolução do sal Ba(NO3)2, responda as questões abaixo: Sal ΔH0 (kJ/mol) ΔS0 (J/K mol) Ba(NO3)2 35,7 88,6 a) Determine o produto de solubilidade do sal Ba(NO3)2 a 250C. b) Comparando o resultado do item (a) com o Kps do BaSO4 que é 2,6 x 10-9, diga qual dos dois sais é mais solúvel. Justifique sua resposta. c) À uma solução saturada de Ba(NO3)2 foi adicionado um volume igual de solução de KNO3 10 mol L-1 a 25 °C. Considerando a ionização do KNO3 igual a 100%, calcule a concentração molar do íon Ba2+(aq) na solução resultante. Resolução: a) ΔG° = ΔH° - TΔS° ΔG° = 35,7 – 298 . 88,6 .10-3 = 9,3 kJ/mol ΔG° = -RT ln Kps 9,3.103 = - 8,314.298.ln Kps ⇒ Kps = 2,3.10-2 b) Ba(NO3)2 ' Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq) s 2s 0,180mol/Ls2,3.104ss.(2s)]][NO[BaKps -23223 2 =⇒==== −+ BaSO4 ' Ba2+(aq) + SO42-(aq) s s mol/L5,1.10s2,6.10s.ss ]OS][[Ba Kps 592-24 2 −−+ =⇒==== O sulfato de bário é o sal mais insolúvel. Isto pode ser observado comparando os valores de solubilidade dos dois sais. c) Ba(NO3)2 ' Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq) 2 x 0,180 Kps = [Ba2+][NO3-]2 ⇒ [Ba2+] = 2 3 ][NO kps − [NO3-]total = 5 + <<<0,36 ≈ 5 mol/L 0,00092 5 2,3.10][Ba 2 2 2 == − +