3º Bimestre. Química. Autor: Pedro L. S. Dias

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3 SUMÁRIO UNIDADE III Inorgânica... 5 Capítulo Soluções Solubilidade Coeficiente de solubilidade e Curva de solubilidade Unidades de concentração Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Capítulo Diluição e concentração de soluções Misturas de soluções de mesmo soluto Mistura de soluções de solutos diferentes sem reação química Mistura de soluções de solutos diferentes com reação química Propriedades Coligativas Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Capítulo Introdução à Termoquímica Termoquímica Calorimetria Entalpia Gráficos de Reações Termoquímicas Equações Termoquímicas Entalpia Padrão (H ) e Entalpia de Formação (Hf) Variação de Entalpia a partir de Hf e H Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Capítulo Energia de Ligação Lei de Hess Espontaneidade das Reações Termoquímicas Os alimentos e sua energia Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: UNIDADE IV Orgânica Capítulo Compostos de Função Mista

4 1.2 Séries Orgânicas Teorias Ácido Base Acidez de Compostos Orgânicos Basicidade em Compostos Orgânicos Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Capítulo Introdução a Reações Orgânicas Reações de Adição Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Capítulo Reações de Eliminação Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação Capítulo Reações de Substituição Substituição em Anéis Benzênicos substituídos Eercícios Resolvidos: Eercícios de Fiação: Eercícios Complementares I Eercícios Complementares II

5 UNIDADE III Inorgânica Capítulo Soluções Solução é uma mistura de duas mais substâncias dando origem a um sistema uniforme. Uma solução é composta de soluto e solvente. Soluto é a substância presente em menor quantidade. Eemplos: ácidos, bases, cloreto de sódio (sal), sacarose (açúcar). Solvente é a substância presente em maior quantidade. Eemplos: água, álcool, éter, acetona. Se nós colocamos uma colher de açúcar em um copo com água e agitarmos, veremos que ele irá se dissolver totalmente. Porém, o mesmo não acontecerá se fizermos a mesma coisa com a areia. Toda a areia irá se depositar. Podemos, então, dizer que o açúcar form uma solução aquosa, seja, uma solução em água, ainda, uma dispersão. Onde o açúcar é o soluto (disperso) e a água é o solvente (dispergente). Podemos definir uma dispersão como sendo um sistema no qual está dissolvida (disseminada), sob forma de pequenas partículas, numa tra substância. Como em cada solução, o tamanho das partículas varia de composto para composto, utiliza-se este método para classificar as dispersões. 5

6 Tipos de Tamanho médio das dispersões partículas Soluções verdadeiras Entre 0 a 1nm Soluções coloidais Entre 1 e 100nm Suspensões Acima de 100nm Eemplos Açúcar e sal em água, álcool comercial. Geleia, gelatina em água, aerossóis, neblina. Leite de magnésia, Terra suspensa em água. 6

7 As soluções podem ser: Sólidas: ligas metálicas (ro 18K, bronze, aço) Líquidas: água e álcool, álcool e gasolina. Gasosas: ar atmosférico. Sólido-líquidas: mistura de água com açúcar sal. Líquido-gás: bebidas gaseificadas. Ainda podemos classificá-las de acordo com a condutibilidade elétrica que dependerá da natureza química das espécies presentes na solução. Solução molecular não eletrolítica: são soluções aquosas de substâncias covalentes que se dissolvem liberando moléculas e, por isso, não conduzem eletricidade. Eemplo: açúcar em água. Solução iônica eletrolítica: são soluções aquosas de substância iônicas que liberam íons em meio aquoso e por isso conduzem corrente elétrica. Eemplo: sal em água. 7

8 1.2 Solubilidade Na química eiste uma regra básica para se saber se um soluto vai se dissolver num determinado solvente: Semelhante dissolve Semelhante Substâncias polares (cujas moléculas possuem polos elétricos) dissolvem em solventes polares como água e substâncias apolares (cujas moléculas não possuem polos elétricos) dissolvem em solventes orgânicos apolares como benzeno. A água é o solvente mais importante e é chamada de solvente universal. A água é um solvente polar devido suas moléculas serem eletricamente polarizadas como mostra a figura abaio. Os solventes orgânicos como benzeno são chamados de apolares por não possuírem polos elétricos como a água. 8

9 # Um caso particular O álcool é um solvente semi-polar devido a uma parte de sua molécula, a hidroila (OH-) apresentar polos elétricos e a tra parte, formada por carbono e hidrogênio não. Em visão microscópica, temos que: 9

10 1.3 Coeficiente de solubilidade e Curva de solubilidade É a quantidade máima de soluto que pode ser dissolvida em 100g de água em uma determinada temperatura. Eemplo: sal comum (NaCl) Cs = 36g/100g H2O; açúcar comum (C6H22O11) Cs = 33g/100g. A curva de solubilidade é um gráfico que nos fornece o quanto uma substância é solúvel em um solvente, geralmente a água a uma determinada temperatura. O gráfico abaio se trata da curva de solubilidade do cloreto de amônio (NH4Cl). 10

11 Observa-se que com o aumento da temperatura aumenta a solubilidade das substâncias. Isso ocorre porque o calor auilia as moléculas de água na distribuição da rede cristalina iônica do sal e por consequência aumenta sua solubilidade. Esse corportamento é característica de muitos sais, contudo há sais que possuem o comportamento inverso que não há aumento significativo da solubulidade. Observe o gráfico abaio: Analisando o gráfico podemos perceber que o Ce2(SO4)3 é um sal que possui sua solubilidade diminuída com o aumento da tenmperatura. O NaCl é um sal que possui sua solubilidade levemente aumentada. O KNO3 é um sal que possui sua solubilidade muito aumentada com o aumento da temperatura. Observe a curva de solubilidade abaio: De acordo com o coeficiente de solubilidade podemos classificar uma solução em: Solução insaturada: a quantidade de soluto é inferior ao coeficiente de solubilidade. Solução X 11

12 Solução saturada: a quantidade de soluto é igual ao coeficiente de solubilidade. Solução Y Solução saturada com corpo de fundo supersaturada: a quantidade de soluto é superior ao coeficiente de solubilidade. Solução Z Analisando a solubilidade de gases, temos que quanto mair a pressão, maior a solubilidade dos gases. Analisando a solubilidade de gases, temos que quanto maior a temperatura, menor a solubilidade dos gases. 12

13 1.4 Unidades de concentração Concentração é a quantidade de soluto eistente em uma quantidade de solução de solvente. De acordo com a unidade usada para a quantidade de soluto (gramas, litros, número de mols) e de solvente solução (litros, gramas, quilogramas). Eemplo: Solução 1 3g de NaCl dissolvidos em 1L de H2O; Solução 2 10g de NaCl dissolvidos em 1L de H2O Costuma-se dizer que, nesse caso, a solução 2 é mais concentrada do que a solução 1, uma vez na solução 2 eiste uma maior quantidade de soluto dissolvido. Isto equivale a dizer que a solução 1 é mais diluída que a solução 2. A seguir teremos algumas formas de epressar a concentração de soluções. Adotamos a seguinte convenção: Índice 1: quantidade de soluto indice 2: quantidade de solvente solução Concentração comum (C): é o quociente entre a massa do soluto (m1) em gramas e o volume da solução (v2) em litros. Unidade: g/l C = m1/v2 13

14 Obs.: Não confunda Concentração comum com densidade. A densidade (d) relaciona a massa solução e o volume da mesma. d = m/v Eemplo 1: Calcule a concentração comum de uma solução de nitrato de potássio, sabendo que ela possui 60g do sal em 300cm3 de solução. 300cm g de KNO cm C = m1/v2 C = 60/0,3 = 200g/L C = 200g/L Eemplo 2: Qual a massa de íons Na+ eistentes em 200mL de solução de NaOH de concentração igual a 80g/L? 1L = 1.000mL g de NaOH 200mL = 16g de NaOH C = m1/v2 80 = m1/0,2 C = 16g E para o cálculo estequiométrico, chegamos a: NaOH Na+ + OH- 40g g 16g = 9,2g de íons Na+ 14

15 Eemplo 3: Qual a concentração comum de uma solução obtida pela dissolução de 6,3g de uma ácido mineral em água suficiente para completar 100mL de solução. 6,3g mL mL =3g/L C = m1/v2 C = 6,3/0,1 C = 63g/L A concentração comum é uma unidade de concentração que é utilizada para definir os efeitos do álcool no nosso organismo. A tabela abaio retrata sobre isso: Molaridade (M): é o quociente entre o número de mols do soluto (n1) e o volume de solução (v2) em litros. Unidade: mol/l, molar M. M = n1/v2 15

16 Eemplo 1: Calcule a massa de hidróido de sódio (NaOH) necessária para preparar uma solução de meio litro de solução 0,2 molar. (massas atômicas H = 1; O = 16; Na = 23) 1L ,2mol 0,5L M = n1/v2 0,2 = n1/0,5 = 0,1mol n1 = 0,1mol 1mol g 0,1mol y y = 4g de NaOH Eemplo 2: Qual a molaridade de uma solução de iodeto de sódio (NaI) que possui 45g de sal em 400mL de solução? (massas atômicas Na = 23; I = 227) 1mol g g = 0,18mol de NaI 400mL ,18mol 1.000mL y = 0,45mol/L y M = n1/v2 M = 0,18/0,4 M = 0,45mol/L 16

17 Eemplo 3: Calcule a molaridade da solução obtida pela dissolução de 0,48mols de moléculas de ácido acético em água suficiente para completar 800mL. 0,48mol mL mL M = n1/v2 M = 0,48/0,8 = 0,6mol/L M = 0,6mol/L Relação entre Concentração Comum e Molaridade: C = m1/v2 e M = n1/v2 M = m1/ MM1 V C/M = m1/v/ m1/mm1 V = M1 = C = M MM1 Eemplo 1: Calcule a concentração comum de uma solução de 0,2M de ácido fosfórico (H3PO4). 1mol g 0,2mol C = M MM1 C = 0,2 98 = 19,6g/L C = 19,6g/L Eemplo 2: Uma solução de cloreto de sódio possui concentração 15,0g/L. Qual é a sua concentração em mol por litro? (massas atômicas Na = 23; Cl 35,5) 1mol NaCl ,5g ,0g = 0,26mol/L C = M MM1 15 = M 58,5 M = 0,26mol/L 17

18 Eemplo 3: Qual a concentração comum de uma solução com volume de 0,5L e que apresenta 0,25mols de sal de cozinha (NaCl) (massas atômicas Na = 23; Cl 35,5)? 0,25mol ,5L ,0L M = 0,25/0,5 =0,5mol/L M = 0,5mol/L 1mol ,5g 0,5mol M = n1/v2 y C = M M1 C = 0,5 58,5 y = 29,25g/L C = 29,25g/L As soluções ainda podem ser classificadas de acordo com a quantidade de soluto em determinada quantidade de solvente: Solução diluída: a quantidade de soluto é menor igual a 1mol/L. Solução concentrada: a quantidade de soluto é maior que 1mol/L. Molalidade (W): é o quociente entre o número de mols do soluto (n1) e a massa do solvente (m2) em quilograma (Kg). Unidade: mol/kg molal. W = n1/m2 W = m1/mm1 m2 Eemplo 1: Qual é a molalidade de uma solução que contém 40g de brometo de cálcio em 200g de água? 1mol g g = 0,2mol 0,2mol g y g y=1mol/kg W = n1/m2 W = 0,2/0,2 W = 0,1molal 18

19 Eemplo 2: Uma solução contém 184g de glicerina (C3H8O3) em 800g de água e apresenta densidade igual a 1,044g/cm3 (massas atômicas: H = 1; C = 12; O = 16). Calcule: a) a molalidade da solução b) a molaridade da solução a) W = m1/mm1 m2 W = 184/92 0,8 W = 2,5 molal b) d = m/v 1,044 = 984/v v = 942,5mL M = m1/mm1 m2 M = 184/92 0,9425 M = 2,1mol/L Eemplo 3: Qual a massa molecular de um soluto dissolvido numa solução 4molal que possui meio litro de volume e 126g de soluto? W = m1/mm1 m2 4 = 126/MM1 0,5 MM1 = 63g/mol Fração Molar (X): é o quociente entre a quantidade de soluto (n1) e a quantidade total de mols na solução (n1 + n2). X1 = n1/n1 + n2 (soluto) X2 = n2/n1 + n2 19

20 Eemplo1: Uma solução contém 230g de álcool comum (C2H5OH) e 360g de água (H2O). Calcule as frações molares do álcool e da água na solução. (massas atômicas: H = 1; C = 12; O = 16) X1 = n1/n1 + n2 X1 = 5/25 X1 = 0,2 (álcool) 1mol álcool g g = 5mol de C2H5OH X2 = n2/n1 + n2 X2 = 20/25 X2 = 0,8 (água) 1mol água g y g y = 20mol de H2O Eemplo 2: Uma solução contém 60g de NaI, 24g de NaOH e 702g de água. Calcule as frações molares de NaI e NaOH e água. 1mol NaI g g = 0,4mol NaI 1mol NaOH g y g y = 0,6mol 1mol H2O g z g z = 39mol XNaI = nnai/ntotal Xágua = nágua/ntotal XNaI = 0,4/40 XNaI = 0,01 Xágua = 39/40 XNaOH = nnaoh/ntotal Xágua = 0,975 XNaOH = 0,6/40 XNaOH = 0,015 20

21 Partes por Milhão (ppm): é o quociente entre uma parte do soluto em de partes de solução. Geralmente o soluto em mg e a solução em Kg L dm3. Unidade: mg/l mg/kg. ppm = m1/ Essa unidade de concentração é muito utilizada para epressar soluções que possuem pca quantidade de soluto em relação a quantidade de solvente. Na tabela abaio se encontram as concentração de cálcio na forma de carbonato de cálcio presente na água. De acordo com a concentração, a água pode ter várias classificações: Partes por Bilhão (ppb): é o quociente entre uma parte do soluto em de partes de solução. Geralmente o soluto em mg e a solução em tonelada m3. ppb = m1/

22 Eemplo 1: Na crosta terrestre eistem, em média, 70ppb (m/m) do metal prata. Qual será a massa de prata eistente em 100Kg da crosta terrestre. 70mg mg mg ppb = m1/m2 70 = m1/0,1 = 7mg m1 = 7mg Eemplo 2: A água potável não pode conter mais do que mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Epresse essa concentração em ppm mg ml ppm = m1/m2 ppm = /0, mL = 0,5ppm ppm = 0,5 Eemplo 3: A concentração de magnésio em amostras de água de um lago é de, aproimadamente, mol/L. Qual a concentração em ppm? (Mg = 24g) 1mol g mol = 9,6 10-3g 1g mg 9,6 10-3g y Y = 9,6ppm ppm = m1/m2 ppm = 9,6/1 ppm = 9,6 Título(τ) porcentagem em massa (%m/m): é o quociente entre a massa de soluto em gramas (m1) e a massa da solução. τm/m = m1/m1 + m2 %m/m =(m1/m1 + m2)

23 Eemplo1: Uma solução contém 8g de cloreto de sódio e 42g de água. Qual a porcentagem em massa da solução? %m/m = (m1/m1 + m2) g g %m/m = (8/50) g %m/m = 16% = 16% m/m Eemplo2: Qual o título em massa e o título percentual de uma solução de 20g de cloro dissolvidos em 980g de água? τ = m1/m1 + m2 τ% = τ g g τ =20/ τ% 100g= 0, τ = 0,02 = 2% τ% = 2% Eemplo3: Uma solução de cloreto de sódio em água contém 40g de NaCl dissolvidos em 460g de H2O, formando uma solução de 500g de massa. Qual a porcentagem em massa da solução? %m/m = (m1/m1 + m2) 100 %m/m = (40/ ) g g g %m/m = 8% = 8% Título (τ) porcentagem massa/volume (%m/v): é o quociente entre a massa de soluto em gramas (m1) e o volume da solução (v2). τm/v = m1/v2 %m/v = (m1/v2) 100 A quantidade de sal presente em soros fisiológicos hospitalares são epressos em título massa/volume porcentagem massa/volume. 23

24 Eemplo 1: Qual a %m/v de uma solução preparada usando 10g de NaOH em 2000mL de solução? %m/v = (m1/v2) g mL %m/v = (10/2000) 100 %m/v = 0,5% mL = 0,5% Eemplo2: Qual a massa de C12H22O11 presente em 600mL de solução de 3%m/v? %m/v = (m1/v2) = (m1/600) 100 m1 = 18g 3g mL mL = 18g Título (τ) porcentagem em volume (%v/v): é o quociente entre o volume do soluto (v1) e o volume da solução. τv/v = v1/v1 + v2 %m/v = (v1/v1 + v2) 100 Para estipular e determinar a quantidade de álcool presente na gasolina comercial é epresso em título em volume porcentagem volume/volume: 24

25 Eemplo1: A análise de um vinho revel que ele contém 18mL de álcool em cada corpo de 120mL. Qual é o título em volume desse vinho. 18mL mL τv/v = v1/v1 + v mL τv/v = 18/120 τv/v = 0,15 =15% Eemplo2: Qual a quantidade de álcool necessária para a produção de 10L de álcool 70%v/v que é utilizado na esterilização de matérias hospitalares? 70mL mL mL = 7.000mL 7L Relação entre %m/m e %m/v %m/m d = %m/v Eemplo1: No rótulo de um frasco de ácido clorídrico (HCl) encontram-se as seguintes informações: título percentual em massa = 36,5%; densidade = 1,18g/mL. Qual a sua molaridade? (H = 1; Cl = 35,5) %m/v = %m/m d 3,07g mL %m/v = 36,5 1,18 %m/v = 43,07 = 430,7g/L mL C = M MM1 430 = M 36,5 M = 11,8mol/L Eemplo2: Uma solução de 20% em massa de hidróido de sódio apresenta densidade 1,2g/mL. Qual a concentração comum dessa solução? (massas atômicas Na = 23; O = 16; H = 1) %m/v = %m/m d 24g mL %m/v = 20 1, mL %m/v = 24 = 240g/L 25

26 Eercícios Resolvidos: 1) (UNIFICADO) A curva de solubilidade de um sal hipotético é: A quantidade de água necessária para dissolver 30 gramas do sal a 35 C será, em gramas: a) 45 b) 60 c) 75 d) 90 e) 105 2) (UNIFICADO) A concentração de cloreto de sódio na água do mar é, em média, de 2,95g/L. Assim sendo, a concentração molar deste sal na água do mar é aproimadamente: a) 0,050 b) 0,295 c) 2,950 d) 5,000 e) 5,850 3) (UNIRIO) A amônia vendida nas farmácias é uma solução aquosa de NH3, conforme o equilíbrio a seguir: N2 + 3 H2 NH4+ + OH- 26

27 A densidade desta solução concentrada, que contém 28% em peso de NH3, é de 0,90g/mL. A concentração molar aproimada de solução é: (Massas atômicas: H = 1g; N = 14g) a) 1.482,3 b) 741,2 c) 14,8 d) 7,41 e) 0,0148 4) (UFF) A massa de butanol necessária para preparar 500,0mL de solução 0,20M é: a) 14,8g b) 7,4g c) 3,7g d) 37,7g e) 18,5g 5) (UERJ) Para limpeza de lentes de contato, é comum a utilização de solução fisiológica de cloreto de sódio a 0,9% (massa por volume). Um frasco contendo 0,5 litro desta solução terá uma massa de NaCl em gramas, igual a: a) 1,8 b) 2,7 c) 4,5 d) 5,4 6) (UNIFICADO) Analise abaio a curva de densidade absoluta de soluções aquosas de NaOH a diferentes concentrações. 27

28 Sabendo-se que a densidade de uma solução aquosa de hidróido de sódio é igual a 1,12g/mL, está correto afirmar que, em 200g dessa solução, há no máimo a seguinte massa, em gramas, de NaOH: a) 10 b) 15 c) 20 d) 25 e) 30 7) (UERJ) Visando determinar a solubilidade de uma substância hipotética X, em um dado solvente, eperiências foram realizadas adicionando-se quantidades crescentes de X a uma quantidade-padrão do solvente, em temperatura e pressão especificadas. As concentrações das soluções resultantes foram determinadas por um método analítico adequado e os resultados obtidos foram apresentados graficamente, obtendo-se a figura a seguir: 28

29 Sabendo-se que a massa molar de X é igual a 50g/mol e interpretando o gráfico dos resultados eperimentais, conclui-se que a solubilidade de X, na temperatura e pressão da eperiência, é, em mol/l, igual a: a) 20 b) 10 c) 0,4 d) 0,2 8) (PUC) A tabela abaio mostra a solubilidade de vários sais, em temperatura ambiente, em g/100ml: AgNO3 (nitrato de prata) Al2(SO4)3 (sulfato de alumínio) NaCl (cloreto de sódio) KNO3 (nitrato de potássio) KBr (brometo de potássio) Se 25mL de uma solução saturada de um desses sais foram completamente evaporados, e o resíduo pres 13g, o sal é: a) AgNO3 b) Al2(SO4)3 c) NaCl d) KNO3 e) KBr 9) (UFF) Com intuito de economizar petróleo e estimular a substituição do combustível de origem fóssil por uma fonte renovável, o governo brasileiro determin a adição de álcool de cana-de-açucar à gasolina do petróleo. Para testar o teor de álcool, separam-se 50mL de gasolina vermelha em uma proveta de 100mL e adicionaram-se 50mL de água. Após agitação, com um bastão de vidro, essa mistura foi deiada em repdo por 5 minutos, para separação das fases. Em seguida, verific-se que a fase escura foi reduzida a 12,5mL. 29

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