P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 17/04/10

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1 P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 17/04/10 Nome: GABARITO Nº de Matrícula: Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Dados R 0,081 atm L mol -1 K -1 T (K) T ( C) + 73,15 1 atm 760,0 mmhg PV nrt K p K c (RT) n

2 1 a Questão Etanol, C H 5 OH (d 0,800 g ml -1 ), queima em presença de oigênio, segundo a equação: C H 5 OH(l) + 3O (g) CO (g) + 3H O(g) Considere que os gases têm comportamento ideal, estão a 1,00 atm e 5,0 o C e desconsidere qualquer variação de pressão e temperatura durante os processos descritos. a) Uma massa de 5,00 g de etanol foi queimada dentro de um recipiente fechado contendo 5,00 L de oigênio. Mostre com cálculos qual é o reagente limitante e qual é a massa, em gramas, que irá sobrar do reagente em ecesso, considerando que a reação é completa. b) Em outra situação, calcule o rendimento da reação, sabendo que a queima de 500 ml de etanol, em ecesso de oigênio, produziu 700 g de CO. c) Calcule o volume de CO emitido por um carro movido a álcool, ao percorrer uma distância de 100 km. Considere que o álcool usado como combustível é etanol puro e que carro está bem regulado, (combustão é completa), e que o carro percorre 10,0 km com 1,00 L de álcool.

3 Resolução: a) Para o etanol: 1mol etanol 46 g 5 g 0,109 mol etanol Para o oigênio: PV nrt 1.5 n 0, ,05 mol 1 mol etanol reage com 3 mol O, para reagir com 0,109 mol etanol são necessários 0,37 mol O. Então O é o reagente limitante. O 1 mol etanol 3 mol O 0,05 mol O 0,0683 mol etanol Sobram 0,109-0,068 0,041 mol etanol 46 g mol -1 1,89 g etanol b) 0,800 g etanol 1 ml 1 mol etanol 46 g 500 ml y 400 g 400 g y 8,70 mol 1 mol etanol produz mol CO.44 g 8,70 mol etanol produz g CO 765 g CO 765 g CO 100% 700 g CO 91,5% c) 10 km 1 L 0,800g etanol 1 ml 100km 10 L ml y ml y 8000 g etanol 1 mol etanol 46 g produz mol CO 8000 g produz 347,8 mol CO PV nrt V 347,8. 0, V 8500 L

4 a Questão Uma determinada indústria produz comprimidos contendo ácido acetil salicílico (AAS), C 8 O H 7 COOH, um dos analgésicos mais utilizados. Um técnico de controle de qualidade seguiu o procedimento simplificado abaio, para verificar se um dado comprimido continha a quantidade de AAS especificado no rótulo. Procedimento 1- Foram dissolvidos 0,513 g do comprimido contendo AAS no solvente adequado e o volume completado a 50 ml com água. - Desta solução foram retirados 5,0 ml e colocados em um frasco de vidro contendo fenolftaleina (um indicador de ph). 3- A essa solução foram adicionados 100 ml de uma solução de hidróido de sódio, NaOH, 0,100 mol L -1. A reação entre o AAS e o NaOH pode ser representada pela equação 1: C 8 O H 7 COOH(aq) + NaOH(aq) C 8 O H 7 COONa(aq) + H O(l) equação 1 4- O ecesso de NaOH foi reagido com 9,8 ml de ácido sulfúrico, H SO 4, 0,500 mol L -1, segundo a equação : NaOH(aq) + H SO 4 (aq) Na SO 4 (aq) + H O(l) equação a) Calcule a massa de AAS em cada comprimido de 1,00 g. b) Sabendo que o rótulo do produto indica que seu conteúdo é de 900 mg de AAS, por 1 g de comprimido, mostre com cálculos se o medicamento contém a quantidade de AAS descrita no rótulo.

5 Resolução: Comprimido solução 0,513g 50 ml 5 ml ml NaOH 0,1 mol L -1 NaOH ecesso + H SO 4 0,5 mol L -1 9,8 ml a) MM AAS 180 g mol -1 NaOH adicionado 0,1 mol L -1 0,1L 0,01 mol H SO 4 0,5 mol L -1. 0,0098 L 0,0049 mol Foram gastos 0,0049 mol H SO 4 n NaOH 0,0098 NaOH em ecesso 1 n NaOH reagiu n NaOH adicionado - n NaOH ecesso 0,0100-0,0098 0,000 mol 1 NaOH 1 AAS 0,000 mol 0,000 mol 5 ml da solução diluída 0,00 mol 50 ml m n MM 0, ,36 g AAS 0,5 13 g comprimido 70 mg 0,70 g 1g b) 900 mg 100% 70 77,97% Não. Contém 78% do conteúdo descrito no rótulo.

6 3 a Questão Um determinado líquido orgânico pode ser constituído somente por álcool metílico (CH 3 OH), somente por álcool etílico (C H 5 OH) ou por uma mistura dos dois álcoois. Uma amostra de 0,0 g deste líquido foi queimada em um laboratório com um ecesso de oigênio, conforme as reações abaio. CH 3 OH + 3O CO + 4H O C H 5 OH + 3O CO + 3H O Considerando um rendimento de 100%, responda as questões abaio. a) Qual seria a massa de CO produzida, em gramas, se a amostra fosse somente de CH 3 OH? b) Qual seria a massa de O, em gramas, necessária para reagir com toda a amostra, se esta fosse somente de C H 5 OH? c) Sabendo que a queima de uma massa de 0,0 g da amostra produziu 0,35 g de CO, mostre se o líquido é constituído apenas de CH 3 OH, C H 5 OH ou ambos. Calcule a(s) fração(ões) molar(es) do(s) constituinte(s) do líquido orgânico.

7 Resolução: a) 1 mol CH3OH mol de CO 44 g de CO 0,0 g de CH OH 3 g de CH OH mol CH OH 1mol de CO b) 1 mol CH5OH 3 mol de O 3 g de O 0,0 g de C H5OH 46 g de C H OH 1mol C H OH 1mol de O 5 5 c) É uma mistura 0,35 g > 0,303 g 0,35 g de CO 1mol CH3OH mol CO 44 g de CO [ ( 0,0 g X) de CH3OH) 3gdeCH3OH mol CH3OH 1mol de CO 1mol CH5OH mol CO 44 g de CO + [X g de CH5OH ] 46 g CH5OH 1mol CH5OH 1mol de CO X 0,09 Massa do CH 3 OH 0,0-0,090,18 g Massa do C H 5 OH 0,09 g 0,303 g 0,459 g ] n CH OH n C H OH 3 5 0,18 3 0, ,004 0,00 χ CH3OH n CH3OH nt 0,004 0,006 0,67 χ CH5OH nch5oh nt 0,00 0,006 0,33

8 4 a Questão O tetróido de dinitrogênio, N O 4, é um gás incolor que pode se formar a partir da dimerização do NO (de coloração castanha), ou seja, cada duas moléculas de NO se juntam, formando uma molécula de N O 4, conforme representado na equação 1: NO (g) N O 4 (g) equação 1 A tabela abaio apresenta os resultados de 3 eperimentos realizados a 100 ºC. Após um determinado tempo, a coloração do gás estabilizou dentro de cada recipiente e as concentrações de NO e de N O 4 foram medidas. Eperimento Concentrações iniciais (mol L -1 ) Concentrações no equilíbrio (mol L -1 ) NO N O 4 NO N O ,100 0,10 0,040 0,100 0,100 0,160 0, , ,071 0,014 a) Responda em qual(is) eperimento(s) a cor se intensifica com o tempo e em qual(is) eperimento(s) a cor fica mais clara, eplicando o porquê. b) Escreva a epressão para a constante de equilíbrio, K c, e calcule o seu valor. c) Compare o valor de K c calculado no item anterior com os apresentados para as equações e 3 e eplique o significado químico de cada um dos 3 valores de K c para as respectivas reações. SO (g) + O (g) SO 3 (g) K c 9, equação O (g) + N (g) NO(g) K c 4, equação 3 d) Calcule o valor de K p para a dimerização do NO (equação 1) na temperatura do eperimento. e) Um reator de 50,0 L tem 0,10 mol de NO e 0,90 mol de N O 4, a 100 C. Quando a mistura tiver alcançado o equilíbrio, haverá mais ou menos NO no reator? Justifique sua resposta e mostre com cálculos.

9 Resolução: a) Se o NO é um gás que tem coloração castanho-avermelhada, podemos considerar que as moléculas desse gás são responsáveis pela coloração. Então, quanto mais moléculas estiverem presentes em um determinado recipiente, mais concentrado estará o gás e mais forte será a sua coloração. Assim, podemos admitir que a diminuição da concentração de NO estaria associada com a diminuição da coloração e que o processo de perda de NO parou de ocorrer, na medida em que a tonalidade da cor estabilizou. Na medida em que outras moléculas de NO fossem reagindo, a sua concentração iria diminuir e, consequentemente, a concentração de N O 4 iria aumentar. Dessa forma, a coloração resultante da mistura NO e N O 4 ficaria mais fraca, pois o N O 4 é um gás incolor. O inverso, ou seja, a decomposição do N O 4 após um determinado tempo poderíamos observar a formação de uma coloração no frasco até estabilizar num tom castanho bem suave. Em ambos os casos observaríamos, inicialmente, uma mudança na coloração em decorrência do consumo de NO (caso a cor desapareça) ou da formação de NO (caso a cor se intensifique). Também em ambos os casos observaríamos que, no estado final, a cor se estabilizaria, indicando que o equilíbrio químico foi atingido, já que nenhuma mudança aparente estaria ocorrendo. Assim, a coloração se intensifica com o tempo no eperimento 1 e fica mais clara com o tempo no eperimento 3. b) K [NO4 ] 0,040 0,070 0,014 c Kc [NO ] (0,10) (0,160) (0,071),7 c) Kc tem um valor específico para uma dada reação química e temperatura. Observe que os produtos estão no numerador e os reagentes no denominador e que, matematicamente, quanto maior o valor do numerador, maior o valor de Kc, isto é, maior a tendência de formação de produtos. Então, se o valor da constante de equilíbrio for muito alto (Kc >>>1) significa que o equilíbrio está deslocado para a direita da seta indicada pela reação, favorecendo a formação dos produtos. Assim, a reação de formação do anidrido sulfúrico em meio gasoso a partir do anidrido sulfuroso e do oigênio a 5ºC é altamente favorecida, significando que

10 pelo menos um dos reagentes será quase que completamente consumido no final do processo. SO (g) + O (g) SO 3 (g) K c 9, equação Por outro lado, se a constante de equilíbrio for muito pequena (Kc <<<1) significa que os produtos quase não foram formados, como na reação de formação do monóido de nitrogênio a partir do nitrogênio e do oigênio. O (g) + N (g) NO(g) K c 4, equação 3 d) K p K c (RT) n K p,7(0,08.373) -1 K p 0,088 e) [NO4] [NO ] 0,90 mol 50,0 L 0,10 mol 50,0 L Qc 4500 Q c K c 4500,7 Como Q c é muito maior que K c, quando a mistura atingir o equilíbrio haverá mais NO no reator.