P3_19_11_05

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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 ==
−
+