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P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL -22/10/11 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 Dados: R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L mol-1 K-1 Kw = [H +] [OH-] = 1,00 x 10-14 a 25 °C PV = nRT q = mcT G = H - TS U = q + w T(K) = T (°C) + 273 1a Questão A tabela abaixo apresenta os valores das constantes de basicidade, Kb, a 25 °C, para diferentes espécies em solução aquosa. Espécies Kb CH3COO - 5,60 x 10-10 CN- 2,50 x 10-5 CO3 2- 2,10 x 10-4 Suponha que todas as reações ocorrem a 25 °C e responda o que se pede. a) Colocar as espécies acima em ordem CRESCENTE de basicidade, justificando sua resposta. b) Considere que 2,00 mol de CH3COO - foram adicionados em água formando 5,00 L de solução. Calcule o pH da solução após o estabelecimento do equilíbrio representado na equação 1. eq. 1 CH3COO -(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH -(aq) c) Calcule as concentrações de cada espécie no equilíbrio representado na equação 2, sabendo que as concentrações iniciais de CO3 2-, HCO3 - e OH- são, respectivamente, 0,200 mol L-1, 0,100 mol L-1 e 0,100 mol L-1, e que a quantidade que reage é 0,093 mol L-1. eq. 2 CO3 2-(aq) + H2O(l) HCO3 -(aq) + OH-(aq) d) Explique, de acordo com o principio de Le Chatelier, o efeito da adição do HC, um ácido forte, ao equilíbrio representado na equação 3. eq. 3 CN-(aq) + H2O(l) HCN(aq) + OH -(aq) Resolução: a) > Kb é o mais básico CH3COO - < CN- < CO3 2- A- + H2O AH + OH - ][A ][AH][OH Kb Quanto maior o Kb maior a basicidade, ou seja, maior a tendência de receber H +. Quanto menor a [A-], isto é, mais reagiu, mais H+ recebeu, logo mais básico. b) C2H3O - + H2O CH3COOH + OH - 1-L mol 0,400 L 5,00 mol 2,00 0,400 mol L-1 0 0 0,400 - x x x x-00 0,4 x K 2 b x2 + 5,60 x 10-10 x - (0,400 x 5,60 x 10-10) = 0 x = 1,50 x 10-5 = [OH-] pOH = 4,83 pH = 9,17 c) CO3 2-(aq) + H2O(l) HCO3 -(aq) + OH-(aq) 0,200 0,100 0,100 mol L-1 0,200+0,093 0,100-0,093 0,100-0,093 Qb= 4 b 2,10x10K0,0500 0,200 0,100 d) HCl, ácido forte se dissocia totalmente gerando H+ e Cl-. H+ reage com OH- deslocando o equilíbrio para direita. 2a Questão Uma mistura é preparada, a 25 °C, pela adição de 500 mL de solução aquosa 0,40 mol L-1 de fluoreto de sódio, NaF, e de 500 mL de solução aquosa 0,40 mol L-1 de sulfato de sódio, Na2SO4. Lentamente adiciona-se à solução resultante, cloreto de bário, BaCl2, que é um sólido muito solúvel em água. No processo, verifica-se a formação de precipitado. a) Calcule as solubilidades dos sais BaF2 e BaSO4 nestas condições. b) Diga qual é o sal que precipita primeiro, justificando sua resposta através dos cálculos das solubilidades. c) Calcule as concentrações de Na+, F-, SO4 2- e Ba2+ na solução no momento em que se inicia a primeira precipitação. d) Explique o efeito do íon comum no processo de precipitação seletiva do primeiro sal. Considere que o NaF e o Na2SO4 são completamente solúveis nestas condições e que o volume da solução não é alterado pela adição de BaCl2. Dados: BaF2(s) Ba 2+(aq) + 2F-(aq) Kps (BaF2) = 1,7 x 10 -6 BaSO4(s) Ba 2+(aq) + SO4 2-(aq) Kps (BaSO4) = 1,0 x 10 -10 Resolução: a) BaF2(s) Ba 2+(aq) + 2F-(aq) s 2 s Kps = 4 s 3 = 1,7x10-6 s3 = 4,2 x 10-7 → s = 7,5 x 10-3 mol L-1 BaSO4(s) Ba 2+(aq) + SO4 2-(aq) s s Kps = s 2 = 1,0x10-10 s = 1,0x 10-5 mol L-1 b) O sal que precipita primeiro é o que tem menor valor de solubilidade. Logo será o BaSO4 c) 500 mL de 0,40 mol L-1 NaF C1V1= C2V2 → 0,40.0,500 = C2 . 1,00 500 mL de 0,40 mol L-1 Na2SO4 C2 = 0,20 mol L -1 NaF(aq) Na+(aq) + F-(aq) e Na2SO4(aq) 2 Na 2+(aq) + SO4 2-(aq) 0,20 0,20 0,20 0,20 0,40 0,20 [Na+] = 0,20 + 0,40 = 0,60 mol L-1 [F-] = 0,20 mol L-1 [SO4 2-] = 0,20 mol L-1 Para precipitar o BaSO4: Kps = [Ba 2+] x [SO4 2-] 1,0x10-10 = [Ba2+] x 0,20 [Ba2+] = 2,5 x 10-10 mol L-1 d) Na medida em que se acrescenta o ânion Ba2+, o equilíbrio: BaSO4(s) Ba 2+(aq) + SO4 2- se desloca no sentido da formação de mais precipitado, diminuindo a concentração do ânion SO4 2- em solução. 3a Questão Na combustão completa de 1,00 L de gás natural, à 25,0 °C e pressão constante de 1,00 atm, houve liberação de 43,6 kJ de calor. Sabendo que este gás é uma mistura contendo metano, CH4, e etano, C2H6, que reagem com o oxigênio segundo as equações 1 e 2, determine: eq. 1 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ∆H o = -890,3 kJ eq. 2 C2H6(g) + 7/2O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆H o = -1559,7 kJ a) o calor liberado, em kJ, por um mol de gás natural; b) a fração molar do CH4 e C2H6 no gás natural; c) o volume de água, que pode ser aquecido de 25,0 para 80,0 oC, se 43,6 kJ de calor for transferido com 100% de eficiência para a água. Dados: Calor específico da água (c) = 4,18 J ºC-1 g-1 Densidade da água = 1,00 g mL-1. Resolução: a) Opção 1: por número de mols. P V = n R T 1,00 x 1,00 = n x 0,0821 x 298 n = 0,0409 mols ΔH = -43,6 kJ em 0,0409 mols ΔH = -1,07 x 103 kJ em 1,00 mol, ou seja, -1,07 x 103 kJ. Calor liberado para um mol = 1,07 x 103 kJ Opção 2: por volume molar. V = n R T / P V = 1,00 x 0,0821 x 298 Vm = 24,5 L mol-1 13 mol kJ 1,07x10 mol 1,00 natural gás de L 24,5 x natural gás de L 1,00 43,6kJ Calor liberado para um mol = 1,07 x 103 kJ b) Considerando: n(CH4) = x e n(C2H6) = 1,000 – x -1,07 x 103 = -890,3 x -1559,7 (1,000 - x) x = 0,7316 = n(CH4) Como n total = 1,00 → fração molar de CH4 = 0,7316 1,00 – x = 0,2684 = n(C2H6) Como n total = 1,00 → fração molar de C2H5 = 0,2864 c) q = m c ΔT 43,6 x 103 J = m x 4,18 J ºC-1 g-1 x (80,0 – 25,0) ºC m = 190 g Sabendo que d = m / V V = 1,00 g mL-1 x 190 g = 190 mL ou 0,190 L 4a Questão Parte A A massa de 1,80 g de água pura, em um recipiente hermeticamente fechado, foi aquecida até a fervura, ao nível do mar. A equação 1 representa a vaporização da água. Considere que o volume do liquido no equilíbrio é desprezível. eq. 1 H2O(l) H2O(g) ∆H° = 44,0 kJ mol -1, à 100 °C a) Calcule a variação de energia interna, ∆U, em kJ, e a variação de entropia padrão, ∆S°, em J K-1, para a vaporização de 1,80 g de água pura. Dados: Densidade da agua = 1,00 g mL-1 Tebulição (H2O) = 100 °C, a 1,00 atm MM (H2O) = 18,01 g mol -1 1 atm L = 101,325 J Parte B b) O peróxido de hidrogênio, H2O2, é um metabólito natural encontrado em alguns organismos vivos, cuja reação de decomposição é representada pela equação 2. Calcule a energia livre padrão da reação, ∆G°, à 25 °C. eq. 2 H2O2(l) → H2O(l) + ½ O2(g) Dados termodinâmicos, à 25°C: Espécie ΔH° (kJ mol-1) S° (J K-1 mol-1) H2O2(l) -187,78 109,60 H2O(l) -285,83 69,91 O2(g) 0 205,14 Resolução: a) Cálculo do: ∆ S°? ∆ S°= ΔH °/ T = 44,0/ 373 = 44000/373 Para 1 mol de água pura, ∆ S° = 118 J K-1 Aceito também cálculo de ∆ S n = 1,80/18,01 = 0,0999 mol 1 mol 118 J 0,0999 mol ∆ S = 11,8 J K- ∆U? ∆U = ΔH + W W = - P ∆V V= 0,0999 x 0,0821 x 373/1,00 = 3,06 L W = - 3,06 atm L = -310 J 44,0 kJ 1 mol X =4,40 kJ 0,0999 mol ∆U = ΔH + W= 4,40 – 0,310 = 4,09 kJ b) ∆G° =? H2O2 (l) → H2O(l) + ½ O2 (g) ΔH° reação = 187,78 - 285,83 = -98,05 kJ mol-1 ΔS° reação = (69,91 + 205,14/2) - 109,60 = 62,88 J K-1mol-1 ∆G° = ∆H° - T∆S° = -98,05 – 298 x 0,06288 = -98,05 –18,7 = -116,8 kJ mol -1
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