P3_19.11.10

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P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/10 
 
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 
Dados gerais: 
�G = �H - T�S
�G= - n F �E
�G = �Go + RT ln Q 
lnQ 
nF
RT E E �°=
��
�
�
��
	
�=
��
�
�
��
	
�
°
=
+=
�=
�=
21
a
1
2
211
2
0
0
0
T
1
T
1
R
E
k
kln
T
1
T
1
R
 H
K
Kln
kt
[A]
1
[A]
1
kt[A][A]
kt[A] ln[A] ln
1 C x V = 1 J
R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L K-1 mol-1 
1a Questão 
 
Um reator foi projetado para realizar a hidrogenação do benzeno, C6H6, a cicloexano, 
C6H12, utilizando o catalisador paládio suportado em carbono ( Pd/C): 
 
C6H6(l) + 3H2(g) ��
�Pd/C C6H12(l) Equação 1 
 
Para a execução do projeto fez-se necessário o levantamento dos dados termodinâmicos 
da reação, apresentados na tabela abaixo, que leva em consideração a combustão 
completa das espécies: 
 
C6H6(l) + 15/2O2(g) 
 6CO2(g) + 3H2O(l) �H° = �3267 kJ mol-1 Equação 2 
H2(g) + 1/2O2(g) 
 H2O(l) �H° = �285,8 kJ mol-1 Equação 3 
C6H12(l) + 9 O2(g) 
 6CO2(g) + 6H2O(l) �H° = �3930 kJ mol-1 Equação 4 
 
Entropias-padrão, S°
Substância S° (J K-1 mol-1)
C6H6 (l) 174 
H2 (g) 130,7 
C6H12 (l) 204 
Considere que � H°f e S° não variam significativamente com a temperatura. 
 
a) Calcule a variação de entalpia, �H°, para a reação 1, a 25 °C. 
b) Calcule a variação de entropia, �S°, para a reação, a 25 °C. 
c) Na temperatura de 25 oC, a reação 1 é espontânea? Justifique. 
d) Pode-se dizer, a partir dos dados termodinâmicos, que a reação 1 é rápida ? Justifique. 
Resolução:
a) 
C6H6 (l) + 15/2 O2 (g) 
 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) �HC = - 3267 
H2 (g) + ½ O2 (g) 
 H2O (l) �HC = - 285,8 
C6H12 (l) + 9 O2 (g) 
 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) �HC = - 3930 
 
Organizando as reações de modo a poder somá-las para resultar na reação de interesse: 
 
C6H6 (l) + 15/2 O2 (g) 
 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) �HC = - 3267 
3 H2 (g) + 3/2 O2 (g) 
 3 H2O (l) �HC = - 3(285,8) 
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) 
 C6H12 (l) + 9 O2 (g) �HC = + 3930 
C6H6 (l) + 3 H2 (g) 
 C6H12 (l) �H = - 194,4 kJ mol-1 
b) 
�S = Sprod – Sreag 
�S = S (C6H12) – [S (C6H6) + 3 . S (H2)] 
�S = 204 – [174 + 3(130,7)] 
�S = - 362,1 J K-1 mol-1 
 
c) �G = �H - T�S
�G = - 194,4x1000 – 298x(- 362,1) = -86,494x103 J = -86,5 kJ 
 
A reação 1 é espontânea, pois o �G < 0. 
 
d) 
Não. Os dados termodinâmicos não predizem nada sobre a cinética da reação. 
 
2ª Questão 
 
a) A solidificação da água ocorre a 0 °C e é representada pela equação 1: 
 
H2O(l) H2O(s) Equação 1 
 
a.1) Calcule o valor de �S° para a reação representada na equação 1. 
a.2) Complete a tabela e explique em qual das temperaturas a reação de solidificação da 
água (equação 1) é espontânea. Considere �So constante neste intervalo de temperatura. 
 
Parâmetros termodinâmicos para a reação de solidificação da água 
T (°C) �Ho (J mol-1) �Go (J mol-1)
�1 �6008 
0 �6008 
+1 �6008 
b) A reação de dissociação ou auto ionização da água é representada pela equação 2 
 
H2O(l) H+(aq) + OH-(aq) �H° = 55,9 kJ mol-1 a 25 °C Equação 2 
 Kw = 1,0 x 10-14 a 25 °C
b.1) Calcule o produto iônico, Kw, da água pura, a 0 °C e a 40 °C. 
b.2) Calcule as concentrações de H+ e OH-, em mol L-1, a 0 °C e 40 °C no equilíbrio 
 
Resolução:
a.1) �G° = �H° - T�S°
0 = �H° - T�S°
11 KJ.mol 22,01
273
6008
T
 H S ���=�=°=°
a.2) 
T (°C) �Ho (J mol-1) �Go (J mol-1)
�1 �6008 -22 
0 �6008 0
+1 �6008 +22 
a -1 °C: �G° = �H° - T�S°
�G° = -6008 – [272(-22,01)] �-22 
a 0 °C: �G° = -6008 – [273(-22,01)] =0 
a +1 °C: �G° = -6008 – [274(-22,01)] �+22 
A reação é espontânea a -1 °C 
 
b.1) ��
�
�
��
	
�
°
=
211
2
T
1
T
1
R
 H
K
Kln 
a 0 °C: �
�
�
�
	
 �=
298
1
273
1
8,314x10K
1x10 ln 3-
-14 9,55
w
Kw = 0,126x10-14 
a 40 °C �
�
�
�
	
 �=
298
1
313
1
8,314x10K
1x10 ln 3-
-14 9,55
w
Kw = 2,94x10-14 
b.2) a 0 °C Kw = 0,126x10-14 = [H+] [OH-]
[H+]2 = [OH-]2 = 0,126 x 10-14 
 [H+] = [OH-] = 3,5 x 10-8 mol L-1 
 
a 40°C Kw = 2,94x10-14 = [H+] [OH-]
[H+]2 = [OH-]2 = 2,94 x 10-14 
 [H+] = [OH-] = 1,71 x 10-7 mol L-1 
3a Questão 
 
Na figura abaixo é mostrada a diferença de potencial, UE, em volts, em função do 
logaritmo decimal do quociente reacional, log Q, da seguinte reação redox, a 25 oC: 
 
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 
 
a) Represente a pilha na notação adequada, indicando o anodo, o catodo e a direção do 
fluxo de elétrons. 
b) Escreva a semi-reação de redução do zinco (Zn2+/Zn) e calcule o seu potencial padrão 
de redução, em volts, a 25 oC, sabendo que o potencial padrão de redução do cobre 
(Cu2+/Cu) é de + 0,34 V. 
c) Calcule o valor da constante de Faraday, em C mol-1, utilizando o gráfico acima. 
d) Calcule o valor da constante de equilíbrio, K, da reação, a 25 oC. 
e) Mostre o que ocorre com a razão [Zn2+]/ [Cu2+], a 25 °C, quando a reação redox deixa 
de ser espontânea. Justifique com cálculos. 
1,00
1,02
1,04
1,06
1,08
1,10
1,12
1,14
1,16
1,18
1,20
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
log Q
,
E
(v
ol
ts
)
Resolução:
a) 
 Zn(s)�Zn2+(aq)��Cu2+(aq)�Cu(s) 
 Anodo Catodo 
 
b) Zn2+(aq) + 2e- �
 Zn(s) 
 �E° = E°catodo - E°anodo 
 1,10 = 0,34 - E°anodo 
 E°anodo = -0,76V 
c) Inclinação = V0,03
 x
 y
�=
1
1-1
C.mol 95.097
 V0,03 x2
298K xmol KJ8,314 x2,303FV0,03
nF
2,303RT �� ===
d) K = 10 0,059
En °�
= 0,059
2x1,10
10 = 1037,29 = 1,95x1037 
e) A reação redox deixa de ser espontânea no momento em que �E<0 (�G >0). Para isso 
a concentração de cobre deve diminuir, ou a concentração de zinco deve aumentar. 
Para que 
][Cu
][Znlog 
2
0,059 E E 2
2
+
+
�°< e considerando a [Zn2+] igual a 1 mol L-1, a [Cu2+]
deverá ser menor que 5,13 x 10-38 mol L-1.
e-
4a Questão 
 
Monóxido de cloro, ClO, é um gás muito reativo que causa a destruição da camada de 
ozônio. As moléculas de ClO reagem entre si segundo a equação abaixo: 
 
2ClO(g) 
 Cl2(g) + O2(g) Ea = 13,22 kJ mol-1 
 
Considerando os dados a seguir, que foram obtidos para esta reação a 25 oC, faça o que 
se pede: 
 
125000
150000
175000
200000
225000
250000
275000
300000
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
t (s)
1/
[C
lO
](
L
m
ol
-1
)
a) Calcule a constante de velocidade, k, a 25 °C. 
b) Calcule o tempo de meia vida, t ½,em segundos, a 25 °C. 
c) Explique se esta reação é favorecida termodinâmica e cineticamente pelo aumento de 
temperatura, sabendo que a entalpia padrão de formação, �H°f , do ClO é101,22 kJ mol-1.
d) Esboce o gráfico de energia versus caminho de reação indicando os parâmetros �H
e Ea.
Resolução:
a) O coeficiente angular do gráfico acima é a constante de velocidade pois 
 
1/[ClO] = 1/[ClO]0 + k t
Portanto: k = (250000 – 125000)/(0,005 - 0) = 2,5x107 L mol-1 s-1 
b) O tempo de meia-vida é calculado através de: 
1/[ClO] = 1/[ClO]0 + k t
Como [ClO] = [ClO]0/2 
 
Tem-se que: 
2/[ClO]0 = 1/[ClO]0 + k t1/2 
Portanto: t1/2 = 1/k[ClO]0 = 125000/(2,5x107) = 0,005 s 
 
c) A reação é exotérmica pois �H = 0 + 0 – 2x(101,22) = - 202,44 kJ mol-1 
Portanto, a reação é desfavorecida termodinamicamente pois o aumento de temperatura 
desloca o equilíbrio para a formação de produtos. 
 
Cineticamente, a reação é favorecida pois o aumento de temperatura faz com que os 
reagentes consigam atravessar a barreira de energia (Ea). Ou seja, segundo a Equação 
de Arrhenius 
 
k = A exp(-Ea/RT) 
 
o aumento de temperatura faz com que a constante de velocidade k aumente. 
 
d) 
 
Ea 
Resolução