P2_14_05_10

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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 14/05/10 
 
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 
PV = nRT 
P = x P°
S = kH . P
1a Questão 
 
O ácido sulfídrico, H2S, é um ácido fraco, formado segundo a equação abaixo: 
 2H+(aq) + S2-(aq) H2S(aq) 
a) A tabela representa as duas etapas de dissociação do ácido sulfídrico em água.
Complete os valores faltantes, mostrando os cálculos correspondentes. 
 
Equação Reação Ka pKa
1 H2S(aq) H+(aq) + HS- (aq) 1,0 x 10-7 
2 HS-(aq) H+ (aq) + S2-(aq) 12,9 
b) A liberação do íon H+ será mais fácil na equação 1 ou na equação 2? Justifique. 
c) Comparando o equilíbrio 1 e o equilíbrio 2, diga qual é a base conjugada mais 
forte, HS- ou S2-. Justifique. 
d) Calcule o pH da solução aquosa preparada pela adição de 6,80 g de H2S em 
água, formando 2,00 L de solução. Considere, para fins de cálculo, apenas a 
equação 1. 
Resolução:
a) 
Ácido arsênico Ka pKa 
(eq1) H2S= H+ + HS- 1,0x10-7 7,00 
(eq2) HS- = H+ + S2- 1,2 x 10-13 12,92 
b) Será mais fácil liberar o íon H+ da equação 1, porque tem maior Ka e com isso 
há mais quantidade produtos do que reagentes no equilíbrio da equação 1, em 
relação ao equilíbrio da equação 2. Além disso, é mais difícil retirar H+ na segunda 
equação, pois o HS- já tem uma carga negativa. 
c) 
H2S = H+ + HS- Ka= 1,0x10-7 
0,1-x x x 
 
Ka= 1,0 .10-7 =
x-0,1
x2 x2 + 1,0 .10-7 x - 1,0.10 -8 = 0
=
+±
=
���
2
10 .1,0 .4)(1,0.1010.1,0
x
8277
2
10 x2,010x1,0
2
10 x1,0 x4)(1,0x1010x1,0
X
478277 ����� ±
=
+±
=
X = 1,0 x 10-4 pH= 4,00 
 
Ou sem usar a equação de 2º grau. 
 
x2 + 1,0 x10-7 x - 1,0x10 -8 = 0
x2 = 1,0x10 -8 X = 1,0x10-4 pH= 4,00 
 
d) É o íon S2-. Quanto mais fraco for o ácido( no caso é o HS-, do equilíbrio 2, o 
ácido mais fraco), mais forte será sua base conjugada correspondente. Entre a 
base conjugada do equilíbrio 1(HS-) e a base conjugada do equilíbrio 2(S2-), o S2- 
tem duas cargas negativas e por isso tem maior avidez pelo íon H+.
2a Questão 
 
Um recipiente contém 0,500 L de uma solução aquosa saturada de hidróxido de 
manganês, Mn(OH)2(aq). Os íons Mn2+ e OH- estão em equilíbrio com uma 
quantidade de hidróxido de manganês sólido, Mn(OH)2(s), no fundo do recipiente, 
conforme a equação: 
 
Mn(OH)2(s) Mn2+(aq) + 2 OH-(aq) Kps = 2,0 x 10-13 a 25 oC
Adiciona-se 0,500 L de água à solução e agita-se vigorosamente. O volume de 
água adicionada não foi suficiente para dissolver todo o Mn(OH)2(s), como o 
indicado no recipiente “a” da figura. Após a decantação do sólido, alíquotas da 
solução foram retiradas e tratadas como indica a figura da página seguinte. 
Procedimento 1 
Uma alíquota de 100,0 mL da solução aquosa saturada retirada do recipiente “a” é 
misturada com 0,500 L de solução aquosa de HCl 0,100 mol L-1 formando a 
solução indicada no recipiente “b” da figura. 
Procedimento 2 
Uma alíquota de 25,0 mL da solução aquosa saturada retirada do recipiente “a” é 
misturada com 250,0 mL da solução aquosa 0,0650 mol L-1 de MnCl2, formando a 
solução indicada no recipiente “c” da figura. Considere que MnCl2 é totalmente 
solúvel nestas condições. 
 
a) Calcule as concentrações de Mn2+, em mol L-1, nas soluções aquosas em 
equilíbrio nos recipientes, “a”, “b” e “c”. 
b) Calcule a concentração de OH-, em mol L-1, no equilíbrio no recipiente “c” e 
mostre se ocorrerá ou não precipitação neste recipiente. 
 
Resolução:
a) 
Em (a) 
Mn(OH)2(s) Mn2+(aq) + 2 OH-(aq) 
 S 2 S
Kps = (S) (2S)2 = 4 S3
][MnLmol3,7x10
4
2,0x10
4
K
S 213
13
3 ps
5 +�
�
====
�
Em (b) haverá uma diluição da [Mn2+]
mols 10x3,7L0,100 xmolL10x3,7V][n 615iiiMn2
��� ===+
Lmol10x6,2
L0,600
mols10x3,7
V
n
][M 16
6
f
iMn
f
2 2 ��
�
+ ===
+
Em (c) 
Mn(OH)2(s) Mn2+(aq) + 2 OH-(aq) 
 S+[Mn2+]ad 2 S
mols 01625,0L0,250 .molL 0650,0V][dan 1iiMn2 ===
�
+
Lmol 059,0
L0,275
mols ,016250
V
dan
][M 1
f
Mn
ad
2 2 �+ ===
+
1
13
ps
22
ps
Lmol9,1x10
0,24
2,0x10
0,24
K
S
0,24S4Sx0,059(2S) 0,059)(SK
7
2
�
�
�
===
�=+=
[Mn2+]f = 0,059 + (9,1x10-7) = 0,059 mol L-1 
b) 
[OH-]equilíbrio = 2 S = 2(9,1x10-7) = 1,8 x 10-6 mol L-1 
A presença do íon comum, Mn2+, no equilíbrio da solução saturada provocará a 
precipitação do Mn(OH)2(s). 
 
Qps = [Mn2+] [OH-]2
=(0,059) [OH-]2ad 
 
mols 10x85,1L0,025 .Lmol )10x7,3x2(V][n 615iidaHO
��� ===�
Lmol 10x7,6
L0,275
10x85,1
V
n
]OH[ 16
6
f
daHO
da
��
�
� ===
�
Qps = (0,059) (6,7x10-6)2 = 2,7x10-12 >Kps 
 
Logo haverá realmente uma pequena precipitação. 
3a Questão 
 
Um processo industrial requer um fluido a 20 oC para resfriamento do sistema. A 
água pura não pode ser utilizada por causa da pressão de vapor relativamente 
elevada (17,5 mmHg) para as condições de operação do sistema. Pode-se obter 
um fluido de resfriamento, com pressão de vapor reduzida, ao se misturar água e 
etilenoglicol. O etilenoglicol é uma substância líquida miscível em qualquer 
proporção com a água e tem pressão de vapor igual a zero. 
 
a) Calcule os volumes de cada componente do líquido refrigerante (água e 
etilenoglicol) necessários para obter 1,0 L de solução com pressão de vapor igual a 
8,0 mmHg. 
 
b) Em vez de etilenoglicol, adiciona-se ureia, que é uma substância sólida com 
solubilidade de 108 g em 100 mL de água a 20 oC. Calcule a diminuição máxima 
de pressão de vapor que se poderia obter, sabendo que a ureia é uma substância 
não-volátil. 
 
Dados a 20 oC: 
Massa molar da água: 18,0 g mol-1 
Densidade da água: 1,00 g mL-1 
Massa molar do etilenoglicol: 62,1 g mol-1 
Densidade do etilenoglicol: 1,11 g mL-1 
Massa molar da ureia: 60,1 g mol-1 
Resolução:
a) mL 1000VV OHeg 2 =+
46,0
5,17
00,8XPXP OHOHOHOH 2222 ==�=
°
mol g62
m
mol g18
m
mol g18
m
0,46X
OH
OH
OH
2
2
2
+
==
d
mV
V
md =�= logo: 
meg=(1000- OH2m ) 1,11 onde eg é o etilenoglicol. 
62
1,11)m1000(18
m
18
m
0,46X
OH
OH
OH
OH
2
2
2
2
�+
==
62
)m11,11110(
18
m
18
m
0,46
OH2
�
+
=
OH
OH
OH
2
2
2
m0,01817,9 18
m
18
m
0,46
�+
=
OHOH
OH
22
2
m0,01817,9m0,086
m0,056
0,46
�+
=
OHOHOH 222
m0,008-8,2m027,0m0,056 +=
Lm221,6V
g221,6
0,037
8,2m
OH
OH
2
2
=
==
Pois dH2O = 1,00 g ml-1 
O complemento (1000-221,6)mL é de etilenoglicol Veg = 778,4 mL 
b) Na solução saturada ureia tem-se a máxima diminuição de pressão de vapor da 
solução. Assim, na solução saturada tem-se 108 g de ureia em 100 g de água. 
11
1
ureiaOH
OH
OH
mol g60
g108
mol g18
100g
mol g18
100g
nn
M
X
2
2
2
��
�
+
=
+
=
76,0
80,156,5
56,5X OH2 =+
=
Aplicando na lei de Raoult: 
mmHg 13,3mmHg 0,76x17,5PXP OHOHOH 222 ===
°
4a Questão 
Centrais de geração de energia elétrica transportam grandes quantidades de água 
quente através de tubulações metálicas. O oxigênio dissolvido na água pode 
causar corrosão nas tubulações. Para solucionar esse grave problema, é 
adicionada hidrazina, N2H4, pois esta substância reage com o oxigênio, segundo a 
equação abaixo: 
 
N2H4(aq) + O2(g) � N2(g) + 2H2O(l) 
 
Cerca de dez mil toneladas de hidrazina são produzidas anualmente pela reação 
de amônia, NH3, com hipoclorito de sódio, NaClO, pelo processo de Rasching: 
 
2NH3(aq) + NaClO(aq) � N2H4(aq) + Na+ (aq)+Cl-(aq) + H2O(l) 	Ho = -151 kJ 
 
a) Calcule o 	Hof de N2H4(aq). 
b) Calcule o calor liberado quando excesso de N2H4(aq) é adicionada a 5,00x103 L
de água que contém 2,50 x 10-4 mol L-1 de O2 dissolvido. 
c) Explique a relação entre calor (q) e variação de entalpia (	H). 
d) Calcule a solubilidade do O2 em água à 60 °C, considerando que a porcentagem 
desse gás na atmosfera é 21,0%em volume. 
e) Explique o que acontece com a solubilidade do O2 na água transportada na 
tubulação se a temperatura da mesma for reduzida. 
 
Dados: 
• kH (O2) a 60 °C = 7,9 x 10-4 mol L-1 atm-1 (valor estimado) 
• Valores da variação de entalpia a 25 °C 
 	Hof (kJ mol-1)
NaClO(aq) -346,0 
NH3(aq) -80,8 
H2O(l) -285,8 
Na+(aq) -239,7 
Cl-(aq) -167,5 
Resolução:
a) 
2NH3(aq) + NaOCl(aq) � N2H4(aq) + NaCl(aq) + H2O(l) 	Horeação = -151 kJ 
 
	Ho = �	Hfo produtos - �	Hfo reagentes 
- 151 = [N2H4(aq) + (-239,7) + (-167,5) +(-285,8)] – [(2 x (-80,8) + (-346,0)] kJ mol-1 
	Hfo = 34,4 kJ mol-1 
b) 
N2H4(aq) + O2(g) � N2(g) +2H2O(l) 
	Ho = �	Hfo produtos - �	Hfo reagentes 
	Ho = [2 x (-285,8)] – [(34,4)] kJ mol-1 
	Ho = -606 kJ mol-1 
2,50 x 10-4 mol ______ 1,00 L 
 x ______ 5,00 x 103 L
x = 1,25 mol 
 
1,00 mol _______ -606 kJ 
1,25 mol _______ x 
x = - 757 kJ 
 
c) A quantidade de calor (q) envolvido em um processo será igual à variação de 
entalpia (	H) quando a pressão for constante. 
 
Ou: 
H = U + PV 
	H = 	U + P	V
Onde 	U = q + w
	H = q + w + P	V
Onde w = - Pext 	V
	H = q - Pex 	V + P	V
	H = q quando P = cte 
 
d) % O2 = 21,0% que corresponde a fração molar (x) = 0,210 e a pressão total = 
pressão atmosférica = 1,00 atm. 
PO2 = x.P 
PO2 = 0,210. 1,00 atm = 0,210 atm 
 
S = kH.PO2 
S = 7,9x10-4 mol L-1atm-1 x 0,21 atm = 1,64x10-4 mol L-1 
e) A solubilidade do O2 aumentará com a diminuição da temperatura da água da 
tubulação.