P4_02_12_08

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P4 – PROVA DE QUÍMICA GERAL – 02/12/08 
 
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 e equações: 
R = 0,082 atm L mol-1 K-1 = 8,314 J mol-1 K-1 
�G° = �Ho - T�So
�G = �Go + RT ln Q 
[A] = [A]0 – kt
kt
[A]
[A] ln
0
�=��
�
�
��
	
kt
[A]
1
[A]
1
0
+=
1a Questão 
 
A figura 1 representa uma amostra de CaCO3 sólido que reage completamente 
com uma quantidade em excesso (2,00 L) de HCl 2,52 mol L-1, através da 
seguinte reação: 
 
CaCO3(s) + H+(aq) + Cl-(aq) 7 Ca2+(aq) + HCO3-(aq) + Cl-(aq) 
 
Após a reação, um volume de 10,0 mL da solução resultante foi transferido para 
um frasco de vidro (figura 2) e neutralizado com 24,87 mL de NaOH(aq) 0,9987 
mol L-1 (figura 3). Calcule a massa, em grama, de CaCO3 na amostra inicial 
Desconsidere a contribuição do HCO-3 na neutralização. 
 
Resolução:
0,9987 mol de NaOH �� 1 L x = 0,02484 mol 
 X �� 0,02487 L NaOH para neutralizar o excesso de HCl 
em 10 mL 
 
0,02484 mol �� 10 mL x = 4,968 mol de HCl total em excesso 
X �� 2000 L 
 
2,52 mol �� 1 L x = 5,04 mol de HCl colocado inicialmente 
 x �� 2 L
nHCl total – nHCl sobrou em excesso = nHCl consumido pelo CaCO3
5,04 – 4,968 = 0,072 mol 
 
g7,21100,08 x0,072Mxnm(g)
M
mn ===
=
2a Questão 
 
A reação de síntese da amônia é representada na equação abaixo: 
 
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 
Na figura A são indicadas as quantidades, em mol, das substâncias envolvidas na 
reação, em equilíbrio a 500 K. Ao esfriarmos rapidamente este sistema, ocorre a 
liquefação do NH3(g) para NH3(l), como representado na figura B. Após a total 
remoção do NH3(l) do recipiente e reaquecimento da mistura até a temperatura 
original (500 K), um novo equilíbrio é estabelecido (figura C). 
a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, da reação a 500 K, nas condições 
indicadas nas figuras A e C. 
b) Calcule a quantidade, em massa, do NH3(l) retirada do recipiente (figura B). 
c) Calcule a quantidade, em mol, do H2 e do NH3 no equilíbrio, ilustrado na 
figura C. 
d) O que aconteceria com a quantidade de NH3(g) em equilíbrio no sistema 
ilustrado na figura C se o volume do recipiente fosse diminuído? Sabendo que a 
reação é exotérmica, o que aconteceria se a temperatura fosse aumentada? 
Resolução:
a) Inicialmente devemos calcular as concentrações molares de todos os 
componentes da reação no equilíbrio a 500 K. 
[N2] = 1Lmol 0,0424L10
mol 0,424 �=
[H2] = 1Lmol 0,1272L10
mol 1,272 �=
[NH3] = 1Lmol 0,1152L10
mol 1,152 �=
Para calcular Kc devemos usar a seguinte equação: 
 
Agora devemos substituir nesta equação os valores das concentrações molares 
calculados inicialmente. 
 
Por dedução, incluindo os conhecimentos de equilíbrio químico e os princípios de 
Le Châtelier, o Kc na (figura c) deverá ser de � 152 
 
b) Foram retirados 1, 152 mol de NH3(l) que correspondem a uma massa de: 
(MM do NH3 = 17,0) 
 Massa = nº de mol x massa molar 
 Massa = 1, 152 x 17,0 = 19,6 g 
 
3
22
2
3
c ]H][N[
]NH[
K =
)Afigura(152
]1272,0][0424,0[
]1152,0[K 3
2
c �=
c) Com a retirada do NH3(l) a reação tenderá ir para a direita (Qc < Kc): 
 
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3
Início 0,424 1,272 0 
Variação -x -3x + 2x 
Novo equilíbrio 0,240 1,272 – 3x 2x 
 
Podemos agora calcular o valor de x: 
 
0,424 – x = 0,240 
- x = -0,424 + 0,240 
-x = - 0,184 
x = 0,184 
 
Assim podemos calcular o nº de mol e a concentração molar dos componentes da 
reação no novo equilíbrio na figura C. 
2N
n = 0,240; 
2H
n =1,272 – 3(0,184)=0,720 ; 
3H
n =2 x 0,184 = 0,368 
 
Vamos agora comprovar que o valor de Kc continua sendo o mesmo da figura C. 
 
d) Segundo “Le Châtelier”: A temperatura constante, a redução do volume 
ocupado por mistura gasosa em equilíbrio provoca deslocamento do equilíbrio no 
sentido em que há redução do numero de moles do gás; logo a quantidade de NH3
em equilíbrio na figura C é aumentada.
Também segundo “Le Châtelier: nas reações exotérmicas a elevação da 
temperatura provoca a diminuição do Kc; logo a quantidade de NH3(g) em 
equilíbrio na figura C é diminuída.
151
]0240,0[]0720,0[
]0368,0[K 3
2
c �=
3a Questão 
 
A reação de neutralização de um ácido forte com uma base forte pode ser 
representada da seguinte maneira: 
 
H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) 
 
Em um laboratório de química, a 25 oC, foi realizada uma reação de neutralização 
misturando-se 25,00 mL de uma solução de um ácido forte, HNO3(aq), com pH 
2,00, com outra solução de mesmo volume de uma base forte, KOH(aq), pH 
12,00. 
 
a) Qual é o pH da solução final, após a reação. Justifique. 
b) Calcule o valor da variação de entalpia de neutralização, THneutralização, para esta 
reação nas condições do problema, e diga se haverá aquecimento ou resfriamento 
da solução. 
c) Nessas condições, a reação é espontânea? Justifique com cálculos. 
d) Calcule o valor da constante de equilíbrio da auto-ionização da água, Kw, a
25oC. 
 
H2O(l) H+(aq) + OH- (aq) Kw = ?
Dados: 
Tabela: Parâmetros termodinâmicos, a 25 ºC, 1 atm e 1 mol L-1 
 THof (kJ mol-1) So (J mol-1 K-1) TGof (kJ mol-1)
H+ (aq) 0 0 0 
OH- (aq) -229,99 -10,75 -157,29 
H2O (l) -285,80 69,92 -237,20 
Resolução:
a) Solução ácida, pH = 2, [H+] = 0,01 mol L-1 
Solução básica, pH = 12, pOH = 2, [OH-] = 0,01 mol L-1 
[H+] = [OH-], ocorre neutralização completa, pH final = 7 
 
b) VHo = -55,81 kJ mol-1 
Na reação, foram envolvidos 25 mL de solução 0,01 mol L-1 de H+ (0,00025 mol) e 
a mesma quantidade de mols de OH-, formando 0,00025 mol de H2O. 
Assim, o VH da reação, nessas condições, é -13,95 J. 
A reação é exotérmica, libera calor, a solução se aquece. 
 
c) VGo pode ser calculado através de: 
VGo = VHo - T VSo ou VGo = VGprodutos – VGreagentes 
VGo = -79,91 kJ mol-1 
x 0,00025 = -0,02 kJ. 
VG ‹ 0, reação espontânea. 
 
d) A reação de auto-ionização da água é a reação contrária da neutralização, 
então o VGo = 79,91 kJ mol-1 
Para uma reação química: VG = VGo + RT ln Q 
No equilíbrio, VG = 0 e VGo = - RT ln K 
ln K = -32,25 
K = 9,83 x 10-15 
4a Questão 
 
O gás nitrogênio, N2, pode ser obtido a partir da reação abaixo: 
 
2 NO(g) + 2 H2(g) 7 N2(g) + 2 H2O(g) 
 
A tabela abaixo mostra o efeito das pressões iniciais, P, dos reagentes sobre a 
velocidade inicial da reação, v. Com base nessas informações responda o que se 
pede: 
PNO inicial (mmHg) PH2 inicial (mmHg) v (mmHg s-1)
400 289 0,800 
400 147 0,395 
300 400 0,515 
152 400 0,125 
a) Qual é a ordem da reação em relação ao H2? Mostre com cálculos. Esboce um 
gráfico de velocidade versus pressão de H2.
b) Qual é a ordem da reação em relação ao NO? Mostre com cálculos. Esboce um 
gráfico de velocidade versus pressão de NO. 
c) Qual é a ordem global da reação? 
d) Escreva a lei de velocidade para esta reação. 
 
Resolução
v = k [NO]x[H2]y 
Para saber a influência de um componente fixamos a concentração do outro, 
logo v = k1 [H2]y onde k1 = k [NO]x ou v = k2 [NO]x onde k2 = k [H2]y 
Como [.....] = n/V e é diretamente proporcional à P, podemos utilizar os valores de 
P da tabela, para ver a razão entre 2 situações 
a) v = k1 [H2]y 
Fixando PNO = 400 mmHg 0,800 = k1 289y = v = 0,395= k1 147y 
Logo 0,800 = k1 289y = 2,02 = 1,96 y y = 1 ordem 1 em relação ao H2 
 0,395 k1 147y 
 
v
PH2 
b) v = k2 [NO]x 
Fixando PH2 = 400 mmHg 0,515 = k1 300x = v = 0,125= k1 152x 
Logo 0,515 = k2 300y = 4,12 = 1,97 x x = 2 ordem 2 em relação ao NO 
 0,125 k2 152y 
 
v
PNO 
v = k1 [H2] = k1’ PH2 
equação de uma 
ascendente reta 
passando pela origem 
 
v = k2 [NO]2 = k1’ PNO2
equação de uma 
curva ascendente 
passando pela origem 
 
c) ordem global = x + y = 3 
 
d) v = k [NO]2[H2]1 
 
	�
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