APOSTILA TURMAS PARA PARTICULARES QUÍMICA PARTE 01 EDUCANDO PARA SEMPRE

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1 APOSTILA TURMAS PARA PARTICULARES QUÍMICA PARTE 01 EDUCANDO PARA SEMPRE

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3 QUIMICA Prof. Sheila Mori Borges CÁLCULO DE FÓRMULAS: 1. Determine a fórmula centesimal do etano(c H 6 ) e indique sua fórmula empírica.. Com a composição centesimal, é possível determinar as fórmulas estequiométricas (mínimas ou empíricas) de qualquer substância. a) Calcule as fórmulas estequiométricas em cada caso, onde são fornecidas as % em massa de cada elemento na substância. I. hidrocarboneto com 80% de carbono em massa II. C 60% H 13,33% O 6,67% III. N 36,84% O 63,16% IV. K 6,53% Cr 35,37% O 38,1% (dados: C = 1, H = 1, O = 16, N = 14, K = 39, Cr = 5) b) Indique se as substâncias acima são iônicas ou moleculares e sugira fórmulas estruturais planas para as moleculares. 3. Um composto possui fórmula mínima CH. Sabe-se que uma amostra de 11,6g do mesmo ocupa um volume de,46l sob pressão de atm. a) Calcule sua massa molar. (dado: R = 0,08) b) Calcule sua fórmula molecular. 4. Em um determinado hidrocarboneto, a razão entre as massas de hidrogênio e carbono é de ¼. a) Calcule a fórmula centesimal ou percentual do hidrocarboneto. b) Calcule a Fórmula mínima do hidrocarboneto. c) Calcule a massa molar do hidrocarboneto, sabendo que a densidade do hidrocarboneto em relação ao gás nitrogênio(n ) é de aproximadamente 1,07. d) Calcule a fórmula molecular do hidrocarboneto. 5. A queima de 5,8g de um composto orgânico produziu 6,7L de CO nas CNTP e 5,4g de água. a) Calcule as massas de carbono, hidrogênio e nitrogênio em 14,6g do composto. b) Qual a fórmula empírica do mesmo? c) Sabendo que a densidade do vapor do composto em relação ao gás hidrogênio (H ) é de aproximadamente 9, qual a sua fórmula molecular? EXERCÍCIOS SÉRIE CASA 1. (Unitau) Sabendo-se que um composto mineral apresenta a seguinte composição centesimal: Na=7,06%; N=16,47% e O=56,47% e que existe nesse composto somente um átomo de sódio, calcular a sua fórmula molecular. Qual o nome usual desse sal? (Dados: N = 14; O = 16; Na = 3) Resposta: NaNO 3 e salitre. (Unesp) Um éter, de massa molar 60g/mol, tem a seguinte composição centesimal: C = 60 %; H = 13,33 %; O = 6,67 %. (Massa molares, em g/mol: C=1; H=1; O=16) a) Determine a fórmula molecular do éter. b) Escreva a fórmula estrutural e o nome do éter. Respostas:: a) C 3 H 8 O b) CH 3 - CH - O - CH 3, metóxietano 3. (Unesp) Um hidrocarboneto é queimado em excesso de oxigênio, segundo a reação: C x H y + O CO + H O a) Observou-se que, para cada 5,4g de H O, há formação de 8,8g de CO. Determine a fórmula empírica do hidrocarboneto. b) Qual a fórmula molecular do hidrocarboneto, sabendo que 6g do mesmo ocupam 4,48L nas CNTP? Respostas: a) CH 3 b) C H 6 1

4 4. A queima de 14,6g de um composto orgânico liberou 13,44L de CO nas CNTP e produziu 1,6g de água. Em outro experimento, a decomposição de 7,3g do mesmo composto orgânico, liberou 1,4g de gás nitrogênio. a) Calcule as massas de carbono, hidrogênio e nitrogênio em 14,6g do composto. b) Qual a fórmula empírica do mesmo? c) Se a massa molar do composto é igual a 146g/mol, qual sua fórmula molecular? Respostas: a) 7,g de carbono e 1,4g de hidrogênio b) C 3 H 7 NO c) C 6 H 14 N O 5. (Desafio) Dois brometos (Br -1- ) distintos de um metal possuem respectivamente 5,9% e 18,9% do metal em massa. Quais as fórmulas dos brometos? Resposta: FeBr e FeBr 3 NOÇÃO DE EQUIVALENTE GRAMA 1Eq g = 1mol / fator Ex.1 - Como se calcula o valor de 1eq-g de cada espécie abaixo. a) 1eq-g de H SO 4 = b) 1eq-g de Al(OH) 3 = c) 1eq-g de Al (SO 4 ) 3 = d) 1eq-g de CO = e) 1eq-g de Na = f) 1eq-g de Ca = g) 1eq-g de O= h) 1eq-g de O = i) 1eq-g de H = j) 1eq-g de Fe + = Ex. - Calcule os valores de 1eq-g de cada substância nas reações abaixo: a) Neutralização parcial: H SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H O 1 eq-g do H SO 4 = b) Substância com elemento que muda de nox (agente da oxirredução) em uma reação: EXERCÍCIOS: 1. Uma solução foi preparada dissolvendo-se 4,9g de H SO 4 para 100mL de solução. Calcule: a) O equivalente grama do ácido sulfúrico.

5 b) O número de equivalentes de ácido sulfúrico na solução. c) A Normalidade da solução. d) Qual a relação que se verifica entre normalidade e molaridade de uma mesma solução?. Deseja-se preparar uma solução sulfopermangânica para ser utilizada em uma titulação. Calcule a massa de permanganato de potássio necessária para preparar 500ml de solução 0,N(normal), ou seja, 0,eq-g/L. (Dado: KMnO 4 = 158g/mol) 3. Utilize o princípio da equivalência e calcule a massa de H SO 4 que neutraliza 7,8g de Al(OH) 3. (Dados: H SO 4 = 98g/mol; Al(OH) 3 = 78g/mol) 4. Calcule o número de equivalentes grama do soluto em cada solução abaixo: a) 00mL de HNO 3 0,3N b) 100mL de Na SO 4 N 5. Calcule o volume de solução 0,1N de HCl para titular 50mL de solução 0,00N de Ca(OH). SEMIRREAÇÕES MÉTODO DO ÍON-ELÉTRON 1. Complete as semi-reações abaixo utilizando H O, H + e elétrons, ou seja, meio ácido. a) Fe + Fe b) Pb + Pb 4+ c) I I - d) MnO 4- Mn + e) Cr O - 7 Cr 3+ f) CH 3 CH OH CH 3 COOH 3

6 g) H O O h) H O H O i) IO - 4 I j) CH 3 CH(OH) COO - CH 3 CO COO - k) CH 3 NH CH 3 NO. Das semirreações anteriores, quais são de redução? 3. Das semirreações anteriores, quais são de oxidação? 4. Calcule a variação de energia livre de Gibbs( G o ) para a conversão de piruvato em lactato, na: 5. Sabe-se que: Al + + e - Al e o = - 1,56V Al e - Al e o = - 1,66V Calcule o potencial(e o ) para oxidação abaixo. Al + Al e - 6. Avaliando as estruturas simplificadas do NADH e NAD+, balancear a equação abaixo, inserindo corretamente (no 1 e/ou no membro), elétrons, íons de hidrogênio e/ou moléculas de água envolvidas. 7. A equação abaixo representa a oxidação do fósforo. Pede-se: a) A semirreação de oxidação. b) A semirreação de redução. c) A equação global do processo. 4

7 d) O número de elétrons transferidos: por fórmula de P 4 por fórmula de MnO 4 - Na reação balanceada por mol de P 4 por mol de MnO 4-8. Dê a semirreação de transformação de CrO 4 - em Cr 3+ em meio aquoso básico(oh - /H O). PILHAS ELETROQUÍMICA Pilhas são reações de que produzem uma. Podemos então concluir que pilhas são reações: possuem H O, ( H = ) possuem G O, ( G = ) possuem ε 0 O, ( ε = ) Diferença de potencial (ddp) Força eletromotriz (FEM) Tensão (U) Voltagem (V) PEQUENA REVISÃO DE OXI-REDUÇÃO Oxidação: O elemento elétrons. O NOX do elemento. Sempre haverá elétron da seta. Ex: (Fe 0 Fe + + ) (Na 0 Na + + ) (Al 0 Al 3+ + ) Redução: O elemento elétrons. O NOX do elemento. Sempre haverá elétron da seta. 5

8 Ex: (Ag + + Ag) (Mg + + Mg) (Au 3+ + Au) ESQUEMA DA PILHA Potencial Padrão (ε 0 ) Será dado pelo problema Zn Zn + + e - ε 0 = +0,76V Cu Cu + + e - ε 0 = +0,34V Como ε 0 oxid Zn ε 0 oxid Cu, conclui-se que nesta PILHA o Zn irá enquanto o Cu + irá. Semi-reação ANÓDICA: Semi-reação CATÓDICA: Reação GLOBAL: Reação Simplificada da PILHA: Monte uma pilha entre: a) Al e - Al ε 0 = -1,66V Fe + + e - Fe ε 0 = -0,44V 6

9 b) Co Co + + e - ε 0 = +0,8V Sn Sn + + e - ε 0 = +0,14V c) Ni Ni + + e - ε 0 = +0,5V Cu e - Cu 0 ε 0 = +0,15V d) Au Au e - ε 0 = -1,5V Ag e - Ag ε 0 = +0,8V Verifique se são espontâneas as seguintes reações: Dados: Mg / Mg + Zn / Zn + Fe / Fe + Pb / Pb + Al 0 / Al 3+ ε 0 = +,37V ε 0 = +0,76V ε 0 = +0,44V ε 0 = +0,13V ε 0 = +1,66V a) Zn (s) + Fe(aq) Zn (aq) + Fe (s) Esta reação Esta reação 7

10 b) + + Pb (s) + Mg(aq) Pb (aq) + Mg (s) Esta reação Esta reação METAL DE SACRIFÍCIO É usado para no lugar de um determinado metal que se queira. Dados: Mg / Mg + Zn / Zn + Fe / Fe + Pb / Pb + Al 0 / Al 3+ ε 0 = +,37V ε 0 = +0,76V ε 0 = +0,44V ε 0 = +0,13V ε 0 = +1,66V Ex 1 : para proteger o casco do navio que é de Fe (Ferro) podemos usar o. Ex : para proteger uma tubulação de Zn (Zinco) podemos usar o. Conclusão: o Metal de Sacrifício terá ε 0 oxid ε 0 oxid do metal protegido. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO NAS PILHAS O ou a das concentrações das soluções numa PILHA altera sua d.d.p.(ε) devido ao deslocamento do equilíbrio (Princípio de Le Chatelier). Ex: Seja a reação da seguinte PILHA: Zn (s) + Cu + (ag) Zn + (ag) + Cu (s) Um na [Cu + ] desloca a pilha para a favorecendo o processo e sua d.d.p. (voltagem). Uma na [Zn + ] desloca a pilha para a favorecendo o processo e sua d.d.p. (voltagem). Uma na [Cu + ] desloca a pilha para a desfavorecendo o processo e sua d.d.p. (voltagem). Um na (Zn + ) desloca a pilha para a desfavorecendo o processo e sua d.d.p. (voltagem). Obs.: A variação do Zn (s) ou do Cu (s) desloca o equilíbrio logo não altera o valor da d.d.p. da pilha. A consequência disso são as PILHAS DE CONCENTRAÇÃO. 8

11 Ex: Sobre a seguinte pilha, responda: As pilhas de concentração funcionam até as conc.se. Quem é o ANODO? Quem é o CATODO? Qual solução concentrará? Qual solução diluirá? Qual placa sofrerá corrosão? Qual o sentido do fluxo de elétrons? Qual o sentido dos cátions da ponte salina? Qual a concentração de íons Fe + em cada cuba quando a pilha parar de funcionar? 9

12 EXERCÍCIOS DE PILHAS 1. (Espcex (Aman) 015) Uma pilha de zinco e prata pode ser montada com eletrodos de zinco e prata e representada, segundo a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), pela notação 1 1 Zn (s) / Zn (aq) 1mol L / / Ag (aq) 1mol L / Ag (s). As equações que representam as semirreações de cada espécie e os respectivos potenciais padrão de redução (5 C e 1atm) são apresentadas a seguir. Zn (aq) e Zn (s) E 0,76 V Ag (aq) 1e Ag(s) E 0,80 V Com base nas informações apresentadas são feitas as afirmativas abaixo. I. No eletrodo de zinco ocorre o processo químico de oxidação. II. O cátodo da pilha será o eletrodo de prata. III. Ocorre o desgaste da placa de zinco devido ao processo químico de redução do zinco. IV. O sentido espontâneo do processo será Zn Ag Zn Ag V. Entre os eletrodos de zinco e prata existe uma diferença de potencial padrão de 1,56 V. Estão corretas apenas as afirmativas a) I e III. b) II, III e IV. c) I, II e V. d) III, IV e V. e) IV e V.. (Unicamp 015) Uma proposta para obter energia limpa é a utilização de dispositivos eletroquímicos que não gerem produtos poluentes, e que utilizem materiais disponíveis em grande quantidade ou renováveis. O esquema abaixo mostra, parcialmente, um dispositivo que pode ser utilizado com essa finalidade. Nesse esquema, os círculos podem representar átomos, moléculas ou íons. De acordo com essas informações e o conhecimento de eletroquímica, pode-se afirmar que nesse dispositivo a corrente elétrica flui de a) A para B e o círculo representa o íon O. b) B para A e o círculo representa o íon O. c) B para A e o círculo representa o íon O. d) A para B e o círculo representa o íon O. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em um laboratório didático, um aluno montou pilhas elétricas usando placas metálicas de zinco e cobre, separadas com pedaços de papel-toalha, como mostra a figura. Utilizando três pilhas ligadas em série, o aluno montou o circuito elétrico esquematizado, a fim de produzir corrente elétrica a partir de reações químicas e acender uma lâmpada. Com o conjunto e os contatos devidamente fixados, o aluno adicionou uma solução de sulfato de cobre 4 (CuSO ) aos pedaços de papel-toalha de modo a umedecê-los e, instantaneamente, houve o acendimento da lâmpada. 10

13 3. (Unesp 015) A tabela apresenta os valores de potencial-padrão para algumas semirreações. Equação de semirreação E (V) H (aq) e H (g) 0,00 Zn (aq) e Zn (s) 0,76 Cu (aq) e Cu (s) 0,34 1 (1mol L, 100kPa e 5 C) Considerando os dados da tabela e que o experimento tenha sido realizado nas condições ambientes, escreva a equação global da reação responsável pelo acendimento da lâmpada e calcule a diferença de potencial (ddp) teórica da bateria montada pelo estudante. 4. (Ifsc 014) A corrosão é um processo eletroquímico que envolve reações de oxirredução. Com base na definição acima, assinale a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01) Em uma reação de oxirredução, o agente oxidante recebe elétrons do agente redutor. 0) Os metais têm maior probabilidade de sofrerem oxidação, quando comparados com os não-metais. 04) As pilhas, os processos de eletrólise e a destilação fracionada também são exemplos de sistemas onde ocorrem reações de oxirredução. 08) Nas pilhas, as reações de oxirredução ocorrem de forma espontânea. 16) O ouro tem um elevado potencial de redução, o que significa que ele é um bom agente redutor. 5. (Ufg 014) Em uma piscina tratada com sulfato de cobre (CuSO 4), um usuário deixou uma lata de alumínio submersa. Considerando os potenciais padrão de redução dos metais citados, a) demonstre, por meio de equações eletroquímicas, o que ocorre na superfície do alumínio; b) calcule a ddp e escreva a reação global de uma célula eletroquímica formada por eletrodos de A e Cu. Dados: 3 A 3e A Ered 1,66 V Cu e Cu Ered 0,34 V 6. (Espcex (Aman) 014) Em uma pilha galvânica, um dos eletrodos é composto por uma placa de estanho 1 imerso em uma solução 1,0 mol L de íons Sn + e o outro é composto por uma placa de lítio imerso em uma 1 solução 1,0 mol L de íons Li +, a 5 C. Baseando-se nos potenciais padrão de redução das semirreações a seguir, são feitas as seguintes afirmativas: Sn (aq) e Sn (s) E 0 red 0,14 V 0 Li (aq) 1 e Li (s) E red 3,04 V I. O estanho cede elétrons para o lítio. II. O eletrodo de estanho funciona como cátodo da pilha. III. 0 A reação global é representada pela equação: Li (s) Sn (aq) 0 Sn (s) Li (aq). IV. No eletrodo de estanho ocorre oxidação. V. A diferença de potencial teórica da pilha é de,90 V, ( Δ E,90 V). Das afirmativas apresentadas estão corretas apenas: a) I, II e IV. b) I, III e V. c) I, IV e V. d) II, III e IV. e) II, III e V. 11

14 7. (Unifor 014) A pilha seca ácida foi desenvolvida em 1866, pelo químico francês George Leclanché ( ). Trata-se de uma pilha comum hoje em dia, pois é a mais barata, sendo usada em lanternas, rádios, equipamentos portáteis e aparelhos elétricos como gravadores, flashes e brinquedos. Essa pilha na verdade não é seca, pois dentro dela há uma pasta aquosa, úmida. A reação global de funcionamento da pilha seca ácida é apresentada abaixo: Zn(s) MnO(aq) NH4 (aq) Zn (aq) MnO3(s) NH 3(g) Sobre a referida reação é possível afirmar que a) No anodo, ocorre a oxidação do zinco metálico que fica no envoltório da pilha segundo a reação: (s) Zn Zn e. Os elétrons do Zn metálico oxidado são transferidos para o dióxido de manganês (aq) que assim é convertido a trióxido de manganês. b) O dióxido de manganês sofre oxidação sendo convertido a trióxido de manganês e portanto age como agente redutor no processo. c) Zinco metálico sofre oxidação no catodo e geram a corrente de 1,5 V típica destas pilhas. d) Dióxido de manganês sofrem redução no anodo e geram a corrente de 1,5 V típica destas pilhas. e) No catodo, ocorre a oxidação do zinco metálico que fica no envoltório da pilha segundo a reação: (s) Zn Zn e. Os elétrons do Zn metálico reduzido são transferidos para o dióxido de manganês (aq) que assim é convertido a trióxido de manganês. 8. (Enem 014) A revelação das chapas de raios X gera uma solução que contém íons prata na forma de 3 Ag(SO 3 ). Para evitar a descarga desse metal no ambiente, a recuperação de prata metálica pode ser feita tratando eletroquimicamente essa solução com uma espécie adequada. O quadro apresenta semirreações de redução de alguns íons metálicos. Semirreação de redução 0 E (V) 3 Ag(SO 3 ) (aq) e Ag(s) SO 3 (aq) 0,0 Cu (aq) e Cu(s) 0,34 Pt (aq) e Pt(s) 1,0 3 A (aq) 3e A (s) 1,66 Sn (aq) e Sn(s) 0,14 Zn (aq) e Zn(s) 0,76 BENDASSOLLI, J. A. et al. Procedimentos para a recuperação de Ag de resíduos líquidos e sólidos. Química Nova, v. 6, n. 4, 003 (adaptado). Das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é a) Cu(s). b) Pt(s). 3 c) A (aq). d) Sn(s). e) Zn (aq). 9. (Unifesp 014) A figura representa uma pilha formada com os metais Cd e Ag, mergulhados nas soluções de Cd(NO 3 ) (aq) e AgNO 3 (aq), respectivamente. A ponte salina contém solução de KNO 3 (aq). a) Sabendo que a diferença de potencial da pilha, nas condições padrão, é igual a +1,0 V e que o potencial padrão de redução do cádmio é igual a 0,40 V, calcule o potencial padrão de redução da prata. Apresente seus cálculos. b) Para qual recipiente ocorre migração dos íons K e 3 NO da ponte salina? Justifique sua resposta. 1

15 10. (Uepg 014) Considerando a pilha esquematizada abaixo e os potenciais de redução apresentados, assinale o que for correto. 1 0 Ag (aq) 1e Ag(s) E 0,80 V 0 Cu (aq) e Cu(s) E 0,34 V 01) O eletrodo que vai sofrer desgaste na pilha é o Ag. 0) O comportamento dos metais nesta pilha explica o uso de Ag nas tubulações de Cu, pois em contato com o cobre a prata sofre oxidação promovendo a redução do cobre. 04) A ddp gerada pela pilha é 0,46 V. 08) O agente redutor da reação global da pilha é o Cu. 16) A solução de Cu vai sofrer descoloração, pois os íons 11. (Upe 014) Analise a figura a seguir: Cu serão reduzidos a Cu. Considerando-se que a mulher possuía dentes obturados com amálgama (liga de prata, mercúrio, cobre e estanho), são feitas algumas afirmativas sobre o processo ocorrido. I. Formou-se uma pilha ao se encostar o alumínio no amálgama da obturação, na presença de saliva. II. A saliva é uma solução ácida e está em contato com o alumínio e a liga metálica da obturação. III. O alumínio funciona como ânodo da pilha formada, perdendo elétrons, enquanto o amálgama é o cátodo da pilha. IV. O processo gera uma corrente elétrica, que é conduzida ao cérebro a partir das terminações nervosas do dente. Dados: 3 A 3e A Cu e Cu Ag e Ag o E 1,66 V Hg e Hg o E 0,34 V Sn e Sn o E 0,80 V o E o E 0,85 V 0,14 V Quais das afirmativas podem ser utilizadas para se construir uma explicação cientificamente CORRETA para o choque sentido ao morder o papel-alumínio? a) I, III e IV, apenas. b) I e IV, apenas. c) II e IV, apenas. d) I, II e IV, apenas. e) I, II, III e IV. 1. (Uece 014) Para minimizar os efeitos da corrosão nas chapas de ferro do casco de um navio, são fixadas plaquetas de um metal metal de sacrifício ou eletrodo de sacrifício que é oxidado em seu lugar. Na comparação com as características do ferro, o metal de sacrifício mais indicado é aquele que apresenta a) menor eletronegatividade. b) menor poder de redução. c) maior condutibilidade elétrica. d) maior tenacidade. 13. (Unimontes 014) A magnitude dos potenciais de eletrodo padrão de dois metais X e Y são: X e X E 0,5 V Y e Y E 0,34 V Quando as meias células de X e Y são conectadas, os elétrons fluem de X para Y, e, quando X é conectado a um eletrodo padrão de hidrogênio, EPH, os elétrons fluem de X para o eletrodo de hidrogênio. A diferença de potencial (ddp) dessa pilha constituída de X e Y é: a) 0,09 V. b) 0,5 V. c) 0,59 V. d) 0,00 13

16 14. (Uem 014) Considere uma pilha montada com duas barras metálicas, uma de magnésio e outra de prata, que são conectadas por um fio condutor e mergulhadas em um béquer contendo uma solução aquosa ácida com concentração de H + igual a 1,0 mol/litro, a 5 C e 1 atm, e assinale o que for CORRETO. Dados: 0 0 Mg (aq) e Mg (s) E red,36 v 0 (aq) (g) red H e H E 0,0 V 0 0 Ag (aq) e Ag (s) E red 0,80 V 01) A reação global na pilha é a seguinte: 0 0 Ag (aq) Mg (s) Ag (s) Mg (aq). 0) O fluxo de elétrons é proveniente do eletrodo de magnésio. 04) Na barra de prata, ocorre a seguinte semirreação: 0 Ag (aq) e Ag (s). 08) Na barra de magnésio, ocorre a seguinte semirreação: 0 Mg (s) e Mg (s). 16) Se a barra de prata for substituída por uma barra de grafite, a pilha funcionará sem alteração alguma da força eletromotriz. 15. (Udesc 014) Na odontologia o amálgama, que é composto basicamente por uma mistura sólida na qual o mercúrio, a prata e o estanho são combinados, foi um material muito utilizado para preenchimento de cavidades dentais. Quando uma pessoa, que tem restauração dentária à base de amálgama, morde acidentalmente um pedaço de alumínio que embalava uma bala, esta pessoa sentirá uma dor aguda em função da pilha criada no interior da boca, tendo o alumínio e o amálgama como eletrodos e a saliva como eletrólito. Considere as semirreações a seguir: 3 o A (aq) 3e A (s) E 1,68 V o (aq) (s) 3(s) I. 3Hg 4Ag 6e Ag Hg E 0,85 V o (aq) (s) 3 (s) II. Sn 3Ag e Ag Sn E 0,05 V III. 8Sn (aq) Hg(s) 16e Sn8 Hg(s) o E 0,13 V Assinale a alternativa que contém os potenciais das reações galvânicas geradas ao combinar alumínio metálico com as semirreações I, II e III, respectivamente. a) +0,83 V; 1,63 V; 1,55 V d) +,53 V; +1,73 V; +1,81 V b) +0,83 V; +1,73 V; +1,81 V e) 0,83 V; +1,63 V; +1,55 V c) +,53 V; +1,63 V; +1,55 V 16. (Uem-pas 014) No campo da odontologia, as reações redox têm papel importante. O amálgama usado em obturações é obtido misturando uma parte de mercúrio a uma parte de liga metálica que contém prata, estanho, cobre e zinco. Com esse tipo de obturação, pode-se sentir um choque no dente, caso se morda, acidentalmente, um pedaço de papel alumínio. Sobre essas informações e com base na reação abaixo, assinale o que for CORRETO. Dados: E A 1,66 V; E Sn 0,14 V; E Ag 0,80 V. 3 A 3 Sn 9 Ag A 3 Ag3Sn 01) Nessa reação, o alumínio é o cátodo e o amálgama é o ânodo. 0) Sem a saliva, os elétrons gerados nessa pilha não teriam meio condutor. 04) Se essa reação fosse contínua, o papel alumínio seria corroído devido à perda de elétrons. 08) Em uma célula eletrolítica baseada na prata e no estanho, o fluxo de elétrons ocorreria no sentido da prata para o estanho e de forma não espontânea. 16) Considerando-se uma célula galvânica existente entre a prata e o alumínio, pode-se estabelecer que a diferença de potencial dessa pilha seria de -0,86 V. 14

17 17. (Ufrgs 014) Células eletroquímicas podem ser construídas com uma ampla gama de materiais, até mesmo metais nobres como prata e ouro. Observe, abaixo, as semirreações de redução. Ag (aq) e Ag(s) ε 0,80V 3 Au (aq) 3e Au(s) ε 1,50V Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as seguintes afirmações a respeito de uma célula eletroquímica, constituída de ouro e prata. ( ) Um dos eletrodos poderia ser construído com ouro em água pura; e o outro, prata em água pura. ( ) Uma pilha construída com placas metálicas de ouro e prata, em contato com os respectivos sais, teria força eletromotriz padrão de 0,70 V. ( ) Essa célula eletroquímica produz aumento da massa do ouro metálico. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) V V V. b) V F F. c) V F V. d) F V V. e) F V F. 18. (Unifor 014) A pilha de Daniell é construída usando-se um eletrodo de zinco metálico, que é embebido numa solução de sulfato de zinco, e um eletrodo de cobre metálico, que é então embebido numa solução de sulfato cúprico. As duas soluções são postas em contato através de uma superfície porosa, de modo que não se misturem, mas íons possam atravessá-la. Alternativamente, uma ponte salina, que pode ser um tubo contendo em seu interior uma solução salina, tipo NaC, fechado por material poroso, interligando as soluções de sulfato cúprico e de zinco. academic/academic-files/daniellcell.html Na pilha de Daniell, há um processo de transferência espontânea de elétrons. No processo: a) O Zn (S) sofre oxidação, perdendo elétrons sendo o agente redutor do processo enquanto o Cu (aq) sofre redução, ganhando os elétrons cedidos pelo zinco metálico e agindo como oxidante no processo. b) O Cu (s) sofre oxidação, perdendo elétrons sendo o agente redutor do processo enquanto o Zn (aq) sofre redução, ganhando os elétrons cedidos pelo zinco metálico e agindo como oxidante no processo. c) O Zn (s) sofre redução, perdendo elétrons sendo o agente redutor do processo enquanto o Cu (aq) sofre oxidação, ganhando os elétrons cedidos pelo zinco metálico e agindo como oxidante no processo. d) O Cu (s) sofre oxidação, perdendo elétrons sendo o agente redutor do processo enquanto o Zn (aq) sofre redução, ganhando os elétrons cedidos pelo zinco metálico e agindo como oxidante no processo. e) Ambos os metais em solução sofrem redução e os sólidos metálicos sofrem oxidação. 19. (Pucrj 014) Uma célula eletroquímica foi montada unindo-se uma semipilha do metal chumbo mergulhado 1 em solução 1 mol L de nitrato de chumbo II. A outra semipilha do metal cálcio mergulhado 1 em solução 1 mol L de nitrato de cálcio, de acordo com o esquema ao lado: 15

18 Sendo os potenciais de redução: 0 Pb /Pb E e 0,13 V 0 E Ca /Ca,87 V, pede-se, para essa pilha: a) escrever a equação de oxirredução na forma iônica. 0 b) calcular o valor da diferença de potencial padrão ( Δ E ). c) indicar a espécie que atua como agente redutor. d) indicar a semipilha que funciona como catodo. 0. (Ufpr 014) A matéria Holandeses inventam pavimento que absorve poluição, veiculada na BBC Brasil em julho de 013, mostra uma proposta de adicionar um catalisador na composição de pavimentos de modo a reduzir quantidade de poluentes da atmosfera, os quais são liberados pelos carros movidos a combustíveis fósseis. Na proposta, os pesquisadores adicionaram óxido de titânio (TiO ) na formulação do pavimento e monitoraram a redução de óxidos de nitrogênio (NOx) da atmosfera onde os pavimentos foram instalados. O TiO é um semicondutor que absorve radiação UV do espectro solar, conforme mecanismo mostrado ao lado. O TiO *(excitado pela radiação) adquire +3, V adicionais no potencial de redução. (Disponível em < UV TiO >. Acesso em Jul. 013). TiO * a) O TiO é capaz de oxidar o dióxido de nitrogênio na ausência de luz? Por quê? b) Calcule a variação de potencial padrão para a reação de oxidação do dióxido de nitrogênio pelo TiO *. 1. (Uepg 014) Analisando as semirreações apresentadas abaixo, assinale o que for correto. 0 I. Mg (aq) e Mg (s) E,36 V II. Fe (aq) e Fe 0 (s) E III. H (aq) e H (g) IV. V. Cu e Cu (s) 3 Au (aq) 3e Au (s) 0 E 0 E 0,44 V 0,00 V 0,34 V 0 E 1,4 V E 0,56 V TiO Ti IV Ti III NO E 0,80 V 3 NO 01) A ordem crescente do caráter redutor é Au Cu H Fe Mg. 0) A tendência em sofrer oxidação do magnésio é maior que a do cobre. 04) O metal cobre é mais nobre que o metal ferro. 08) Os íons H podem oxidar apenas os metais magnésio e ferro.. (Pucsp 014) Dado: todas as soluções aquosas citadas apresentam concentração cátion metálico. A figura a seguir apresenta esquema da pilha de Daniell: Nessa representação o par enquanto que o par representada por: Cu Zn Zn é o ânodo da pilha, Cu é o cátodo. A reação global é Zn(s) Cu (aq) Zn (aq) Cu(s) ΔE 1,10 V 1 1mol L do respectivo Ao substituirmos a célula contendo o par Zn Zn por 3 A A, teremos a equação 3 A (s) 3Cu (aq) A (aq) 3Cu(s) Δ E,00 V 16

19 Uma pilha utilizando as células a) b) c) d) e) 3 A A e ânodo cátodo Δ E (V) Zn Zn Zn Zn 3 A A 3 A A 3 A A 3 A A 3,10 3 A A 0,90 Zn Zn 3,10 Zn Zn 1,55 Zn Zn 0,90 Zn Zn é melhor descrita por 3. (Udesc 014) Analise as proposições em relação a um experimento de eletroquímica. I. Em uma reação de oxirredução que ocorre espontaneamente, os elétrons são transferidos de uma espécie química com maior potencial de redução para outra com menor potencial de redução. Portanto, ao calcularmos a diferença de potencial da célula, chega-se a um valor positivo. II. Uma medida de potencial eletroquímico considera o uso de um eletrodo padrão de hidrogênio (EPH). Se a semicela H + /H atuar como ânodo, a semirreação será a de oxidação de H a H + e, se atuar como cátodo, será a de redução de H + a H. III. Uma das formas de evitar o acúmulo de cargas elétricas nas soluções catódicas e anódicas é o uso de uma ponte salina. O excesso de ânions ou cátions gerados nas reações eletroquímicas é compensado pela migração de íons provenientes da ponte salina. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente a afirmativa II é verdadeira. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 4. (Pucrs 014) Um estudante cravou uma lâmina de magnésio e uma lâmina de cobre em uma maçã, tendo o cuidado para que não encostassem uma na outra. A seguir, mediu a diferença de potencial entre as lâminas por meio de um voltímetro. Os potenciais de redução padrão do magnésio e do cobre são, respectivamente,,37v e +0,34V. Pela análise do texto, é correto afirmar que a) o cobre se oxida, produzindo íons Cu + (aq). b) o valor da diferença de potencial entre magnésio e cobre é, aproximadamente, +,71 V. c) o magnésio é um agente oxidante, pois força o cobre a sofrer a redução. d) o experimento descrito resulta em uma reação não espontânea, pois o potencial é negativo. e) com o tempo, há tendência de a lâmina de cobre desaparecer. 5. (Enem PPL 013) Após o desmonte da bateria automotiva, é obtida uma pasta residual de 6 kg, em que 19%, em massa, é dióxido de chumbo(iv), 60%, sulfato de chumbo(ii) e 1%, chumbo metálico. O processo pirometalúrgico é o mais comum na obtenção do chumbo metálico, porém, devido à alta concentração de sulfato de chumbo(ii), ocorre grande produção de dióxido de enxofre (SO ), causador de problemas ambientais. Para eliminar a produção de dióxido de enxofre, utiliza-se o processo hidrometalúrgico, constituído de três etapas, no qual o sulfato de chumbo(ii) reage com carbonato de sódio a 1,0 mol/l a 45 C, obtendo-se um sal insolúvel (etapa 1), que, tratado com ácido nítrico, produz um sal de chumbo solúvel (etapa ) e, por eletrólise, obtém-se o chumbo metálico com alto grau de pureza (etapa 3). ARAÚJO, R. V. V. et al. Reciclagem de chumbo de bateria automotiva: estudo de caso. Disponível em: Acesso em: 17 abr. 010 (adaptado). Considerando a obtenção de chumbo metálico a partir de sulfato de chumbo(ii) na pasta residual, pelo processo hidrometalúrgico, as etapas 1, e 3 objetivam, respectivamente, a) a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do Pb + em Pb 0. b) a lixiviação ácida e dessulfuração; a lixiviação básica e solubilização; a redução do Pb 4+ em Pb 0. c) a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do Pb 0 em Pb +. d) a lixiviação ácida e dessulfuração; a lixiviação básica e solubilização; a redução do Pb + em Pb 0. e) a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do Pb 4+ em Pb 0. 17

20 6. (Fgv 013) Baterias de lítio são o principal componente dos mais recentes carros elétricos ou híbridos com motor a gasolina, que já estão em testes em São Paulo. (Revista Pesquisa Fapesp, n.o 199, pág. 7. Adaptado) Sobre o funcionamento da bateria de lítio na geração de energia elétrica, é correto afirmar que no anodo ocorre a reação de a) redução; o polo positivo é o catodo e a sua ddp é positiva. b) redução; o polo negativo é o catodo e a sua ddp é negativa. c) oxidação; o polo negativo é o catodo e a sua ddp é positiva. d) oxidação; o polo positivo é o catodo e a sua ddp é negativa. e) oxidação; o polo positivo é o catodo e a sua ddp é positiva. 7. (Enem PPL 013) O Instituto Luiz Coimbra (UFRJ) lançou o primeiro ônibus urbano movido a hidrogênio do Hemisfério Sul, com tecnologia inteiramente nacional. Sua tração provém de três fontes de energia, sendo uma delas a pilha de combustível, na qual o hidrogênio, gerado por um processo eletroquímico, reage com o oxigênio do ar, formando água. FRAGA, I. Disponível em: Acesso em: 0 jul. 010 (adaptado). A transformação de energia que ocorre na pilha de combustível responsável pelo movimento do ônibus decorre da energia cinética oriunda do(a) a) calor absorvido na produção de água. b) expansão gasosa causada pela produção de água. c) calor liberado pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio. d) contração gasosa causada pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio. e) eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio. 8. (Ufsc 013) Tudo o que consumimos gera resíduos, e com os aparelhos eletroeletrônicos não é diferente. Do ponto de vista ambiental, a produção cada vez maior de novos eletroeletrônicos traz dois grandes riscos: o elevado consumo de recursos naturais empregados na fabricação e a destinação final inadequada. Se descartados sem tratamento específico, os metais encontrados nas pilhas e baterias podem trazer danos ao meio ambiente e à saúde humana. A reciclagem das pilhas e baterias no Brasil ainda não é satisfatória, pois não há consciência por parte do consumidor, postos de coleta nas lojas, fiscalização nos procedimentos de retirada por parte das empresas e, sobretudo, legislação que incentive a reciclagem. Além disso, o processo de reciclagem das pilhas e baterias é bastante complexo, envolvendo diversas etapas como reações em série de precipitação e técnicas de separação de misturas. A seguir, são fornecidos as semirreações e os valores de potencial padrão de redução (em Volts, a 1 atm e 5 C) de alguns constituintes das pilhas: Sobre este assunto, é CORRETO afirmar que: 0 Mn e Mn E 01) a notação química de uma pilha formada pela interligação entre 1,180 V + + eletrodos de zinco e de cobre será Zn/ Zn // Cu / Cu. Zn e Zn 0 E 0,760 V 0) se uma placa metálica de cobre for imersa em uma solução 0 Cr e Cr E aquosa de MnSO 4, haverá corrosão na placa metálica e redução dos íons Mn +. 0 Cu e Cu E 04) o lítio metálico perde elétrons mais facilmente que o cromo metálico. 0 I e I E 08) na pilha de lítio-iodo, desenvolvida para ser utilizada em 0,740 V 0,337 V 0,540 V aparelhos de marca-passo, o lítio ganha elétrons e o iodo perde elétrons. 16) na pilha alcalina de zinco-manganês ocorre, no ânodo, oxidação do manganês e, no cátodo, redução do zinco. 3) o manganês recebe elétrons mais facilmente que o zinco. 64) o lítio metálico é um agente redutor mais fraco que o cromo metálico. 9. (Ufrgs 013) Os potenciais padrão de redução, determinados mediante processos eletroquímicos, podem ser empregados para prever a espontaneidade de reações, mesmo quando essas não constituem pilhas ou baterias. Observe o quadro a seguir. Ag aq e Ag s ε 0,80V Co aq e Co s ε 0,8V 3 A aq 3e A s ε 1,66V Ba aq e Ba s ε,90v 0 Li e Li E 3,045 V 18

21 Com base no quadro, considere as reações abaixo. Ba NO Ag AgNO Ba. I. 3 3 A NO 3Co 3Co NO A. II AgNO A A NO 3Ag. III Quais reações serão espontâneas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III. 30. (Uem 013) Um professor de laboratório de química preparou 4 experimentos diferentes, a 5 C e 1 atm, descritos a seguir, para explicar reações de oxidação e redução e espontaneidade de reações. 1. Colocou um fio de cobre em um copo contendo uma solução de nitrato de prata 1 mol/l.. Colocou um fio de prata em um copo contendo uma solução de sulfato de cobre 1 mol/l. 3. Colocou uma fita de zinco metálico em copo contendo uma solução de ácido sulfúrico 1 mol/l. 4. Colocou um prego enrolado por uma fita de Mg metálico em um copo contendo uma solução de ácido sulfúrico 1 mol/l. Tendo como base os potenciais padrão de redução apresentados a seguir, assinale a(s) alternativa(s) que apresenta(m) uma CORRETA descrição das reações feitas pelo professor. 0 Mg (aq) e Mg(s) E,37V 01) Em somente um dos experimentos não haverá nenhuma reação 0 de oxidação e de redução. Zn (aq) e Zn(s) E 0,76V 0) No 1º e no º experimentos, ocorrerá a deposição de um metal 0 Fe (aq) e Fe(s) E 0,44V sobre os fios de cobre e prata. 04) No 3º e no 4º experimentos, ocorrerá a evolução de um gás. 0 H (aq) e H (g) E 0,00V 08) No 4º experimento, somente ocorrerá a oxidação do prego após a 0 completa oxidação da fita de magnésio ou após ocorrer a perda de Cu (aq) e Cu(s) E 0,34V contato elétrico entre os dois metais. 0 Ag (aq) e Ag(s) E 0,80V 16) No 1º experimento, a quantidade de massa dos materiais metálicos sólidos permanece constante durante o processo de oxidação e de redução. ELETRÓLISE Eletrólise são reações de que ocorrem somente com o fornecimento de uma. OBS: Então eletrólise é o da pilha. Podemos então concluir que eletrólises são reações: pois possuem H O, ( H = ) pois possuem G O, ( G = ) pois possuem ε O, ( ε = ) 19

22 ESQUEMA DE UMA ELETRÓLISE Semi-reação CATÓDICA: Semi-reação ANÓDICA: TIPOS DE ELETRÓLISE 1. Eletrólise Ígnea É a eletrólise do composto ou seja no Ex 1 : Fazer a eletrólise ígnea do NaCl. 0

23 Ex : Fazer a eletrólise ígnea do Al O 3 (Bauxita).. Eletrólise em Solução Aquosa Entra 1º no Catodo (-): Outros metais H + Al A 1A Entra 1º no Anodo (+): Ânions não Oxigenados Ânions Orgânicos Hidroxila Ânions Oxigenados Fluoreto Cl, Br, Cloreto, Brometo, Iodeto I HCOO, Metanoato, H CCOO 3 Acetato OH - - SO, NO, CO F + Descarga do H + - : H + e H (aq) (g) - Descarga do OH : OH H O + O + e (aq) (L) (g) Fazer a eletrólise do: a) NaCl (aq) 1

24 b) CuSO 4(aq) c) HCl (aq)

25 d) NaOH (aq) 3. Eletrólise com eletrodos ativos e) CuSO 4(aq) com eletrodos de Cu (s) (Cobre). 3

26 4. Eletrólise Quantitativa 1 Faraday (1F): 96500C : 1 mol de (e - ): (e - ) Da Física: Ex 1 : Qual a massa de Fe depositado no Catodo numa eletrólise de 0 min com uma corrente de 9,65A? Ex : Numa eletrólise de 19,3A de corrente observou-se o depósito de 6,35g de Cu. Calcule o tempo desta eletrólise. 4

27 EXERCÍCIOS DE ELETRÓLISE 1. (Uerj 014) A eletrólise da ureia, substância encontrada na urina, está sendo proposta como forma de obtenção de hidrogênio, gás que pode ser utilizado como combustível. Observe as semirreações da célula eletrolítica empregada nesse processo, realizado com 100% de rendimento: - reação anódica: CO(NH ) 6 OH N 5 HO CO 6 e - reação catódica: 6 HO 6 e 3 H 6 OH Considere as seguintes informações: 1 - A ureia tem fórmula química CO(NH ) e sua concentração na urina é de 0 g.l Um ônibus movido a hidrogênio percorre 1 km com 100 g desse combustível. Apresente a reação global da eletrólise da ureia. Em seguida, calcule a distância, em quilômetros, percorrida por um ônibus utilizando o combustível gerado na eletrólise de dez mil litros de urina.. (Upe 014) Segundo o Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA, a concentração de íons cobre, dissolvidos numa água classificada como doce, não pode ser superior a 0,009 mg de Cu + por litro de água. Num determinado processo industrial, a concentração de íons Cu + no efluente é igual a 350 mg/l. A equipe técnica da indústria optou por usar um processo de eletrodeposição para reduzir a concentração de íons cobre no efluente. Para isso, utilizou corrente elétrica igual a 10 A por horas 40 min e 50 s, considerando-se um volume de 100 litros de efluente. Dados: Massa atômica: Cu = 63,5 u; 1 F = C/mol; Q = i x t Considerando o processo de eletrodeposição descrito, assinale a alternativa que apresenta a afirmativa CORRETA. a) 95% dos íons Cu + presentes no efluente foram eletrodepositados. b) Após a eletrodeposição, a concentração de íons Cu + é igual a 3,5 mg/l. c) A concentração de íons Cu + é dez vezes maior que a estabelecida pelo CONAMA. d) A concentração de íons Cu + dissolvidos no efluente não é alterada pelo processo de eletrodeposição. e) A equipe técnica atuou corretamente, uma vez que a concentração de íons Cu + ficou abaixo da estabelecida pelo CONAMA. 3. (Espcex (Aman) 014) Algumas peças de motocicletas, bicicletas e automóveis são cromadas. Uma peça automotiva recebeu um banho de cromo, cujo processo denominado cromagem consiste na deposição de uma camada de cromo metálico sobre a superfície da peça. Sabe-se que a cuba eletrolítica empregada nesse processo (conforme a figura abaixo), é composta pela peça automotiva ligada ao cátodo (polo negativo), um 1 eletrodo inerte ligado ao ânodo e uma solução aquosa de 1mol L de CrC 3. Supondo que a solução esteja completamente dissociada e que o processo eletrolítico durou 96,5 min sob uma corrente de A, a massa de cromo depositada nessa peça foi de Dados: massas atômicas Cr = 5 u e C 35,5 u. 1 Faraday = C/mol de e - a) 0,19 g b) 0,45 g c) 1,00 g d),08 g e) 5,40 g 5

28 4. (Upf 014) O funcionamento de uma pilha depende, principalmente, de serem conectados aos eletrodos metais com diferentes capacidades de sofrerem oxidação. Sendo assim, quanto maior a diferença de potencial dos eletrodos de uma pilha, maior será o valor da diferença de potencial (ddp) gerado. + Zn (aq) e Zn(s) E red 0,76V + Cu (aq) e Cu(s) E red 0, 34V Considerando as informações apresentadas e as equações expressas, assinale a alternativa incorreta: a) As concentrações das soluções utilizadas e a temperatura influenciam na diferença de potencial (ddp) de uma pilha. b) Em uma pilha, ocorrerão reações espontâneas de oxirredução. c) A ddp gerada por uma pilha é inversamente proporcional à intensidade da corrente elétrica produzida por essa pilha. d) Uma pilha de zinco (Zn(s) ) e cobre (Cu(s) ), + em regime de descarga, leva à produção de íons Zn e cobre metálico. e) A elevação da temperatura aumenta a velocidade das reações direta e inversa, embora haja um maior favorecimento no sentido das reações endotérmicas. 5. (Mackenzie 014) Utilizando eletrodos inertes, foram submetidas a uma eletrólise aquosa em série, duas soluções aquosas de nitrato, uma de níquel (II) e outra de um metal Z, cuja carga catiônica é desconhecida. Após, 1 hora, 0 minutos e 5 segundos, utilizando uma corrente de 10 A, foram obtidos 14,500 g de níquel (II) e 5,875 g do metal Z. Dados: massas molares (g/mol) Ni = 58 e Z = 07 1 Faraday = C De acordo com essas informações, é correto afirmar que a carga iônica do elemento químico Z é igual a a) +1 b) + c) +3 d) +4 e) (Unicamp 014) A produção mundial de gás cloro é de 60 milhões de toneladas por ano. Um processo eletroquímico moderno e menos agressivo ao meio ambiente, em que se utiliza uma membrana semipermeável, evita que toneladas de mercúrio, utilizado no processo eletroquímico convencional, sejam dispensadas anualmente na natureza. Esse processo moderno está parcialmente esquematizado na figura abaixo. a) Se a produção anual de gás cloro fosse obtida apenas pelo processo esquematizado na figura abaixo, qual seria a produção de gás hidrogênio em milhões de toneladas? b) Na figura, falta representar uma fonte de corrente elétrica e a formação de íons OH. Complete o desenho com essas informações, não se esquecendo de anotar os sinais da fonte e de indicar se ela é uma fonte de corrente alternada ou de corrente contínua. 6

29 7. (Upf 014) O uso de cloro na desinfecção de águas foi iniciado com a aplicação do hipoclorito de sódio (NaC O (aq) ) e, primeiramente, era empregado somente em casos de epidemias. A partir de 190, a cloração foi adotada de maneira contínua na Bélgica, e, a partir de 1909, passou a ser utilizado o gás cloro (C (g) ), armazenado em cilindros revestidos com chumbo. O gás cloro (C (g) ) pode ser obtido por dois processos de eletrólise: eletrólise da água do mar ou de uma salmoura e eletrólise ígnea de cloreto de sódio fundido. 0 Na ( ) e Na( ) E red,71 V 0 C (g) e C (aq) E red 1,36 V Considerando os processos de eletrólise e as substâncias químicas relacionadas no quadro acima, analise as afirmativas e assinale a CORRETA. a) Para o preparo de 1L de uma solução de NaC O (aq) com concentração em quantidade de matéria de 1 0,6 mol L, devem ser dissolvidos 4,466 g do soluto. b) No processo de eletrólise do NaC (), ocorre redução no compartimento do cátodo, sendo este ligado ao polo negativo. c) Eletrólise é um processo de oxirredução espontâneo no qual ocorre conversão de energia química em energia elétrica. d) A substância química NaC (s) conduz a corrente elétrica, mesmo no estado sólido, pois apresenta íons em sua estrutura cristalina. e) A decomposição do cloreto de sódio é um processo espontâneo e sua reação pode ser descrita como: NaC ( ) Na( ) C (g), sendo o potencial da célula negativo. 8. (Ufsm 014) O processo de eletrólise pode ser empregado para tratar paciente com câncer no pulmão. A terapia consiste na colocação de eletrodos no tecido a ser tratado e, a seguir, é aplicada uma corrente elétrica originando um processo de oxirredução. O processo de eletrólise gera produtos, como C e OH, os quais atacam e destroem as células doentes que estão na região próxima aos eletrodos. Utilizando eletrodos inertes (platina), as semirreações que ocorrem são: HO e H OH C C e Analise as afirmações a seguir. I. No ânodo, ocorre liberação de C. II. O meio fica básico na região próxima ao cátodo. III. A água se oxida no cátodo. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas II e III. 9. (Ime 014) Realiza-se a eletrólise de uma solução aquosa diluída de ácido sulfúrico com eletrodos inertes durante 10 minutos. Determine a corrente elétrica média aplicada, sabendo-se que foram produzidos no catodo 300 ml de hidrogênio, coletados a uma pressão total de 0,54 atm sobre a água, à temperatura de 300 K. Considere: Pressão de vapor da água a 300 K Constante de Faraday: 1 1F C mol ; Constante universal dos gases perfeitos: a),0 A b) 1,93 A c) 1,08 A d) 0,97 A e) 0,48 A 0,060 atm; 1 1 R 0,08 atm L K mol. 7

30 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto: O uso mais popular do cloreto de sódio é na cozinha, onde é utilizado para acrescentar sabor a uma infinidade de alimentos e também como conservante e material de limpeza. É na indústria química, no entanto, que ele é mais consumido. São inúmeros os processos que fazem uso de produtos do processamento desse sal. 10. (Unicamp 014) O uso industrial do cloreto de sódio se dá principalmente no processo de obtenção de alguns importantes produtos de sua eletrólise em meio aquoso. Simplificadamente, esse processo é feito pela passagem de uma corrente elétrica em uma solução aquosa desse sal. Pode-se afirmar que, a partir desse processo, seriam obtidos: a) gás hidrogênio, gás oxigênio e ácido clorídrico. b) gás hidrogênio, gás cloro e ácido clorídrico. c) gás hidrogênio, gás cloro e hidróxido de sódio em solução. d) gás hidrogênio, gás oxigênio e hidróxido de sódio em solução. 11. (Mackenzie 013) O fluoreto de sódio é um sal inorgânico derivado do fluoreto de hidrogênio, usado na prevenção de cáries, na fabricação de defensivos agrícolas e pastas de dentes. Nessa última aplicação, esse sal inibe a desmineralização dos dentes, prevenindo, por isso, as cáries. Em condições e cuidados adequados para tal, foram realizadas as eletrólises ígnea e aquosa dessa substância, resultando em uma série de informações, as quais constam da tabela a seguir: Eletrólise ígnea Eletrólise aquosa Descarga no ânodo íon F - íon OH - Substância produzida no ânodo gás flúor vapor de água Descarga no cátodo íon Na + íon H + Substância produzida no cátodo sódio metálico gás hidrogênio De acordo com seus conhecimentos eletroquímicos, pode-se afirmar que, na tabela preenchida com informações dos processos eletrolíticos, a) não há informações incorretas. b) todas as informações estão incorretas. c) há apenas uma informação incorreta. d) há duas informações incorretas. e) há três informações incorretas. 1. (Ufrn 013) A purificação do cobre é essencial para sua aplicação em fios condutores de corrente elétrica. Como esse metal contém impurezas de ferro, zinco, ouro e platina, é preciso realizar um processo de purificação na indústria para obtê-lo com mais de 99% de pureza. Para isso, é necessário colocá-lo no anodo de uma cuba com solução aquosa de sulfato de cobre e aplicar corrente elétrica de forma a depositá-lo no catodo, fazendo-o atingir essa pureza. Apesar de ser um método lento e de consumir grande quantidade de energia, os custos de produção são compensados pelos subprodutos do processo, que são metais como ouro, platina e prata. O método de purificação do cobre é conhecido como a) pilha galvânica, sendo que, no anodo, ocorre a oxidação do cobre metálico, e o metal que se deposita no catodo é resultado da redução dos íons Cu + da solução aquosa. b) eletrólise, sendo que, no anodo, ocorre a oxidação do cobre metálico, e o metal que se deposita no catodo é resultado da redução dos íons Cu + da solução aquosa. c) eletrólise, sendo que, no anodo, ocorre a redução do cobre metálico, e o metal que se deposita no catodo é resultado da oxidação dos íons Cu + da solução aquosa. d) pilha galvânica, sendo que, no anodo, ocorre a redução do cobre metálico, e o metal que se deposita no catodo é resultado da oxidação dos íons Cu + da solução aquosa. 13. (Ibmecrj 013) Um experimento de eletrólise foi apresentado por um estudante na feira de ciências da escola. O esquema foi apresentado como a figura abaixo: O estudante listou três observações que realizou em sua experiência: I. Houve liberação de gás cloro no eletrodo 1. II. Formou-se uma coloração rosada na solução próxima ao eletrodo quando se adicionaram gotas de fenolftaleína. III. Ocorreu uma reação de redução do cloro no eletrodo 1. Assinale a alternativa que indica as observações corretas quanto à experiência: a) I e III b) II c) I e II d) I, II e III e) III 8

31 14. (Udesc 013) O alumínio é produzido por meio da eletrólise do óxido de alumínio, obtido pelo processamento da bauxita. A equação que representa a eletrólise é: A O3(s) 4 A (s) 3 O (g) Sobre esta reação, é correto afirmar que o: a) O é formado no cátodo. b) alumínio é oxidado. c) estado de oxidação do alumínio no A O 3 é +. d) alumínio é reduzido. e) estado de oxidação do oxigênio no A O 3 é (Enem 013) Eu também podia decompor a água, se fosse salgada ou acidulada, usando a pilha de Daniell como fonte de força. Lembro o prazer extraordinário que sentia ao decompor um pouco de água em uma taça para ovos quentes, vendo-a separar-se em seus elementos, o oxigênio em um eletrodo, o hidrogênio no outro. A eletricidade de uma pilha de 1 volt parecia tão fraca, e, no entanto podia ser suficiente para desfazer um composto químico, a água SACKS, O. Tio Tungstênio: memórias de uma infância química. São Paulo: Cia. das Letras, 00. O fragmento do romance de Oliver Sacks relata a separação dos elementos que compõem a água. O princípio do método apresentado é utilizado industrialmente na a) obtenção de ouro a partir de pepitas. b) obtenção de calcário a partir de rochas. c) obtenção de alumínio a partir da bauxita. d) obtenção de ferro a partir de seus óxidos. e) obtenção de amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio. 16. (Uern 013) Um brinquedo, movido a pilha, fica ligado durante 1,5 hora até ser desligado. Sabe-se que a pilha e recarregável e o seu metal é o magnésio, que possui uma corrente de ma. Qual foi o desgaste aproximado de magnésio nesse período? Dado: 1F= C a) 17,8 g. b) 14, g. c) 8,9 g. d) 7,3 g. 17. (Espcex (Aman) 013) Duas cubas eletrolíticas distintas, uma contendo eletrodos de níquel (Ni) e solução aquosa de NiSO 4 e outra contendo eletrodos de prata (Ag) e solução aquosa de AgNO 3, estão ligadas em série, conforme mostra a figura ao lado. Esse conjunto de cubas em série é ligado a uma bateria durante um certo intervalo de tempo, sendo observado um incremento de 54 g de massa de prata em um dos eletrodos de prata. Desse modo, o incremento da massa de níquel em um dos eletrodos de níquel é de Dados: Constante de Faraday = Coulombs/mol de elétrons; Massa molar do níquel = 59 g/mol; Massa molar da prata = 108 g/mol. a) 59,3 g b) 36,5 g c) 14,75 g d) 13,89 g e) 1,45 g TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Investigadores da Stanford University (Estados Unidos) estão desenvolvendo um processo para obtenção de energia que é praticamente o inverso do que acontece na dessalinização de água: O protótipo de dispositivo é formado por um elétrodo que atrai íons positivos como Na +, e por outro que atrai íons negativos como C. Quando os dois elétrodos são imersos em água salgada captam os respectivos íons presentes no sal, e o movimento destes íons cria corrente elétrica. Os elétrodos são em seguida recarregados através da drenagem da água salgada e da sua substituição por água doce, que é acompanhada de uma corrente elétrica de tensão relativamente baixa, o que permite libertar os íons dos elétrodos. Quando esta leva de água doce é por sua vez drenada, os já referidos elétrodos estão prontos para atrair mais íons da água salgada. Para alcançar elevadas eficiências de conversão, um elétrodo de prata foi utilizado para estabelecer uma boa ligação com os íons cloreto. Fonte: 9

32 18. (Uepb 013) Com relação aos elétrodos do sistema é correto afirmar: a) O elétrodo de prata só atrai pares NaC para garantir a neutralidade do sistema. b) O elétrodo de prata é o polo negativo. c) A prata foi utilizada como elétrodo por ser um material barato e pouco poluente. d) O elétrodo de prata também atrai os Na +. e) O elétrodo de prata é o polo positivo. 19. (Uerj 01) Em um experimento pioneiro, a cientista Marie Curie isolou a forma metálica do elemento químico rádio, por meio da eletrólise ígnea com eletrodos inertes do cloreto de rádio. Nomeie o tipo de ligação interatômica presente no cloreto de rádio e escreva a equação química que representa a eletrólise desse composto. 0. (Uepa 01) Este ano foi noticiado pelo jornal Ventos do Norte que um aluno do ensino médio danificou um Opala Couper, ano 1975, do professor de História de uma escola pública de Belém. Entre as peças mais danificadas estava o para-choque cromado. Ao levar para cromagem, o técnico da empresa explicou para o professor que para recuperar o para-choque, seria necessário um banho de crômio por 6h, e que neste processo ele utilizaria uma corrente de 10A. Para saber mais: O banho de crômio é uma solução aquosa de óxido de crômio VI (CrO 3). O CrO 3 em água forma o ácido crômico (HCrO 4), que é consumido durante a deposição do crômio metálico. A equação abaixo representa a redução do crômio: 0 CrO4 8H 6e Cr 4HO (Extraído e adaptado de: LUTFI, Mansur. Os ferrados e os cromados. Ijui-RS: Ed. UNIJUÍ, 005.) Dados: Constante de Faraday 9, C, Massa molar do crômio 5 g mol. Com base no texto, julgue as afirmativas abaixo. I. O banho de crômio é um exemplo de eletrólise empregado em indústrias de galvanoplastia. II. A massa de crômio usada na recuperação do para-choque foi de 19,39 g. III. Na equação de redução o crômio VI perde 6 elétrons. IV. A redução do crômio ocorre no anodo. De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é: a) I, II e IV b) I, III e IV c) I e II d) I e III e) I e IV 1. (Ufjf 01) Os produtos comerciais, água sanitária e água oxigenada, são, respectivamente, soluções de hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio. Suas aplicações vão do uso doméstico ao industrial, passando pela desinfecção de água de piscinas e da rede de abastecimento, de hospitais, entre outros. Dados: 0 O g H aq e HO aq E 0,695 V C O H O e C OH E 0,90 V aq aq aq 0 4 aq aq aq MnO 8H 5 e Mn 4H O E 1,51 V a) Se misturarmos água sanitária com água oxigenada, teremos a produção de oxigênio, de acordo com a reação: C O aq HO aq C aq HO O g Indicar o agente oxidante e o agente redutor. b) Calcule o E do processo do item a. O processo é ou não espontâneo? Por quê? c) Sabe-se que os íons permanganato e manganês II, quando em solução, têm colorações violeta e incolor, respectivamente. Qual (is) agente (s) mostrado (s) nas semirreações poderia (m) descolorir uma solução de permanganato em meio ácido? Justifique sua resposta. d) Escreva a reação balanceada do permanganato com peróxido de hidrogênio em meio ácido.. (Pucrj 01) Considerando 1 F = C (quantidade de eletricidade relativa a 1 mol de elétrons), na eletrólise ígnea do cloreto de alumínio, A C 3, a quantidade de eletricidade, em Coulomb, necessária para produzir 1,6 g de alumínio metálico é igual a: a) C. b) C. c) C. d) C. e) C. 0 30

33 3. (Mackenzie 01) Pode-se niquelar (revestir com uma fina camada de níquel) uma peça de um determinado metal. Para esse fim, devemos submeter um sal de níquel (II), normalmente o cloreto, a um processo denominado eletrólise em meio aquoso. Com o passar do tempo, ocorre a deposição de níquel sobre a peça metálica a ser revestida, gastando-se certa quantidade de energia. Para que seja possível o depósito de 5,87 g de níquel sobre determinada peça metálica, o valor da corrente elétrica utilizada, para um processo de duração de 1000 s, é de Dados: Constante de Faraday = C Massas molares em (g/mol) Ni = 58,7 a) 9,65 A. b) 10,36 A. c) 15,3 A. d) 19,30 A. e) 8,95 A. 4. (G1 - ifpe 01) O processo de eletrodeposição em peças metálicas como: talheres, instrumentos cirúrgicos, automóveis, não é utilizado apenas para embelezamento das mesmas, mas também para sua proteção contra a corrosão. Deseja-se niquelar 10 peças de aço idênticas utilizando-se uma solução de sulfato de níquel II. Para niquelar cada uma, gasta-se 1,18g de níquel utilizando uma corrente elétrica de 38,6 A. Devido às dimensões reduzidas do equipamento, só é possível niquelar uma peça por vez. Desprezando o tempo necessário para colocação das peças no equipamento, assinale a alternativa que indica corretamente o tempo gasto para fazer a niquelação das 10 peças. Dados: 1F = C e Ni = 59g/mol. a) 16 min e 40 segundos b) 0 min e 50 segundos c) 4 min e 0 segundos d) 35 min. e 10 segundos e) 14 min. e 9 segundos 5. (Uftm 01) Possivelmente, o cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Acredita-se que, por volta de a.c., tenha sido encontrado na superfície da Terra em forma de cobre nativo, o metal puro em seu estado metálico. Usado inicialmente para substituir a pedra como ferramenta de trabalho e na confecção de armas e de objetos de decoração, o cobre tornou-se, pelas suas propriedades, uma descoberta fundamental na história da civilização humana. ( Adaptado.) O cobre na indústria é obtido por processo eletrolítico a partir do cobre impuro. Na figura é representada uma cuba eletrolítica contendo duas placas metálicas, uma de cobre puro e outra de cobre impuro, mergulhadas em solução aquosa de CuSO 4. a) Qual das placas representadas na figura corresponde ao cobre impuro? Justifique. b) Escreva as equações das reações químicas que ocorrem no cátodo e no ânodo, considerando somente as espécies de cobre. 6. (Ime 01) O alumínio pode ser produzido industrialmente pela eletrólise do cloreto de alumínio fundido, o qual é obtido a partir do minério bauxita, cujo principal componente é o óxido de alumínio. Com base nas informações acima, calcule quantos dias são necessários para produzir 1,00 tonelada de alumínio puro, operando-se uma cuba eletrolítica com cloreto de alumínio fundido, na qual se faz passar uma corrente elétrica constante de 10,0 ka. Dado: 1F = C. 7. (Ufes 01) A corrosão, processo eletroquímico espontâneo, é responsável pela deterioração de utensílios e eletrodomésticos em nossos lares, pelos custos de manutenção e substituição de equipamentos, pela perda de produtos e por impactos ambientais decorrentes de vazamentos em tanques e tubulações corroídos, nas indústrias. Em equipamento feito de aço, ligas formadas de ferro e carbono, a corrosão pode ser ocasionada pela oxidação do ferro e a redução da água, em meio neutro ou básico. a) Escreva as equações químicas balanceadas que descrevem a oxidação do ferro em meio aquoso neutro e a formação de hidróxido ferroso. b) Explique a influência do ph na formação do hidróxido ferroso. c) Calcule o potencial da reação de oxidação de ferro e justifique a espontaneidade desse processo eletroquímico. d) Dê a configuração eletrônica do átomo de ferro e do íon ferroso. Dados: Semirreações: 0 O (g) HO( ) 4e 4OH (aq) E 0,40 V 0 Fe (aq) e Fe(s) E 0,44 V 31

34 8. (Uern 01) Submetendo o cloreto de cálcio CaC a uma eletrólise ígnea com uma corrente elétrica de intensidade igual a 0 ampères que atravessa uma cuba eletrolítica durante 1/4 da hora, o volume do gás cloro obtido é igual a a) 1,1 L. b),1 L. c),4 L. d) 44,8 L. 9. (Uel 01) Em uma célula eletrolítica contendo solução de NiSO4 foram imersos dois eletrodos inertes. Determine a massa de níquel metálico e a de gás oxigênio produzidas após a passagem, pela célula, de uma corrente de 4,0 A durante 1,0 h. Dado: 1 mol de Ni = 58; 7 gramas, 1 mol de O 3 ; 0 gramas. Ni e Ni E 0,6V 0 (s) 0 4e O(g) 4H HO E 1,3V Apresente os cálculos realizados na resolução da questão. 30. (Ufg 01) Em metalurgia, um dos processos de purificação de metais é a eletrodeposição. Esse processo é representado pelo esquema abaixo, no qual dois eletrodos inertes são colocados em um recipiente que contém solução aquosa de NiC. Dados: Constante de Faraday: C/mol Massa Molar do Ni: 59 g/mol Baseando-se no esquema apresentado, a) escreva as semirreações, que ocorrem no cátodo e no ânodo, e calcule a corrente elétrica necessária para depositar 30 g de Ni (s) em um dos eletrodos durante um período de uma hora; b) calcule a massa de NiC, com excesso de 50%, necessária para garantir a eletrodeposição de 30 g de Ni (s). 31. (Fuvest 01) A determinação da carga do elétron pode ser feita por método eletroquímico, utilizando a aparelhagem representada na figura ao lado. Duas placas de zinco são mergulhadas em uma solução aquosa de sulfato de zinco (ZnSO 4 ). Uma das placas é conectada ao polo positivo de uma bateria. A corrente que flui pelo circuito é medida por um amperímetro inserido entre a outra placa de Zn e o polo negativo da bateria. A massa das placas é medida antes e depois da passagem de corrente elétrica por determinado tempo. Em um experimento, utilizando essa aparelhagem, observou-se que a massa da placa, conectada ao polo positivo da bateria, diminuiu de 0,037 g. Este foi, também, o aumento de massa da placa conectada ao polo negativo. a) Descreva o que aconteceu na placa em que houve perda de massa e também o que aconteceu na placa em que houve ganho de massa. b) Calcule a quantidade de matéria de elétrons (em mol) envolvida na variação de massa que ocorreu em uma das placas do experimento descrito. c) Nesse experimento, fluiu pelo circuito uma corrente de 0,050 A durante 190 s. Utilizando esses resultados experimentais, calcule a carga de um elétron. 3

35 3. (Udesc 01) As baterias classificadas como células secundárias são aquelas em que a reação química é reversível, possibilitando a recarga da bateria. Até pouco tempo atrás, a célula secundária mais comum foi a bateria de chumbo/ácido, que ainda é empregada em carros e outros veículos. As semirreações padrões que ocorrem nesta bateria são descritas abaixo: o 4(s) (s) 4 (aq) I. PbSO e Pb SO E 0,36 V o (s) (aq) 4 (aq) 4(s) ( ) II. PbO 4H SO e PbSO H O E 1,69 V Considerando a reação de célula espontânea, assinale a alternativa que apresenta a direção da semirreação I e seu eletrodo; a direção da semirreação II e seu eletrodo; e o potencial-padrão da bateria, respectivamente. a) direção direta no ânodo; direção inversa no cátodo; +1,33 V b) direção inversa no ânodo; direção direta no cátodo; +,05V c) direção inversa no cátodo; direção direta no ânodo; +,05 V d) direção direta no ânodo; direção inversa no cátodo; +,05 V e) direção inversa no ânodo; direção direta no cátodo; +1,33V PROPRIEDADES COLIGATIVAS Definição: São propriedades que dependem apenas do número de partículas dispersas em solução, independentemente da natureza dessas partículas. Existem quatro efeitos, fenômenos ou propriedades coligativas das soluções, que são: EFEITO OU PROPRIEDADE COLIGATIVA Diminuição ou abaixamento da pressão máxima de vapor do solvente Aumento ou elevação da temperatura de ebulição do solvente Diminuição ou abaixamento da temperatura de congelamento do solvente Pressão osmótica ESTUDADO PELA Tonoscopia ou tonometria Ebulioscopia ou ebuliometria Crioscopia ou criometria Osmoscopia ou osmometria Qualquer efeito coligativo numa solução iônica é mais acentuado que numa solução molecular, de mesma molalidade (ou molaridade, no caso de osmometria) E colig i > E colig m No caso de soluções iônicas, devido ao fenômeno da dissociação iônica ou ionização, devemos introduzir nessas equações o fator de correção de Van t Hoff. Fator de correção de Van t Hoff (i): i = 1 + α (q 1) i = fator de correção de Van t Hoff α = grau de ionização ou dissociação do soluto q = número de partículas produzidas na dissociação ou ionização de cada fórmula do soluto Assim, temos: E colig = K t W i (tonoscopia) E colig = K e W i (ebulioscopia) E colig = K c W i (crioscopia) = M R T i (osmometria) QUESTÕES DISCURSIVAS 1. Uma solução molecular aquosa saturada de uma substância A em água apresenta, a 1 C, uma pressão de vapor igual a 18,31 mmhg. Nessa temperatura a água pura tem uma pressão de vapor igual a 18,65 mm Hg. Calcule: a) abaixamento absoluto da pressão de vapor; b) abaixamento relativo da pressão de vapor (tonoscopia); c) valor da constante tonoscopica; d) amolalidade da solução mencionada. Calcule o abaixamento relativo da pressão de vapor do ciclo-hexano, C 6 H 1, numa solução 0,4 molal de anidrido ftálico. C 6 H 1 (M) = 84 g/mol. Resp.: 0,0336 ou 3,36% 33

36 3. Prepara-se uma solução aquosa de glicose, C 6 H 1 O 6, adicionando-se 1 mol desse açúcar em 500 g de água. Qual a pressão de vapor da solução obtida, a 5 ºC, sabendo-se que a pressão de vapor da água pura é 3,76 mmhg nesta temperatura? Resp.:,90 mmhg 4. Calcule a temperatura de ebulição de uma solução aquosa de uréia (CON H 4 ), sabendo que essa solução - contém 6%, em massa, de uréia. (Dado: K e = 0,5 ºC/1000 g) Resp.:100,5ºC 5. (Fatec-SP) Sob pressão normal, uma dada solução, contendo 9,0 g de uma substância A dissolvida em 400 g de água, entra em ebulição a 100,6ºC. Qual a massa molecular da substância A? (Dado: K e = 0,5 ºC/1000 g) Resp.: 45u 6. (FEI-SP) Uma solução 0,100 molal de um monoácido está 45,0% ionizada. Calcule a temperatura de congelamento dessa solução. (Constante crioscópica: K = 1,86ºC.) Resp.: -0,697ºC 7. Uma solução aquosa apresenta, num volume de 300,0 ml, 4 g de hidróxido de sódio (NaOH) e 1,17 g de cloreto de sódio (NaCl). Admitindo os solutos 100% dissociados, calcule a pressão osmótica dessa solução a 7 ºC. Resp.: 19,68 atm QUESTÕES OBJETIVAS 1. (PUC/Campinas-SP) Eventualmente, a solução 0,30 M de glicose é utilizada em injeção intravenosa, pois tem pressão osmótica próxima à do sangue. Qual a pressão osmótica, em atmosferas, da referida solução a 37 C? a) 1,00 b) 1,50 c) 1,76 d) 7,63 e) 9,83. (Vunesp) Isolou-se uma proteína de uma amostra de soro sanguíneo. Uma dispersão coloidal de 685 mg da referida proteína, em água suficiente para formar 10,0 ml de solução, tem uma pressão osmótica de 0,8 atm a 7 ºC. Considerando a proteína como sendo um composto covalente típico, sua massa molecular é: (R= 0,08 l atm mal 1 K 1 ) a) 5, g/mol. b) 685 g/mol. c) g/mol. d) g/mol. e) g/mol. 3. (UFRS) Para uma solução de brometo de potássio em água, assinale a afirmação incorreta: a) A solução congela a uma temperatura inferior à da água pura. b) A pressão de vapor de água na solução é maior que a da água pura. c) A solução ferve a uma temperatura mais alta que a da água pura. d) Adicionando mais KBr à solução, eleva-se sua temperatura de ebulição. e) Adicionando água à solução, eleva-se sua temperatura de fusão. 4. (PUC-PR) Uma solução de 16 g de brometo de cálcio (CaBr ) em 800 g de água eleva de 0,13 C o ponto de ebulição dessa solução (K e = 0,5). O grau de dissociação do brometo de cálcio é: (Massas atômicas: Ca = 40; Br = 80) a) 30% b) 45% c) 60% d) 68% e) 75% 5. (FEI-SP) Uma solução aquosa de cloreto de sódio, na qual se admite o sal totalmente dissociado, ferve, à temperatura de 101,3 C ao nível do mar. (Constante ebulioscópica molal da água = 0,5 C. Constante crioscópica molal da água = 1,86 C.) Essas informações permitem prever, de acordo com as propriedades coligativas, que o ponto de congelação da solução é: a) 3,7 C b) 1,86 C c) 4,65 C d) 5,58 C e),79 C 34

37 6. (ITA-SP) Que molaridade do soluto deve ter uma solução aquosa de BaCl para que o abaixamento crioscopico seja praticamente o mesmo que o observado na solução aquosa 0,030 molar de NaCl? a) 0,015 b) 0,00 c) 0,030 d) 0,045 e) 0, (UFMG) Considere as duas soluções aquosas de NaCI indicadas no quadro: Solução Massa de NaCl (g) Volume de solvente (l) I 58,5 1,0 II 90,5 1,0 Todas as afirmativas sobre essas soluções estão corretas, exceto: a) A solução I tem maior pressão de vapor do que a solução II, à mesma temperatura. b) A solução II entra em ebulição a uma temperatura mais alta do que a solução I. c) A solução II congela a uma temperatura mais alta do que a solução I. d) As soluções I e II têm pontos de ebulição superiores ao da água. e) As soluções I e II solidificam a temperaturas inferiores à de solidificação da água. 8. (UFCE) Dadas as seguintes soluções aquosas: I. 10 M, de C 1 H O 11 II. 10 M, de HCl III. 10 M, de C 6 H 1 O 6 IV. 10 M, de KNO 3 V. 10 M, de (NH 4 ) SO 4 qual apresenta maior temperatura de ebulição? a) I b) II c) III d) IV e) V 9. (Osec-SP) Têm-se cinco soluções aquosas diluídas de mesma molalidade dos solutos abaixo. A solução que congela em temperatura mais próxima de 0 C é a solução de: a) cloreto de sódio. b) sacarose. c) sulfato de alumínio. d) ácido acético. e) ácido sulfúrico. GABARITO 1. D. A 3. B 4. E 5. C 6. B 7. C 8. E 9. B TERMOQUÍMICA 1. (Unesp) O pentano, CH 5 1, é um dos constituintes do combustível utilizado em motores de combustão interna. Sua síntese, a partir do carbono grafite, é dada pela equação: 5 C grafite 6 H (g) C5H 1(g) Determine a entalpia ΔH da reação de síntese do pentano a partir das seguintes informações: C H (g) 8 O (g) 5 CO (g) 6 H O( ) ΔH 3537 kj 5 1 C grafite O (g) CO (g) ΔH 394 kj 1 H (g) O (g) HO( ) ΔH 86 kj 35

38 . (Uerj) O metanal é um poluente atmosférico proveniente da queima de combustíveis e de atividades industriais. No ar, esse poluente é oxidado pelo oxigênio molecular formando ácido metanoico, um poluente secundário. Na tabela abaixo, são apresentadas as energias das ligações envolvidas nesse processo de oxidação. Ligação Energia de ligação (kj mol -1 ) O = O 498 C H 413 C O 357 C = O 744 O H 46 Em relação ao metanal, determine a variação de entalpia correspondente à sua oxidação, em kj.mol -1, e nomeie sua geometria molecular. 3. (Ufes) A equação abaixo representa um grande problema causado pela poluição atmosférica: a desintegração lenta e gradual que ocorre nas estátuas e monumentos de mármore (CaCO 3 ), exercida pelo ácido sulfúrico formado pela interação entre SO, o oxigênio do ar e a umidade. CaCO 3 (s) + H SO 4 (aq) CaSO 4 (s) + H O(l) + CO (g) Calor de Formação (kj/mol,5ºc e 1 atm) CaCO 3 H SO 4 CaSO 4 H 1 O CO CaO ,8-1434, ,5 635,5 De acordo com os dados acima, a) determine a variação de entalpia da reação entre o ácido e o calcário (CaCO 3 ); b) escreva a equação da reação de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO 3 ); c) determine a entalpia de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO 3 ); d) calcule a quantidade máxima de gesso (CaSO 4 ) que pode ser formada pela reação de 44,8 litros de SO (g) lançado na atmosfera, nas CNTP. 4. (Ufc) A reação de fotossíntese é 6CO (g) + 6H O (l) C 6 H 1 O 6(s) + 6O (g). Estima-se que, em uma floresta tropical, cerca de kj m - de energia solar são armazenados pelas plantas para realização da fotossíntese durante o período de um ano. A partir dos valores de entalpia padrão de formação fornecidos abaixo, calcule: Substância Entalpia padrão de formação (kj mol -1) CO (g) -394 H O (l) -86 C 6 H 1 O 6(s) O (g) 0 a) a massa de CO que será retirada da atmosfera por m de floresta tropical durante o período de um ano. b) a massa de O que será adicionada à atmosfera por m de floresta tropical durante o período de um ano. 5. (Puc-rio) A amônia (NH 3 ) é usada na produção de fertilizantes nitrogenados, na fabricação de explosivos e de plásticos. Na indústria, a amônia pode ser obtida a partir de seus elementos constituintes, por um processo denominado Processo de Haber (reação a seguir), em homenagem ao químico alemão Fritz Haber que desenvolveu esse método de síntese em altas pressões. N (g) + 3H (g) 36 NH 3 (g) H º = - 9, KJ mol -1 a 5 C a) A decomposição da amônia é um processo endotérmico? Justifique. b) Calcule o valor de Hº, a 5 C, quando são produzidos 0,340 g de amônia. c) O que ocorre ao equilíbrio quando se retira NH 3 durante a sua produção no Processo Haber?

39 6. (Ufrn) A hidrazina (N H 4 ) é um combustível que pode substituir a gasolina (C 8 H 18 ) em motores de explosão. Um estudante de Química coletou, na literatura especializada, dados termodinâmicos relativos às reações de combustão desses dois combustíveis. Fazendo uso desses dados, atenda às solicitações a seguir. a) Escrever as equações balanceadas de combustão da Hidrazina e da Gasolina. b) Calcular a variação de energia livre por mol de combustível para essas reações (ver Tabela 1). c) Considerando dois carros iguais, com motores de mesmo desempenho, determinar, por meio de cálculos, qual dos combustíveis deverá proporcionar maior quilometragem por litro (ver Tabelas 1 e ). 7. (Ufrn) Num teste químico simples, pode-se identificar a presença de ureia nos fertilizantes. A ureia sólida reage a quente com o hidróxido de sódio, liberando gás amônia (reconhecível pelo cheiro característico), como mostra a reação: CO(NH ) (s) + NaOH(s) Δ Na CO 3 (s) + NH 3 (g) a) Considerando essas informações e as da tabela ao lado, calcule a variação da energia livre ( G ) da reação. b) Para a reação, nas condições do ambiente (5 C e 1,0 atm), a variação de entalpia é Hº = -50,6 kj por mol de ureia. Nessa reação, a desordem das partículas aumenta ou diminui? Justifique, com base nos cálculos necessários. TERMODINÂMICA - COMPLEMENTOS Ex. - Calcule o trabalho de expansão, realizado a 17ºC, pela reação C H 6(g) + 7O (g) 4 CO (g) + 6 H O (g) a) Para as quantidades escritas na equação b) Em relação a um mol de C H 6 SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA A espontaneidade de uma transformação (física ou química) depende da desordem (entropia), do estado de energia (entalpia) e da temperatura. G = H T S 37

40 A entropia (S) aumenta com qualquer transformação espontânea em um sistema isolado. Ou seja, S > 0 G é chamado de variação de ENERGIA LIVRE DE GIBBS e mede a espontaneidade de uma reação. Se G <0, a reação é espontânea. Se G >0, a reação é não-espontânea. Se G = 0, a reação esta em equilíbrio. EX. - Calcule o G da reação abaixo e forneça a temperatura que a mesma se torna espontânea: (7ºCe 1 atm) C(grafite) + CO (g) CO(g) Dados: H = +17 KJ/mol; S = J/K.mol A entropia e as mudanças de fase: G = H T S = 0 (em equilíbrio) EX.1 - O calor de fusão do ouro é de 1,36 KJ/mol, e a sua entropia de fusão é de 9,50 J/K.mol. Qual é o ponto de fusão do ouro? Ex. - Calcule a temperatura de fusão do alumínio, sabendo que seu calor de fusão é 10,7 KJ/mol e a entropia de fusão é 11,4 J/mol K. Calcule a energia de organização do alumínio no processo. TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA A entropia de uma substância é zero no zero absoluto. EX.1 - Calcule o S o para a reação, a 5 o C: CH 3 OH (l) + 3 O (g) CO (g) + 4 H O (g) Dados: (Sº CH 3OH = 16,3 J/K mol; Sº O = 05,1J/K mol; Sº HO = 188,7J/K mol; Sº CO = 13,6J/K mol) EX. - Calcule a energia livre de Gibbs-padrão deformação de cloreto de amônio, a 5 o C. Dados: (Sº N = 191,5J/K mol; Sº H = 130,6J/K mol; Sº Cl = 3,0J/K mol; Sº NH4 Cl = 94,6J/K mol; H o form NH 4Cl = -314,4KJ/mol) EX.3 - Calcule a energia livre de Gibbs-padrão molar de combustão do etano, a 5ºC. Dados: (Gº CO = -394,4KJ/mol; Gº H O = -8,6KJ/mol; Gº C H 6 = -3,9KJ/mol; Gº O = 0KJmol) O etano queima em presença de oxigênio? RADIOATIVIDADE A emissão de partículas do núcleo faz com que o átomo radioativo de determinado elemento químico se transforme num átomo de outro elemento químico diferente. Emissões Alfa 4 Beta 0 1 Gama 0 0 São partículas pesadas, com São partículas leves, São radiações carga elétrica positiva, com carga elétrica eletromagnéticas Características constituídas de prótons e de negativa e massa semelhantes aos raios nêutrons (como um núcleo do desprezível (semelhante X. Não possuem carga átomo de hélio). a elétrons). elétrica e não possuem massa. 38

41 PRIMEIRA LEI DE SODDY Quando um átomo emite uma partícula 4, seu número atômico (Z) diminui de unidades e seu número de massa (A) diminui de 4 unidades. A 4 A 4 ZX Z Y SEGUNDA LEI DE SODDY Quando um átomo emite uma partícula massa (A) permanece constante. 0 1, seu número atômico (Z) aumenta de 1 unidade e seu número de A 0 A ZQ 1 Z 1 R PERÍODO DE MEIA-VIDA Tempo de meia-vida ( t 1 ) ou período de semidesintegração (P) é o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos existentes em uma dada amostra. n0 n t x x P VELOCIDADE DE DESINTEGRAÇÃO: V A velocidade de desintegração, v, de uma amostra de determinado isótopo radioativo indica o número de emissões ou que essa amostra produz em determinado intervalo de tempo. Pode-se calcular a velocidade de desintegração v pela relação: n n n n0 v sendo : t t t t0 Unidade: dps (Disintegração por segundos) = Becquerel Em que: n 0 = número de átomos radioativos que havia no tempo t 0 ; n = número de átomos radioativos após T. (final) Constante radioativa: C A constante radioativa, C, indica a fração de átomos desintegrados n C n n n 0 n na unidade de tempo. Vida média: Vm A vida média, simbolizada por Vm, indica o tempo que os átomos de determinado isótopo radioativo levam em média para se desintegrarem. Prova-se estatisticamente que a vida média é o inverso da constante radioativa: 1 Vm C Intensidade radioativa: i A intensidade radioativa, i, de uma amostra de determinado isótopo radioativo depende do número de partículas 4 ou 0 1 emitidas por esse isótopo na unidade de tempo, ou seja, é diretamente proporcional à constante radioativa, C, e ao número de átomos, n, desse isótopo presente na amostra. i C n Relação entre vida média e meia-vida P Vm 0,7 39

42 A FISSÃO NUCLEAR Fissão nuclear é a divisão do núcleo de um átomo em dois núcleos menores, com liberação de uma quantidade enorme de energia. A FUSÃO NUCLEAR Fusão nuclear é a junção de núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de uma quantidade enorme de energia. Radioatividade artificial Entidade Carga Massa Notação Próton +1 1 Nêutron 0 1 Elétron -1 0 Alfa + 4 Beta -1 0 Gama 0 0 Pósitron +1 0 Prótio +1 1 Deutério +1 Trítio p 1 1 n 0 0 e He ou ou 0 e 1 1 H 1 H ou D H ou 3 T Para uma reação elementar do tipo: A + B C, EXERCÍCIOS OBJETIVOS Pode-se afirmar que: a) A velocidade de consumo de A é igual à velocidade de formação de C. b) A velocidade de consumo de B é a metade da velocidade de formação de C. c) A soma das velocidades de consumo de A e B é igual à velocidade de formação de C. d) A velocidade da reação é dada pela relação v = k.[a].[b]. e) A reação de segunda ordem.. A tabela abaixo indica valores das velocidades da reação e as correspondentes concentrações em dos reagentes em idênticas condições, para o processo químico representado pela equação: a) b) c) d) e) A equação de velocidade desse processo é: 40

43 3. Para diminuir a poluição atmosférica, muitos carros utilizam conversores catalíticos, que são dispositivos como "colmeias" contendo catalisadores apropriados e por onde fluem os gases produzidos na combustão. Das seguintes afirmações acerca das reações que ocorrem nesses dispositivos: I. são todas de catálise heterogênea. II. os catalisadores são consumidos nas reações. III. os catalisadores aumentam a superfície de contato entre os reagentes. IV. baixas temperaturas provavelmente aumentam a eficácia dos conversores catalíticos. Pode-se afirmar que SOMENTE a) I está correta b) II está correta c) III está correta d) I e III estão corretas e) II e IV estão corretas 4. Considere as seguintes desintegrações: I. 8 13A 4 11Na X II. 8 13A 7 1Mg Y III. 8 13A 8 14Si T IV. 8 13A 6 13A Z As partículas X, Y, T e Z emitidas são, respectivamente, a) 1 alfa 1 próton 1 beta nêutrons b) 4 nêutrons 1 nêutron 1 alfa beta c) alfa 1 hélio 1 nêutron nêutrons d) 4 prótons nêutrons 1 próton 1 alfa e) 4 hélios 1 próton 1 beta prótons 5. Consulte a tabela periódica e responda. O decaimento equação nuclear: 90 x 0 39Y ze 1β O átomo representado por x z E é: a) Cálcio b) Escândio c) Lantânio d) Zircônio e) Estrôncio 0 1 β do ítrio 90 pode ser representado pela GABARITO 1 A D 3 A 4 A 5 - D EXERCÍCIOS DISCURSIVOS 1. Os dados da tabela abaixo se referem ao processo químico A + B + C X (T = 5 C). Experiência [A] Mol L -1 [B] Mol L -1 [C] Mol L -1 Velocidade (Mol L -1 S -1 ) 1 0,5 0,5 0,5 0,015 0,5 1,0 0,5 0, ,5 1,0 1,0 0,06 4 1,0 0,5 0,5 0,03 5 1,0 1,0 1,0 0,1 Responda: a) Qual a equação de velocidade dessa reação? b) O processo é elementar? Justifique. c) Qual é a ordem em relação a cada um dos reagentes? d) Qual é a ordem global da reação? e) O que acontecerá com a velocidade da reação quando duplicarmos a concentração dos reagentes? 41

44 f) O que acontecerá com a velocidade da reação quando for adicionado à mesma: f 1 ) Um catalisador? f) Um inibidor? f 3 ) Um promotor? f 4 ) Um veneno?. Se as etapas da reação da questão 01 forem representadas no gráfico: E 1ª Etapa ª Etapa 3ª Etapa C.R Qual é a etapa determinante? a) O valor da constante de velocidade com a respectiva unidade. b) A velocidade da reação a 5 C se as concentrações de casa um dos reagentes forem iguais a mol/l. c) Os valores das velocidades: média da reação química, média de consumo de A e C e média de formação de AC para a reação A + C A C se houvesse uma redução na concentração de C de 0,6 mol L 1 em um intervalo de tempo de 3 minutos. O QUE É MEIA-VIDA? Com a passagem do tempo, a capacidade de emissão de radiação de uma amostra diminui. A meia-vida é uma medida da taxa dessa diminuição. Como o nome sugere, meia-vida é o tempo necessário para que uma amostra perca metade de sua radioatividade original. O isótopo radioativo rádio-6, por exemplo, tem uma meia vida de 160 anos. Assim, se considerarmos uma massa inicial de rádio-6, passados 160 anos, metade dessa massa não será mais rádio-6, tendo se transmutado em outro elemento. Passado esse período, nos próximos 160 anos, metade do rádio-6 remanescente se transformará em outro elemento, restando apenas um quarto da massa radioativa original de rádio-6 na amostra. Veja outros valores de meia-vida. ISÓTOPO RADIOATIVO E SUA MEIA-VIDA Iodo dias Cobalto-60-5, 7 anos Césio anos Urânio-8-4, 5 bilhões de anos Nas questões 3 e 4, eventualmente, você precisará de informações e dados contidos no texto. Procure-os com atenção. Figura 1 - Tipos de radiação emitidas por uma amostra de rádio- 6 e os desvios sofridos por elas devido à ação de um campo elétrico uniforme. 3. a) Observando a figura 1, relacione as radiações (alfa), (beta) e (gama) aos percursos 1,, e 3. Justifique sua resposta. b) Uma das tecnologias existentes emprega o isótopo de número de massa 60 do Cobalto como fonte radioativa. Esse isótopo decai pela emissão de raios gama e de uma partícula e é produzido pelo bombardeamento de átomos de Cobalto de número de massa 59 com nêutrons. (Dados: Co (Z = 7); Ni (Z=8)) Escreva a reação de produção do Cobalto-60 a partir do Cobalto-59 e a reação de decaimento radioativo do Cobalto-60. 4

45 c) Complete as reações: Cs X I D Y a) Quanto tempo será necessário para que uma amostra de Iodo-131 tenha sua atividade radioativa reduzida à quarta parte? b) Um aparelho utilizado na irradiação de alimentos emprega uma fonte que contém, inicialmente, 100 gramas de Cobalto-60. Admitindo que o tempo de meia-vida do Cobalto-60 seja de cinco anos, calcule a massa desse isótopo presente após quinze anos de utilização do aparelho. c) Qual é a intensidade radioativa (i) provocada por 4 mol de átomos de cobalto Dê 3 diferenças entre fissão e fusão nuclear. 43

46 Prof. Daniel Pires CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO. 1. Na3 AsO3(aq) Ce(SO 4) (aq) HO Na3 AsO4(aq) Ce (SO 4 ) 3(aq) HSO 4(aq) Dado: M(Na 3 AsO 3 ) = 19 g/mol Considere a reação de oxirredução, em meio aquoso, representada pela equação não balanceada acima, as espécies que participam da reação e aquelas que são íons espectadores para responder o que se pede: a) faça o balanço de massa da equação com os menores números inteiros e, a seguir, responda apenas qual é o valor do coeficiente estequiométrico da substância que atua como agente oxidante. b) indique os íons que não participam da reação, ou seja, os íons espectadores; c) indique a espécie que atua como agente redutor; d) calcule o volume de solução aquosa, 0,100 mol/l de Ce(SO 4 ), que reage estequiometricamente com solução aquosa contendo 0,88 g de Na 3 AsO 3.. Um dos processos do ciclo natural do nitrogênio, responsável pela formação de cerca de 5% do total de compostos de nitrogênio solúveis em água, essencial para sua absorção pelos vegetais, é a sequência de reações químicas desencadeada por descargas elétricas na atmosfera (raios), que leva à formação de NO gasoso pela reação entre N e O presentes na atmosfera. A segunda etapa do processo envolve a reação do NO com a água presente na atmosfera, na forma de gotículas, representada pela equação química: x NO g y HO z HNO3 aq t NO g a) O processo envolvido na formação de NO a partir de N é de oxidação ou de redução? Determine o número de mols de elétrons envolvidos quando 1 mol de N reage. b) Balanceie a equação química da segunda etapa do processo, de modo que os coeficientes estequiométricos x, y, z e t tenham os menores valores inteiros possíveis. 3. O cobre metálico é obtido a partir do sulfeto de cobre I em duas etapas subsequentes, representadas pelas seguintes equações químicas: Etapa 1: Cu S s 3O g Cu O s SO g Etapa : CuO s C s Cu s CO g Em uma unidade industrial, 477 kg de CuS reagiram com 100% de rendimento em cada uma das etapas. Nomeie os dois gases formados nesse processo. Em seguida, calcule o volume, em litros, de cada um desses gases, admitindo comportamento ideal e condições normais de temperatura e pressão. 4. A reação de 14 g de fósforo branco com uma solução de ácido nítrico gera óxido nítrico e 98 g de ácido fosfórico. Sabendo que o rendimento da reação é 100%, determine o grau de pureza do fósforo. 5. O dióxido de enxofre (SO ) é um dos principais gases que contribuem para a chuva ácida. Ele é gerado na queima de combustíveis fósseis. Uma alternativa para diminuir a quantidade de SO atmosférico é seu sequestro por calcário triturado (CaCO 3 ), segundo a reação a seguir: CaCO 3 s SO g CaSO 3 s CO g Considere um processo industrial que produza diariamente 18 toneladas de SO. Dados Massa molar (g/mol): Ca=40; C=1; O=16; S=3. R=0,08atm.L.mol 1.K 1. a) Qual é a massa de CaCO 3 necessária para consumir a produção diária de SO? b) Calcule o volume de CO gerado diariamente. Considere 1 atm e 98 K. 6. Leia a notícia publicada em janeiro de 013. China volta a registrar níveis alarmantes de poluição atmosférica Névoa voltou a encobrir céu de cidades chinesas, como a capital Pequim. Governo chinês emitiu alerta à população para os próximos dias. (g1.globo.com) 44

47 O carvão mineral é a principal fonte de poluição do ar na China. Diariamente, o país queima milhões de toneladas de carvão para produzir energia elétrica, aquecer as casas e preparar alimentos. Além do carvão, o aumento do número de carros movidos a gasolina tem papel significativo no agravamento da poluição atmosférica. Entre as substâncias que poluem o ar da China estão o SO e compostos relacionados. Considere as equações seguintes: (1) SO g O g SO3 g () SO3 g HO g HSO 4 g Escreva a equação química que expressa a constante de equilíbrio para a reação (1). Sabendo que uma usina de geração de energia elétrica movida a carvão liberou SO suficiente para formar 1 kg de SO 3 e considerando a reação (), calcule a massa de H SO 4, em g, que se forma quando há vapor de água suficiente para reagir completamente com a quantidade de SO 3 liberada pela usina. 7. Pegada de carbono, do Inglês carbon footprint, é a massa de gases do efeito estufa emitida por uma determinada atividade. Ela pode ser calculada para uma pessoa, uma fábrica, um país ou qualquer dispositivo, considerando-se qualquer intervalo de tempo. Esse cálculo, no entanto, é bem complexo e requer informações muito detalhadas. Por isso, no lugar da pegada de carbono, utiliza-se o fator de emissão de CO, que é definido como a massa emitida de CO por atividade. Uma pessoa, por exemplo, tem um fator de emissão de cerca de 800 gramas de CO por dia, catabolizando açúcar (CH O) n e gordura (CH ) n. a) Tomando por base os dois combustíveis humanos citados (açúcar e gordura), qual deles teria maior fator de emissão de CO, considerando-se uma mesma massa consumida? Justifique. b) Uma pessoa utiliza diariamente, em média, 150 gramas de gás butano (C 4 H 10 ) cozinhando alimentos. O fator de emissão de CO relativo a esse cozimento é maior, menor ou igual ao da catabolização diária do ser humano indicada no texto? Justifique. 8. A equação que descreve uma reação de fotossíntese é apresentada a seguir, adaptada para representar todas as transformações químicas que ocorrem neste fenômeno: 6 CO (g) 6 HO( ) Energia C6H1 O 6(s) 6 O (g) No entanto, existem bactérias que realizam a fotossíntese utilizando ácido sulfídrico no lugar de água. Considerando-se o exposto, a) escreva a equação química de fotossíntese quando se utiliza ácido sulfídrico no lugar da água; b) qual será a quantidade em massa de glicose e de gás oxigênio produzida na fotossíntese, se a quantidade, em mol, de gás carbônico envolvida na reação de fotossíntese for aumentada em 5%? 9. Os fenóis são compostos com características bactericidas; seu uso como antisséptico hospitalar é mencionado desde o século XIX. Diversos produtos de higiene contêm derivados do fenol. O resorcinol pode ser sintetizado a partir da reação indicada na equação. a) Determine a massa de hidróxido de sódio necessária para produção de 55 g de resorcinol. b) Uma solução aquosa de resorcinol preparada com água destilada apresenta faixa de ph acima ou abaixo de 7,0? Justifique. 10. Pode-se obter ácido sulfúrico tratando sulfeto de arsênio, As S 3, com ácido nítrico. Além do ácido sulfúrico, forma-se AsO 4 3 e óxido nítrico. Calcule a quantidade máxima de sulfeto de arsênio que pode ser convertida por 10,0 kg de ácido nítrico. 11. Durante as tempestades, em consequência dos raios, ocorre reação entre as duas substâncias gasosas presentes em maior concentração na atmosfera, produzindo principalmente NO g e NO g. a) Equacione a reação química da reação de formação de um dos óxidos mencionados acima, indicando qual é o agente redutor. b) Escreva os nomes e as fórmulas das duas substâncias gasosas presentes em maior concentração na atmosfera. 45

48 1. Podemos obter nitrato cúprico reagindo cobre tanto com ácido nítrico diluído quanto com ácido nítrico concentrado. As equações não balanceadas são: Cu HNO3 (dil.) Cu(NO 3 ) HO NO Cu HNO Cu(NO ) H O NO 3 (conc) 3 Para obter nitrato cúprico a partir de 0 kg de cobre, pergunta-se: a) Qual dos dois processos é o mais econômico em termos de consumo de HNO 3? b) Qual a economia, em kg de HNO 3, pela escolha conveniente do processo? 13. Pinturas a óleo tendem a escurecer com o tempo. Tal escurecimento é consequência da reação do PbO, usado como pigmento branco das tintas, com H S proveniente da poluição do ar. Isso leva à formação de um produto de cor preta, o PbS. A recuperação das pinturas requer o tratamento com soluções de peróxido de hidrogênio, conforme a seguinte equação não balanceada: PbS(s) + H O (aq) PbSO 4(s) + H O(l) a) Faça o balanceamento dessa equação. b) Indique: Agente redutor: Agente oxidante: c) Calcule o volume de uma solução de peróxido de hidrogênio 0% v/v, necessário para remover completamente uma camada de 1,195g do PbS. (Dado: densidade H O pura=1,4g/ml) 14. O Fósforo pode ser produzido industrialmente por meio de um processo eletrotérmico no qual fosfato de cálcio é inicialmente misturado com areia e carvão; em seguida, essa mistura é aquecida em um forno elétrico onde se dá a reação representada a seguir: Ca 3 (PO 4 ) + 3SiO + 5C 3CaSiO 3 + 5CO + P a) Calcule a variação do número de oxidação do elemento que sofre redução. b) Determine a quantidade máxima, em mols, de fósforo formado quando são colocados para reagir 8 mols de Ca 3 (PO 4 ) com 18 mols de SiO e 45 mols de carbono. 15. O dicromato de potássio (K Cr O 7 ) é um poderoso agente oxidante utilizado para a determinação do teor de carbono orgânico do solo. A reação de oxidação é a seguinte: K Cr O 7 + 3CH O + 16H + 4Cr CO + 11H O + 4K + Massas atômicas: Cr = 5,0 u; K = 39,1 u; O = 16,0 u. Pergunta-se: a) Qual o NOX do cromo e o NOX do carbono nos compostos reagentes e nos compostos produzidos? b) Qual a quantidade de K Cr O 7 necessária para preparar 000 ml de uma solução 0, mol L -1? CINÉTICA QUÍMICA E RADIOATIVIDADE. 1. Um dos métodos de preparação de iodeto de hidrogênio com alto grau de pureza utiliza a reação direta entre as substâncias iodo e hidrogênio. Num experimento, 0 mols de iodo gasoso e 0 mols de hidrogênio gasoso foram colocados em um reator fechado com um volume útil igual a litros. A mistura foi aquecida até uma determinada temperatura, quando ocorreu a reação representada a seguir. Considere a reação irreversível. H (g) + l (g) Hl(g) No experimento, a variação da concentração de H (g) com o tempo de reação foi medida e os dados foram representados no gráfico a seguir: a) Calcule a velocidade inicial da reação. b) Calcule a concentração de iodeto de hidrogênio após 10 minutos de reação e sua velocidade média de produção. 46

49 . Velocidades iniciais v i de decomposição de peróxido de hidrogênio foram determinadas em três experimentos (A, B e C), conduzidos na presença de I concentrações iniciais de peróxido HO i aq sob as mesmas condições, mas com diferentes, de acordo com os dados abaixo: Experimento HO mol L i vi 10 mol L s A 0,750,745 B 0,500 1,830 C 0,50 0, Com base nestes dados, para a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio: a) escreva a equação estequiométrica que representa a reação. b) indique a ordem desta reação. c) escreva a lei de velocidade da reação. d) determine o valor numérico da constante de velocidade, k. e) indique a função do I aq na reação. 3. A Fórmula Indy de automobilismo, realizada em Indianópolis - Estados Unidos, usa o metanol como combustível que, em combustão, possui chama invisível. Por isso são comuns acidentes nos quais os pilotos se queimam sem que o fogo seja visto. Uma forma de obtenção desse composto pode ser reagir dióxido de carbono gasoso mais gás hidrogênio e utilizar como catalisador o CrO3 ZnO (sólido branco e granular) numa temperatura na faixa de C e pressão de 340 atm. Considerando o exposto, responda aos itens a e b. a) Que tipo de catálise é usado no processo de obtenção do metanol? Justifique sua resposta. b) Identifique no gráfico a seguir a curva que representa a reação que utiliza um catalisador. Explique sua opção. 4. O processo de remoção de enxofre em refinarias de petróleo é uma prática que vem sendo cada vez mais realizada com o intuito de diminuir as emissões de dióxido de enxofre de veículos automotivos e o grau de envenenamento de catalisadores utilizados. A dessulfurização é um processo catalítico amplamente empregado para a remoção de compostos de enxofre, o qual consiste basicamente na inserção de hidrogênio. A reação química do composto etanotiol é mostrada a seguir. CH5 SH(g) H (g) CH 6(g) HS(g) a) Suponha que a reação de dessulfurização seja realizada em laboratório, na presença de concentrações diferentes de etanotiol e hidrogênio, conforme quadro a seguir. Experiências [Etanotiol] (mol/l) 47 [Hidrogênio] (mol/l) Velocidade inicial (mol/min) Com base nos dados apresentados nessa tabela, determine a lei da velocidade e a ordem da reação. b) Considerando que a velocidade média da reação de dessulfurização, em certo intervalo de tempo, é de 10 mol/s em relação ao etanotiol, determine a velocidade da reação em relação ao gás sulfídrico dada em g/s, no mesmo intervalo de tempo.

50 5. Em junho de 013, autoridades japonesas relataram a presença de níveis de trítio acima dos limites tolerados nas águas subterrâneas acumuladas próximo à central nuclear de Fukushima. O trítio, as sim como o deutério, é um isótopo do hidrogênio e emite partículas beta ( β ). Ante o exposto, a) escreva a equação química que representa a fusão nuclear entre um átomo de deutério e um átomo de trítio com liberação de um nêutron (n); b) identifique o isótopo do elemento químico formado após o elemento trítio emitir uma partícula beta. 6. Considere o decaimento radioativo do 4 Na como um processo cinético de 1ª ordem, conforme mostrado no gráfico abaixo. Para este radioisótopo, determine: a) a constante de decaimento, k; e b) o tempo de meia-vida, em horas. 7. Em 1987, na cidade de Goiânia, aproximadamente 0 g de 137 Cs foram manipulados por várias pessoas, causando um grande acidente radiológico. Sabendo-se que a massa final do 137 Cs, após 40 anos, será de 0,08 g, esboce um gráfico que represente o decaimento da massa em função do tempo e calcule o tempo de meia-vida do 137Cs. 8. (Uerj 01) A quantidade total de astato encontrada na crosta terrestre é de 8 g, o que torna esse elemento químico o mais raro no mundo. Ele pode ser obtido artificialmente através do bombardeamento do bismuto por partículas alfa. Escreva a equação nuclear balanceada de obtenção do 11 At a partir do 09 Bi. Calcule, também, o número de átomos de astato na crosta terrestre. 9. Ao misturar acetona com bromo, na presença de ácido, ocorre a transformação representada pela equaçãoquímica Dentre as substâncias presentes nessa mistura, apenas o bromo possui cor e, quando este reagente for totalmente consumido, a solução ficará incolor. Assim sendo, a velocidade da reação pode ser determinada medindo-se o tempo decorrido até o desaparecimento da cor, após misturar volumes definidos de soluções aquosas de acetona, ácido e bromo, de concentrações iniciais conhecidas. Os resultados de alguns desses experimentos estão na tabela apresentada a seguir. a) Considerando que a velocidade da reação é dada por concentração inicial de Br, complete a tabela. tempo para desaparecimento da cor Experimento Concentração inicial de acetona (mol L -1 ) Concentração inicial de H + (mol L -1 ) Concentração inicial de Br (mol L -1 ) Tempo decorrido até o desaparecimento da cor (s) 1 0,8 0, 6,6 x ,6 0, 6,6 x ,8 0,4 6,6 x ,8 0, 3,3 x Velocidade da reação (mol L -1 s -1 ) b) A velocidade da reação é independente da concentração de uma das substâncias presentes na mistura. Qual é essa substância? Justifique sua resposta. 48

51 10. A figura apresenta a variação de velocidade em função do tempo para a reação química hipotética não catalisada representada pela equação A B AB. Reproduza esta figura no caderno de soluções, incluindo no mesmo gráfico, além das curvas da reação catalisada, as da reação não catalisada, explicitando ambas as condições é o Ano Internacional da Química; neste ano, comemoram-se também os 100 anos do recebimento do Prêmio Nobel de Química por Marie Curie, pela descoberta dos elementos químicos rádio e polônio. Ela os obteve purificando enormes quantidades de minério de urânio, pois esses elementos estão presentes na cadeia de decaimento do urânio-38. Vários radionuclídeos dessa cadeia emitem partículas alfa ( )ou beta negativa ( ). a) O Po-10 decai por emissão alfa com meia-vida aproximada de 140 dias, gerando um elemento estável. Uma amostra de Po-10 de altíssima pureza foi preparada, guardada e isolada por 80 dias. Após esse período, quais elementos químicos estarão presentes na amostra e em que proporção, em número de átomos? b) Qual o número de partículas alfa e o número de partículas beta negativa que são emitidas na cadeia de decaimento que leva de um radionuclídeo de Ra-6 até um radionuclídeo de Po-10? Explique. 1. A tabela abaixo apresenta os resultados obtidos para o estudo cinético de uma reação química elementar genérica na forma aa + bb + cc D + E. Experimento [A] [B] [C] 1 s 1 velocidade da reação / mol L 1 0,10 0,10 0,10 8,0 x ,0 0,10 0,10 1,6 x ,10 0,0 0,10 1,6 x ,10 0,10 0,0 3, x 10 3 A partir destes resultados, determine: a) a lei de velocidade da reação. b) o valor da velocidade da reação quando [A] = [B] = [C] = 0,0 mol L Considere o gráfico da atividade catalítica de uma enzima (proteínas) e o aumento progressivo da temperatura da reação. 4 Sobre esta reação, faça o que se pede: a) Indique a função da enzima nas reações bioquímicas. b) Analise o gráfico e explique o que ocorre com a atividade catalítica da enzima e com a velocidade da reação à medida que se aumenta a temperatura. c) Explique o que ocorre com a enzima quando a reação é aquecida continuamente. 49

52 14. A figura a seguir representa o gráfico de energia versus o caminho da reação para a adição iônica de HBr ao estireno. Considerando a figura e o mecanismo da reação, responda ao que se pede. a) Forneça as estruturas químicas do intermediário A e do produto final B, obtidos como espécies químicas majoritárias na reação. b) Explique qual das etapas é a determinante para a velocidade da reação. TITULAÇÃO 1. Um suco de laranja industrializado tem seu valor de ph determinado pelo controle de qualidade. Na análise, 0 ml desse suco foram neutralizados com ml de NaOH 0,001 mol/l. Tendo em vista o exposto, a) determine o ph desse suco; b) qual a técnica empregada nesse controle de qualidade? c) como identificar que a neutralização ocorreu? d) se a análise fosse feita no HCl o PH final seria o mesmo? Explique com o esboço do gráfico (titulante x titulado).. Chama-se titulação a operação de laboratório realizada com a finalidade de determinar a concentração de uma substância em determinada solução, por meio do uso de outra solução de concentração conhecida. Para tanto, adiciona-se uma solução-padrão, gota a gota, a uma solução-problema (solução contendo uma substância a ser analisada) até o término da reação, evidenciada, por exemplo, com uma substância indicadora. Uma estudante realizou uma titulação ácido-base típica, titulando 5 ml de uma solução aquosa de HNO de Ca(OH) e gastando 0,0 ml de uma solução padrão de 3 1 concentração igual a 0,10 mol L. a) Utilizando os dados do texto, apresente a equação balanceada de neutralização envolvida na titulação e calcule a concentração da solução de Ca(OH). b) Qual o PH do ponto de equivalência final? 3. O ácido oxálico é encontrado, em baixas concentrações, em alguns vegetais importantes na alimentação humana, tal como o espinafre. Apesar de ser uma substância tóxica, é bem tolerado pelo organismo humano em concentrações abaixo do limite de toxicidade. Os sucos concentrados de espinafre, entretanto, podem conter quantidades excessivas do ácido oxálico, que ultrapassem tais limites. Por este motivo, a indústria de sucos de espinafre exerce um controle rigoroso em seus produtos, analisando os teores de ácido oxálico, através de titulação com o íon permanganato, de acordo com a seguinte reação: 5H C O 4 (aq) + MnO 4 - (aq) + 6H + (aq) 10CO (g) + Mn + (aq) + 8H O (l) a) Represente a configuração eletrônica do manganês, tal como se encontra nos reagentes e produtos. b) Sabendo-se que uma amostra de 0 ml de suco de espinafre reagiu completamente com 4mL de uma solução 0,0 M em íons permanganato, calcule a concentração molar, em ácido oxálico, neste suco. 4. 5,0 ml de uma solução de NaOH neutralizam totalmente 10,0 ml de uma solução de HNO 3. Juntando-se 40,0 ml da solução de NaOH a,00 g de um ácido orgânico monocarboxílico e titulando-se o excesso de NaOH com uma solução de HNO 3, são gastos 6,00 ml do ácido até o ponto de equivalência. Qual o volume da solução de HNO 3 que corresponde ao número de mols contidos nos,00 g do ácido orgânico? Apresente os cálculos realizados na resolução da questão. 5. O vinagre utilizado como tempero nas saladas contém ácido acético, um ácido monoprótico muito fraco e de fórmula HC H 3 O. A completa neutralização de uma amostra de 15,0 ml de vinagre (densidade igual a 1,0 g/ml) necessitou de 40,0 ml de solução aquosa de NaOH 0,0 mol/l. A partir dessas informações, pede-se: a) o número de oxidação médio do carbono no ácido acético; b) a porcentagem em massa de ácido acético no vinagre; c) o volume de KOH 0,100 mol/l que contém quantidade de íons OH equivalente ao encontrado nos 40,0 ml de solução aquosa de NaOH 0,0 mol/l. 50

53 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Sabe-se que a condutividade elétrica de uma solução é uma medida de sua facilidade de conduzir corrente elétrica. Assim, quanto maior a quantidade de íons dissociados, maior será a condutividade da solução. Num experimento, uma solução aquosa de ácido sulfúrico foi gradualmente adicionada a um recipiente equipado com uma célula de condutividade contendo inicialmente 40 ml de uma solução de hidróxido de bário 0,015 M, conforme a figura a seguir. Enquanto o ácido era adicionado, foram tomadas medidas relativas à condutividade elétrica da solução. O gráfico a seguir registra os dados de condutividade em função do volume de solução ácida adicionada (Va). 6. Com base nas informações apresentadas: a) escreva a equação da reação entre o ácido sulfúrico e o hidróxido de bário; b) explique a variação da condutividade elétrica nos trechos a-p e p-b indicados no gráfico. 7. Considere que uma amostra contendo 1 litro de uma solução dos nitratos de prata e chumbo (1, mol de cada) é titulada com uma solução de NaCl (1, mol/l). Após a adição de 3 ml do titulante, haverá uma certa quantidade de precipitado. Calcule a concentração, em mol/l, do cátion desse precipitado que ainda permanece em solução. Dados: Substância Kps AgCl 1, PbCl 1, Uma amostra contendo bicarbonato de sódio de massa 0,670 g foi dissolvida e titulada com solução padrão de HC, sendo necessário 40,00 ml do padrão. A solução de HC foi padronizada por Com base nesses dados, informe, por meio de cálculos, o percentual de bicarbonato de sódio na amostra. 9. O aço pode ser classificado como aço-carbono ou aço-liga. Quanto ao teor de manganês, se este exceder 1,65% em massa, o aço é classificado como aço-liga. 10 gramas de aço foram tratados de forma que todo o manganês presente na amostra foi oxidado a Mn + e posteriormente titulado com permanganato em solução de pirofosfato neutro, conforme a reação: 4 Mn + + MnO H H P O 7-5 Mn(H P O 7 ) H O Sabendo-se que a concentração de permanganato de sódio é de 0,0mol/L e que foram gastos,5ml de solução para titular todo manganês, classifique, justificando por meio de cálculos, o tipo de aço da amostra. 10. Quando 100 cm 3 de solução de hidróxido de bário 0,100M são adicionados a 100 cm 3 de solução de ácido sulfúrico também a 0,100M, forma-se um precipitado. (Massas atômicas: Ba=137; S=3; O=16; H=1), (Kps do sulfato de bário= ). a) Escrever a equação da reação que ocorre e calcular a massa do precipitado. 51

54 b) Calcular a massa do sal que permanece dissolvida em solução. 5

55 Prof. Sheila Mori Borges EQUILÍBRIO QUÍMICO RESUMO TEÓRICO REAÇÃO REVERSÍVEL Reação reversível é aquela que ocorre simultaneamente nos dois sentidos. CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO Considerando a reação reversível: sentido 1 = reação direta sentido = reação inversa ou reversa À medida que ocorre a reação direta, as concentrações molares de A e de B diminuem (A e B são consumidos), ao passo que as concentrações molares de C e de D aumentam (C e D são formados). Aplicando às reações direta e inversa a lei de velocidades, conclui-se que, com o passar do tempo, a velocidade da reação direta diminui enquanto que a velocidade da reação inversa aumenta. Após um tempo t, as velocidades das reações direta e inversa se igualam. Diz-se, então que a reação atingiu um estado de equilíbrio dinâmico, o equilíbrio químico. Graficamente, tem-se: A partir do instante em que o sistema atinge o estado de equilíbrio químico, tem-se a impressão que a reação cessou, pois não ocorre mais nenhuma modificação observável. No entanto, as reações direta e inversa continuam a ocorrer com velocidades iguais. Isto faz com que, ao ser atingido o equilíbrio, as concentrações molares das substâncias participantes permaneçam constantes; cada transformação de moléculas reagentes em produtos é compensada por uma transformação de moléculas produtos em reagentes. A variação das concentrações molares dos reagentes e produtos, dependendo das condições em que se estabeleça o equilíbrio, pode ser representada por um dos seguintes diagramas: 53

56 Em qualquer condição que se estabeleça, o equilíbrio químico será caracterizado por: ocorrer em um sistema fechado ou que se comporte como tal; apresentar reagentes e produtos, pois a reação não se processa totalmente; apresentar velocidades iguais para as reações direta e inversa; apresentar constância das concentrações molares das substâncias participantes. CONSTANTES DE EQUILÍBRIO Qualquer equilíbrio químico é caracterizado por uma constante de equilíbrio, a qual é obtida através da lei do equilíbrio que diz: "O produto das concentrações molares dos produtos da reação dividido pelo produto das concentrações molares dos reagentes, estando cada concentração elevada a um expoente igual ao seu coeficiente na equação química considerada, é constante." Esta constante de equilíbrio é representada por Kc e é denominada de constante de equilíbrio em função das concentrações molares. Considerando a reação reversível: pela aplicação da lei do equilíbrio, obtém-se: A constante de equilíbrio é característica de cada reação química e seu valor depende somente da temperatura. Para qualquer reação tem-se que, quanto maior o valor de Kc, maior será o rendimento ou a extensão da reação, isto é, a concentração dos produtos presentes no sistema será maior que a concentração dos reagentes. Caso contrário, quanto menor o valor de Kc, menor o rendimento ou a extensão da reação, ou seja, haverá maior concentração dos reagentes em relação à de produtos. 54

57 Exemplos: Constante de equilíbrio em função das pressões parciais (Kp) Quando um equilíbrio envolver gases, a constante de equilíbrio poderá ser determinada através das pressões parciais desses gases. Neste caso, a constante de equilíbrio é representada por Kp e é denominada de constante de equilíbrio em função das pressões parciais. A expressão da constante de equilíbrio em função das pressões parciais (Kp) é obtida da mesma maneira que o foi a constante de equilíbrio em função das concentrações (Kc). Assim, para o equilíbrio: tem-se: onde p corresponde à pressão parcial do gás considerado, após atingido o equilíbrio. Exemplos: Observação: Nos equilíbrios em que existirem participantes sólidos, estes não devem ser representados na expressão da constante de equilíbrio em função das concentrações molares (Kc), pois suas concentrações são sempre constantes. Na expressão de Kp só devem ser representados os componentes gasosos. Observe as expressões de Kc e Kp para os equilíbrios a seguir: 55

58 Relação entre Kc e Kp Para o equilíbrio: tem-se: onde Kp = constante de equilíbrio em função das pressões parciais; Kc = constante de equilíbrio em função das concentrações molares; R = constante universal dos gases perfeitos; T = temperatura Kelvin do equilíbrio; n = variação do n.º de mols = (w + t) Exemplos: ( ) Grau de equilíbrio ( ) de uma reação, em relação a um determinado reagente, é o quociente entre o número de mols desse reagente que realmente reagiu até o equilíbrio e o número de mols inicial desse mesmo reagente. EXERCÍCIOS 1. (UFPB) Numa reação química, o equilíbrio é observado quando: a) O número de mols dos reagentes é igual ao número de mols dos produtos. b) A temperatura do sistema reacional fica constante. c) As velocidades das reações direta e inversa são iguais. d) Os reagentes são totalmente consumidos. e) As reações direta e inversa ocorrem simultaneamente.. (FEI-SP) Qual a constante de equilíbrio em termos de concentração, para a reação representada pela equação química abaixo, sabendo que nas condições de temperatura e pressão em que se encontra o sistema existem as seguintes concentrações dos compostos presentes no equilíbrio: [SO 3 ] = 0,1 mol/l; [O ] = 1,5 mol/l; [SO ] = 1,0mol/L. SO (g) + O (g) SO 3(g) a) 0,0066 (mol/l) -1 b) 0,066 (mol/l) -1 c) 0,66 (mol/l) -1 d) 6,6 (mol/l) -1 e) 66 (mol/l) -1 56

59 3. (Fuvest 01) A isomerização catalítica de parafinas de cadeia não ramificada, produzindo seus isômeros ramificados, é um processo importante na indústria petroquímica. A uma determinada temperatura e pressão, na presença de um catalisador, o equilíbrio CH3CH CHCH 3(g) (CH 3 ) CHCH 3(g) n-butano isobutano é atingido após certo tempo, sendo a constante de equilíbrio igual a,5. Nesse processo, partindo exclusivamente de 70,0 g de n-butano, ao se atingir a situação de equilíbrio, x gramas de n-butano terão sido convertidos em isobutano. O valor de x é a) 10,0 b) 0,0 c) 5,0 d) 40,0 e) 50,0 4. (Faap-SP) Em um recipiente de 500 ml, encontra-se, em condições de equilíbrio, 0,48g deno e g de N O 4.A constante de equilíbrio, em termos de concentração, para a reação NO (g) N O 4(g) é: (massas atômicas: N = 14; O = 16). a) 0,00001 b) 0,0001 c) 0,001 d) 0,01 e) 0,1 5. (Unesp) A produção de grafita artificial vem crescendo significativamente, uma vez que grafita natural de boa qualidade para uso industrial é escassa. Em atmosferas ricas em dióxido de carbono, a 1000 C, a grafita reage segundo a reação: C(grafita) CO (g) CO(g) A 1000 C, no estado de equilíbrio, as pressões parciais de CO e CO são 1,50 atm e 1,5 atm, respectivamente. Calcule o valor da constante de equilíbrio ( K p ) para a reação nessa temperatura. 6. Num recipiente fechado, indeformável e a uma dada temperatura, aquece-se 0,4 mol de NH 3. Estabelecido o equilíbrio NH 3 N + H verifica-se que há 0,30 mol de hidrogênio no sistema. O grau de dissociação térmica do NH 3, e a constante de equilíbrio da reação, àquela temperatura, são respectivamente: a) 10% e 6,75 b) 0% e 0,675 c) 30% e 0,0675 d) 40% e 0,675 e) 50% e 0, Aqueceram-se mols de PCl 5 num recipiente fechado, com capacidade de L. Atingido o equilíbrio, o PCl 5 estava 40% dissociado em PCl 3 e Cl. Calcule a constante de equilíbrio da reação PCl 5 PCl 3 + Cl,, sabendo que todos os participantes da reação são gasosos. a) 0,6 b),6 c) 6 d) 0,06 e) (Cesesp-PE) Para a reação 3 H (g) + N (g) NH 3 (g) as pressões parciais de H e N no equilíbrio são, respectivamente 0,400 e 0,800 atm. A pressão total do sistema já em equilíbrio é,80 atm. Calcule o valor de Kp para esta reação. 9. Bicarbonato de sódio sólido é usado como fermento químico porque se decompõe termicamente, formando gás carbônico, de acordo com a reação representada pela equação química: NaHCO 3 (s) Na CO 3 (s) + CO (g) + H O(g) a) Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio expressa em termos de concentração (Kc) b) A constante de equilíbrio, expressa em termos de pressões parciais (Kp), é igual a 0,5 à temperatura de 15 C, quando as pressões são medidas em atmosferas. Calcule as pressões parciais de CO e H O, quando o equilíbrio for estabelecido nessa temperatura. 57

60 10. No equilíbrio HI (g) H (g) + I (g), foram colocados inicialmente 0,4mol de HI num recipiente de 1L. Qual é a concentração em mol/l do H, no equilíbrio, sabendo que, nas condições da experiência Kc vale 10-5? 11. (Ufes) Considere a reação hipotética A + B C. O gráfico a seguir representa a variação da concentração de reagentes e produtos em função do tempo a temperatura constante. Baseado no gráfico, pode-se afirmar: a) quando t 1 <t<t, a reação atinge o equilíbrio. b) quando t>t, a reação atinge o equilíbrio. c) a velocidade inicial de consumo de A é maior que a velocidade inicial de consumo de B. d) a velocidade de formação de C é máxima quando t>t. C e) quando t está próximo de zero, a relação é maior que 1. [A] [B] 1. (Fatec) O gráfico mostra a variação das concentrações de NH 3, H e N, durante a reação de decomposição de 8 mols de amônia, num balão de L a uma temperatura de 480 C, em função do tempo. A equação da reação é: NH3 g N g 3H g A análise dos dados mencionados nos permite concluir que o valor numérico da constante de equilíbrio, Kc, dessa reação é aproximadamente: a) 0,07 b),3. c) 3,7. d) 6,8. e) (Unesp) A indústria de fertilizantes químicos, para a obtenção dos compostos nitrogenados, utiliza o gás amônia (NH 3 ) que pode ser sintetizado pela hidrogenação do nitrogênio, segundo a equação química: N (g) 3 H (g) NH 3(g) 3 K 1,67 10 mol L Num procedimento de síntese, no sistema, em equilíbrio, as concentrações de N (g) e de H (g) são, 1 1 respectivamente, iguais a,0 mol L e 3,0 mol L. Nessas condições, a concentração de NH 3 (g), em 1 mol L, será igual a a) 0,30. b) 0,50. c) 0,80. d) 1,00. e) 1,30. 58

61 14. (UFSC) A equação abaixo expressa a decomposição do carbonato de cálcio, em um Em um recipiente de 0,5L, são misturados 5mols de Cl com 4mols de CO. O equilíbrio é atingido a 17 ºC, quando existiam 4mols de Cl no sistema. Reação Cl CO COCl Início Δ Equilíbrio a) Complete a tabela. b) Calcule Kc para a reação. c) Calcule o grau de equilíbrio para a reação, em relação ao CO. 15. (Mackenzie) Sob condições adequadas de temperatura e pressão, ocorre a formação do gás amônia. Assim, em um recipiente de capacidade igual a 10 L, foram colocados 5 mol de gás hidrogênio junto com mol de gás nitrogênio. Ao ser atingido o equilíbrio químico, verificou-se que a concentração do gás amônia produzido era de 0,3 mol/l. Dessa forma, o valor da constante de equilíbrio (K C ) é igual a a) 1,80 10 b) 3,00 10 c) d) e) 4 1 6, , , (Uerj) Em motores de combustão interna, o óxido nítrico é produzido a partir da reação representada pela seguinte equação química: N O NO g g g Em condições ambientes, a concentração de NO na atmosfera corresponde a mol.l -1, sendo a constante de equilíbrio da reação, Kc, igual a 5 x Entretanto, sob temperatura elevada, como nos motores de veículos, essa concentração é de 10-5 mol.l -1. Admitindo-se que não há variação nas concentrações de N e O, calcule o valor de Kc sob temperatura elevada. Apresente, ainda, as fórmulas estruturais planas das moléculas apolares presentes na equação química. 17. (Fuvest) Coloca-se para reagir, em um recipiente isolado e de volume constante, um mol de gás hidrogênio e um mol de vapor de iodo, ocorrendo a formação de HI (g), conforme representado pela equação química H (g) I (g) HI (g) Atingido o equilíbrio químico, a uma dada temperatura (mantida constante), as pressões parciais das substâncias envolvidas satisfazem a igualdade (P HI ) = 64 P H.P I Calcule a quantidade de matéria, em mol, de HI (g) no equilíbrio. 18. (Fuvest 010) Cloreto de nitrosila puro (NOCl) foi aquecido a 40 C em um recipiente fechado. No equilíbrio, a pressão total foi de 1,000 atm e a pressão parcial do NOCl foi de 0,640 atm. A equação a seguir representa o equilíbrio do sistema: NOCl(g) NO(g) + Cl (g) a) Calcule as pressões parciais do NO e do Cl no equilíbrio. b) Calcule a constante do equilíbrio. 59

62 19. (Unesp) A produção de grafita artificial vem crescendo significativamente, uma vez que grafita natural de boa qualidade para uso industrial é escassa. Em atmosferas ricas em dióxido de carbono, a 1000 C, a grafita reage segundo a reação: C(grafita) CO (g) CO(g) A 1000 C, no estado de equilíbrio, as pressões parciais de CO e CO são 1,50 atm e 1,5 atm, respectivamente. Calcule o valor da constante de equilíbrio ( K ) para a reação nessa temperatura. p PROPRIEDADES MATEMÁTICAS DA KC COM SUA REAÇÃO, 3, 4... Ao multiplicar a reação por, 3, 4... eleva-se (Kc) Ao dividir a reação por, 3, 4... tira-se Kc, 3 Kc, 4 Kc... Invertendo-se a reação, inverte-se a Kc. Ao somar reações multiplicam-se as Kcs. EXERCÍCIOS 0. (Ufes) A constante de equilíbrio K C é igual a 10,50 para a seguinte reação, a 7 C: CO(g) + H (g) CH 3 OH(g) O valor de K C para a reação abaixo, na mesma temperatura, é a) 3,5 b) 5,5 c) 10,50 d) 1,00 e) 110,5 CO(g) + 4 H (g) CH 3 OH(g) 1. Sabemos que é possível balancear uma equação química de várias formas, por exemplo: A reação poderia ser escrita como: I. 4NO + O 4NO II. 10NO + 5O 10NO NO + O NO ; Kc = 3 De qualquer forma, estaria balanceada. a) Qual o valor de Kc para as reações I e II citadas no exemplo? b) Qual seria o valor de Kc para a reação NO NO + O? Observação: Quando forem dadas as concentrações de todos os participantes no INÍCIO da reação, faz-se necessário o cálculo de Qc para compará-lo a Kc. Se Qc < Kc, a reação se processa no sentido direto até atingir o equilíbrio. Se Qc = Kc, a reação já está em equilíbrio, por isso não se desloca. Se Qc > Kc, a reação se processa no sentido inverso até atingir o equilíbrio. O cálculo de Qc é feito igual ao de Kc, veja: Para a seguinte reação: Temos, aa + bb cc + dd C Qc A c a D B d b 60

63 EXERCÍCIOS. À temperatura T, a reação N O 4 (g) NO (g) apresenta uma constante de equilíbrio Kc = 1,0. Analise os dados abaixo, relativos às duas misturas gasosas a essa temperatura, e decida em qual delas os gases estão em equilíbrio. Indique os cálculos. Mistura [NO ] [N O 4 ] I II DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO (PRINCÍPIO DE LE CHATELIER) RESUMO TEÓRICO O estado de equilíbrio de uma reação pode sofrer modificações em função dos fatores de equilíbrio a que está submetido o sistema. Os fatores que provocam essa alteração são a concentração dos participantes, a pressão e a temperatura. O efeito provocado pela alteração de qualquer um dos fatores de equilíbrio é regido pelo Princípio de Le Chatelier, que estabelece: Quando se exerce uma ação num sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido da reação que neutraliza essa ação. Baseado neste princípio é possível prever os efeitos de ações impostas a um sistema em equilíbrio. Influência da concentração dos participantes Regra geral: Supondo a reação em equilíbrio: N (g) + 3 H (g) NH 3(g) A adição de uma certa quantidade de N (g) ao reator que contém o equilíbrio, aumentará a concentração desta substância e isto provocará um deslocamento deste equilíbrio para a direita (lado oposto daquele onde se encontra o N (g), ou seja, no sentido da reação que consome o N (g) ). N (g) + 3 H (g) NH 3(g) A retirada de uma certa quantidade de N (g) do reator que contém o equilíbrio, diminuirá a concentração desta substância e isto provocará um deslocamento deste equilíbrio para a esquerda (mesmo lado em que se encontra o N (g), ou seja, no sentido da reação que refaz o N (g) ). Influência da pressão Regra geral: N (g) + 3 H (g) NH3(g) 61

64 Supondo a reação em equilíbrio: Observe que os coeficientes dos gases da equação balanceada nos fornecem a relação em volume entre esses gases. Se a pressão sobre este equilíbrio for aumentada, ocorrerá deslocamento para a direita (sentido de menor volume). N (g) + 3 H (g) NH 3(g) Se a pressão sobre este equilíbrio for diminuída, ocorrerá deslocamento para a esquerda (sentido de maior volume). N (g) + 3 H (g) NH3(g) Observação: Quando o volume total do sistema permanecer constante, a variação da pressão não afetará o estado de equilíbrio desse sistema. No equilíbrio: não ocorre variação de volume. Neste caso, a pressão não afetará o estado de equilíbrio da reação. Influência da temperatura Regra geral: Supondo a reação em equilíbrio: N (g) + 3 H (g) NH 3(g) H = -9 kj A H que acompanha a equação está associada à reação direta. Portanto, a reação direta é exotérmica e a inversa é endotérmica. Se a temperatura do sistema for aumentada, o equilíbrio se deslocará para a esquerda (sentido endotérmico). N (g) + 3 H (g) NH3(g) Se a temperatura do sistema for diminuída, o equilíbrio se deslocará para a direita (sentido exotérmico). N (g) + 3 H (g) NH 3(g) Observação: 1. A adição de um catalisador NÃO DESLOCA o equilíbrio.. A adição de um gás inerte aumenta a pressão total do sistema, porém NÃO DESLOCA o equilíbrio. 6

65 EXERCÍCIOS OBJETIVOS 3. (Ufes) Considere a reação hipotética: A + B C + D Com relação ao equilíbrio químico do sistema, a temperatura constante, pode-se afirmar que a) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio. b) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio. c) a adição de reagentes ou de produtos ao sistema não afeta o valor da constante de equilíbrio. d) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio. e) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio do sistema no sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio. 4. (USP-SP) Aumentando a pressão no sistema gasoso H + I HI a) o equilíbrio desloca-se no sentido da formação de HI. b) o equilíbrio desloca-se no sentido da decomposição de HI. c) o equilíbrio não se altera. d) o valor da constante de equilíbrio aumenta. e) o valor da constante de equilíbrio diminui. 5. (PUC-PR) Consideremos o equilíbrio a 1000 C: CO (g) + O (g) CO (g) H = -130 kcal Devemos esperar um aumento na quantidade de monóxido de carbono (CO) quando: a) a temperatura aumentar e a pressão aumentar. b) a temperatura diminuir e a pressão diminuir. c) a temperatura diminuir e a pressão aumentar. d) a temperatura aumentar e a pressão diminuir. e) somente com adição de catalisadores especiais. 6. (PUC-PR) Considere o sistema em equilíbrio: N (g) + 3 H (g) NH 3(g) H = - kcal. A melhor maneira de aumentar o rendimento de NH 3 é: a) aumentar a temperatura. c) juntar um catalisador. b) aumentar a pressão. d) adicionar um gás inerte. e) aumentar o volume do reator. 7. (PUC-PR) Os seguintes fatores podem deslocar um sistema em equilíbrio químico, exceto um: a) pressão total. d) catalisador. b) temperatura. e) pressão parcial de um participante da reação. c) concentração de um participante da reação. 8. (UFSC) Dada a reação: NO (g) N O 4(g) H = -14,1 kcal, qual das alterações abaixo aumenta a concentração molecular do produto? 01) Aumento da temperatura. 0) Aumento da concentração de NO. 04) Diminuição da temperatura. 08) Diminuição da pressão. 16) Adição de um catalisador. 9. (Ufsj) A equação química abaixo representa a dissociação do PC 5 PC 5 g PC 3 g C g Para se deslocar o equilíbrio para a direita, deve-se a) adicionar um catalisador. b) diminuir a pressão do sistema. c) diminuir a concentração de PC 5 d) aumentar a concentração de C 63

66 EQUILÍBRIO IÔNICO RESUMO TEÓRICO Equilíbrio iônico é um caso particular de equilíbrio químico que envolve a participação de íons. Exemplos: Ionização do HCN (ácido fraco) HCN H + + CN Ionização do NH 3 (base fraca) NH 3 + H O NH 4 + OH Um equilíbrio iônico é caracterizado através do grau de ionização ( ) e da constante de ionização(ki). GRAU DE IONIZAÇÃO OU DE DISSOCIAÇÃO IÔNICA ( ) CONSTANTE DE IONIZAÇÃO OU DE DISSOCIAÇÃO (KI) A constante de ionização ou de dissociação (Ki) é obtida pela aplicação da lei de velocidades ao equilíbrio iônico. Para os ácidos, a constante de ionização é frequentemente representada por Ka. Exemplos: Ionização do ácido cianídrico: Ionização do ácido sulfídrico: Para as bases, a constante de ionização é frequentemente representada por Kb. Exemplos: Ionização da amônia: A concentração molar da água é considerada constante e, sendo assim, pode-se fazer: sendo Ki. [H O] = Kb obtém-se: Este exemplo mostra que a concentração molar da água é omitida na expressão da constante de ionização. Importante: a constante de ionização depende apenas da temperatura. 64

67 LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD Relaciona constante de ionização (Ki), grau de ionização ( ) e concentração molar ( ). Considerando a solução aquosa de um monoácido HA de concentração molar mol/l e sendo de ionização desse ácido, tem-se: o grau Efetuando o cálculo da constante de ionização (Ki), tem-se: Esta é a expressão matemática da Lei da Diluição de Ostwald. Para ácidos e bases fracos o valor de é muito pequeno ( < 5%), podendo se admitir que (1 ) é, aproximadamente igual a 1. Assim: Esta expressão nos mostra que, sendo Ki constante a dada temperatura, ao se diluir a solução de um ácido fraco ou de uma base fraca (diminuir a concentração molar ), o valor de aumenta. Portanto: Quando se dilui um ácido ou base fracos, o seu grau de ionização ou de dissociação ( ) aumenta. Este é o enunciado da Lei da Diluição de Ostwald. Através da expressão matemática da Lei da Diluição de Ostwald, pode-se efetuar cálculos envolvendo Ki, e. Exemplo: O grau de ionização da amônia, NH 3, em solução 1 mol/l, é 0,40% a 0 C. A constante de ionização da amônia, nesta temperatura é, aproximadamente, igual a: a) 1, b) 4, c) 1, d) 4, e) 1, Resolução: 65

68 FORÇA DE ELETRÓLITOS A força de um eletrólito é determinada pelo seu grau de ionização ou pela sua constante de ionização, sendo esta a grandeza mais segura, pois depende apenas da temperatura, ao passo que aquela, além da temperatura, depende também da concentração da solução. Como regra geral, pode-se estabelecer que: Exemplos de constantes de ionização de ácidos, a 5 C: Observação: Quanto maior a constante de ionização (Ka) de um ácido, maior a [H + ] e mais acentuadas serão as propriedades ácidas da solução. Os poliácidos ionizam em tantas etapas quantos são os hidrogênios ionizáveis presentes em sua molécula, sendo que cada etapa possui sua constante de ionização. Tais constantes são representadas por Ka 1, Ka, Ka 3, etc. Observa-se que a ordem de grandeza dessas constantes de ionização é: Ka 1 >>>> Ka >>>> Ka 3 >... Exemplos de constantes de dissociação de bases, a 5 C: Quanto maior a constante de dissociação (Kb) de uma base, maior a [OH ] e mais acentuadas as propriedades básicas da solução. Potencial de Ionização (pki) Considerando-se que os valores de Ki são muito pequenos, é usual expressá-lo através de logaritmos, segundo a expressão: Exemplos: Observa-se que: 66

69 EFEITO DO ÍON COMUM Efeito do íon comum é uma aplicação do Princípio de Le Chatelier ao equilíbrio iônico. O ácido acético, H 3 CCOOH, é um ácido fraco. Na solução aquosa deste ácido existe o equilíbrio: H 3 CCOOH H + + H 3 CCOO Se à solução adicionarmos o sal acetato de sódio, que tem íon acetato em comum com o ácido, o sal se dissociará completamente, Na + H 3 CCOO Na + + H 3 CCOO aumentado a concentração de íons H 3 CCOO. Para minimizar o efeito do aumento na concentração do íon acetato, o equilíbrio é deslocado para a esquerda, H 3 CCOOH H + + H 3 CCOO reprimindo a ionização do ácido acético. Como consequência, diminui o grau de ionização do ácido acético. Do exposto, conclui-se que: Efeito do íon comum é a diminuição do grau de ionização ( que com ele tem um íon em comum. ) de um eletrólito fraco por ação de um sal PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA (KW) RESUMO TEÓRICO Medidas de condutibilidade elétrica mostram que a água está ligeiramente ionizada segundo a equação: H O H + + OH Esta ionização da água, como as demais, é reversível e atinge um equilíbrio dinâmico denominado equilíbrio iônico da água. A 5 C, o grau de ionização ( ) da água é 1, Considerando 1 litro de água pura (1000 g de água pura) e aplicando ao equilíbrio iônico da água a lei da ação das massas, tem-se: Cálculo do número de mols existentes em 1000 g de H O. Cálculo das concentrações molares no equilíbrio. Nota-se que a concentração molar da água no equilíbrio é praticamente a mesma do início. Portanto, pode-se dizer que a concentração molar da água é constante, [H O] = constante. Cálculo da constante de equilíbrio Kc [H O] = [H + ] [OH ] 67

70 O produto da constante de equilíbrio pela concentração molar da água dá uma nova constante denominada produto iônico da água, Kw. Portanto: O valor de Kw depende da temperatura. A elevação da temperatura acarreta um aumento do grau de ionização da água e, consequentemente, um aumento do valor de Kw. A tabela abaixo mostra valores do produto iônico da água (Kw) em diferentes temperaturas. Numa mesma temperatura, o valor de Kw permanece constante, qualquer que seja a substância dissolvida em água. Observação: Em água pura ou em solução neutra, a 5 C: Ao se adicionar um ácido HA em água, ocorre sua ionização, HA H + + A com consequente aumento da concentração de íons H +. Como Kw é constante, um aumento da concentração de íons H + acarretará uma diminuição da concentração de íons OH. Assim sendo, em soluções ácidas, a 5 C: Ao se adicionar uma base B(OH) em água ocorre sua dissociação, B(OH) B + + OH com consequente aumento da concentração de íons OH. Como Kw é constante, um aumento da concentração de íons OH acarretará uma diminuição da concentração de íons H +. Assim sendo, em soluções básicas, a 5 C: 68

71 Ao se preparar uma solução ácida ou básica de concentração molar e conhecido o grau de ionização ou de dissociação ( ) do ácido ou da base, pode-se calcular a [H + ] ou a [OH ]. ph e poh Em função dos valores baixos de [H + ] e [OH ], costuma-se indicar a acidez ou a basicidade de uma solução através de seu ph (potencial hidrogeniônico) e poh (potencial hidroxiliônico). Por definição: Aplicando as definições e considerando a temperatura de 5 C, obtém-se: Para qualquer meio aquoso, a 5 C, a soma entre o ph e o poh é igual a 14. Observe: [H + ] [OH ] = aplicando logaritmo em ambos os membros da igualdade log [H + ] + log [OH ] = log multiplicando por (-1) (-log [H + ]) + (-log [OH ]) = (-log ) EXERCÍCIOS Ácidos e Bases 1. Calcule o ph das seguintes soluções: a) HCl 0,01 mol/l b) H SO 4 0,0005 mol/l c) H 3 CCOOH 0,1 mol/l (Ka = 10 5 ) d) NaOH 0,0 mol/l e) NH 3(aq) 0,05 mol/l (Kb = 10 5 ). Quando se dissolve H SO 4 em água, ocorre ionização praticamente total, pois o ácido é forte. Se fosse para calcular a constante de ionização de um ácido forte, esse valor seria muito elevado, ou não existiria. Portanto, para cálculos envolvendo ácidos fortes, não se utiliza a constante Ka. Escreva a equação de ionização total do ácido sulfúrico e calcule o que se pede, considerando uma solução e H SO 4 0,005 mol/l. a) Calcule a [H + ] na solução obtida b) Calcule o ph da solução. 69

72 3. (Uff - modificado) Uma solução de ácido acético 0,010M apresenta um grau de dissociação (α),0% à temperatura de 5 C. Para esta solução, à temperatura mencionada, calcule: a) o valor da constante de equilíbrio; b) a concentração do íon acetato; c) o ph da solução; d) a concentração de todas as espécies em solução. Dado: log = 0,30 4. Uma solução de NaOH(base forte) possui concentração igual a 0,1mol/L. Calcule: a) [OH ] b) poh da solução. 5. Considere uma solução 0,1mol/L de NH 3(aq). Pede-se: a) Equação da reação do NH 3(g) com água, dando origem ao equilíbrio iônico: b) Calcular o poh da solução. (Dado: Kb do NH 3 = 10 5 mol/l) c) calcular o grau de ionização do NH (Pucrj) A dissolução do gás amoníaco (NH 3 ) em água produz uma solução com ph básico. O valor da constante de ionização (K b ) do NH 3 em água a 7 C é,0 x NH 3 aq H O( ) NH 4 aq OH aq Dado: log 10 5 = 0,70 Considerando-se a dissolução de,0 x 10 1 mol de NH 3 em 1 L de água, pede-se: a) o valor do ph da solução aquosa; b) o reagente (lado esquerdo) que atua como base de Brönsted e Lowry e o seu ácido conjugado, produto da reação (lado direito); c) a porcentagem em massa do elemento N na molécula de NH 3 ; d) a massa de NH 3 que foi dissolvida em 1 L de água. 7. (Pucrj 01) O equilíbrio iônico da água pura pode ser representado de maneira simplificada por: HO H aq OH aq O produto iônico da água é K w = [H + ] [OH ], cujo valor é 1 x a 5 C. Ao se adicionar 1,0 ml de NaOH 1,0 mol/l (base forte) a um copo bécher contendo 99 ml de água pura, o ph da solução será aproximadamente igual a a). b) 5. c) 8. d) 10. e) (Uff) Uma solução de ácido acético 0,050M apresenta um grau de dissociação (á) 0,4% à temperatura de 5 C. Para esta solução, à temperatura mencionada, calcule: a) o valor da constante de equilíbrio; b) a concentração do íon acetato; 70

73 c) o ph da solução; d) a concentração de todas as espécies em solução. Dado: log = 0, (Uerj 014) A ionização do ácido fluoretanoico é representada pela seguinte equação química: Considere uma solução aquosa com concentração desse ácido igual a 0,05 mol.l -1 de 0%. Calcule o ph desta solução e a constante de equilíbrio da reação de ionização. e grau de ionização 10. (Ita) Quantos mols de ácido acético (HAc) precisam ser adicionados a 1,0 litro de água pura para que a solução resultante, a 5 C, tenha o ph igual a 4,0? Sabe-se que nesta temperatura: HAc(aq) H + (aq) + Ac - (aq); K C = 1, Deixe claro os cálculos efetuados, bem como eventuais hipóteses simplificadoras. 11. (Uerj 00) A amônia anidra é um gás incolor de odor intenso. Quando dissolvida em água, recebe o nome de hidróxido de amônio. a) Calcule o ph da solução de hidróxido de amônio 0,05 mol L -1, nas condições ambientes. Considere, em seu cálculo, o valor da constante de ionização da amônia igual a, e despreze a autoionização da água. c) Escreva o nome da forma geométrica da molécula da amônia e classifique o tipo de ligação interatômica nela presente, a partir da diferença de eletronegatividade. 1. (Unesp) O ácido benzoico e seus derivados são largamente utilizados na conservação de alimentos. Destinam-se a inibir o crescimento de fungos e leveduras, sendo também eficientes contra uma grande gama de bactérias. Considere uma formulação comercial de ácido benzoico C6H5 COH em água, de concentração molar 0,01M, 7% ionizada. Escreva a equação de ionização do ácido benzoico em água e a expressão da constante de equilíbrio (Ka) desse ácido. Qual a concentração de H no equilíbrio? 13. (Uff) O gás sulfídrico, H S, é extremamente venenoso, incolor e seu odor lembra ovos estragados. Respirar este gás pode ser fatal e, em baixas concentrações, causa dores de cabeça e tonteira. É especialmente perigoso, pois, como inibe o sentido do olfato, o aumento de sua concentração deixa de ser percebido. Se uma solução de H S, à temperatura ambiente e pressão de 1,0atm, tem concentração aproximada de 0,1M, então a [S - ] em mols/l da solução é, aproximadamente: Dados: Ka 1 = 1, e Ka = 3, a) 3, b) 3, c) 3, d) 1, e) 1,

74 14. (Ita) Numa solução aquosa 0,100 mol/l de um ácido monocarboxílico, a 5 C, o ácido está 3,7% dissociado após o equilíbrio ter sido atingido. Assinale a opção que contém o valor correto da constante de dissociação desse ácido nesta temperatura. a) 1,4 b) 1, c) 1, d) 3, e) 3, (Fuvest) Na tabela adiante estão indicadas as concentrações e os respectivos ph de soluções aquosas de três ácidos: a) Sabendo que os ácidos são monopróticos, como você explica os valores diferentes de ph? b) Para reagir totalmente com volumes iguais das soluções de cada um desses ácidos, a quantidade necessária de uma dada base será a mesma? Explique. 16. Complete a tabela: Kw [H + ]. [OH ] = pkw ph + poh = Escala de ph HIDRÓLISE DE ÍONS RESUMO TEÓRICO Hidrólise de um íon é a reação entre este íon e a água. Hidrólise de ânions A hidrólise de um ânion pode ser representada pela equação: Exemplos: A reação de hidrólise de um ânion ocorre quando o ácido formado for um ácido fraco. Devido à formação de íons OH, a solução resultante é básica (ph > 7). 7

75 Hidrólise de cátions A hidrólise de um cátion pode ser representada pela equação: Exemplos: A hidrólise de um cátion ocorre quando a base formada for uma base fraca. Devido à formação de íons H +, a solução resultante é ácida (ph < 7). Hidrólise de sais Seja um sal C + A. Em água ele sofre dissociação iônica: Uma vez dissociado, poderá: ocorrer a hidrólise do ânion A, ocorrer a hidrólise do cátion C +, ocorrer a hidrólise de ambos os íons, não ocorrer a hidrólise de nenhum dos íons. Exemplo 1: Bicarbonato de sódio, Na + (HCO 3 ) : O cátion Na + não hidrolisa, pois a base correspondente é forte. O ânion HCO 3 hidrolisa. O ácido formado é fraco. A produção de ânions OH torna a solução básica (ph>7). Este comportamento é característico de sais formados por cátions de bases fortes e ânions de ácidos fracos. Exemplo : Cloreto de amônio, NH 4 Cl. O ânion Cl- não hidrolisa, pois o ácido correspondente é forte. O cátion NH 4 hidrolisa. A base formada é fraca. A produção de cátions H + torna a solução ácida (ph < 7). Este comportamento é característico de sais formados por cátions de bases fracas e ânions de ácidos fortes. Exemplo 3: Bicarbonato de amônio, (NH 4 ) + (HCO 3 ) 73

76 O cátion NH 4 hidrolisa. A base formada é fraca. O ânion HCO 3 hidrolisa. O ácido formado é fraco. Devido ocorrer a hidrólise do cátion e do ânion, o ph da solução resultante será determinado através das constantes de ionização do ácido fraco (Ka) e da base fraca (Kb). Se: Este comportamento é característico de sais formados por cátions de bases fracas e ânions de ácidos fracos. Exemplo 4: Cloreto de sódio, Na + Cl : O cátion Na + não hidrolisa. A base correspondente é forte. O ânion Cl não hidrolisa. O ácido correspondente é forte. Como não ocorre a hidrólise de íons, a solução resultante é neutra (ph = 7). Este comportamento é característico de sais formados por cátions de bases fortes e ânions de ácidos fortes. EXERCICIOS - HIDRÓLISE SALINA 1. (Ufes - modificada) Complete as equações abaixo e classifique as soluções resultantes como ácida, básica ou neutra. Justifique sua resposta. a) NaCl (s) + H O b) H 3 CCOONa (s) + H O c) NH 4 Cl (s) + H O e) NaHCO 3 (s) + H O f) NH 4 CN + H O. (UEL-PR) Solução aquosa ácida é obtida quando se dissolve em água o sal: a) NaHCO 3 b) Na SO 4 c) K CO 3 d) LiCl e) NH 4 Cl 3. (Fuvest - SP) Carbonato de sódio, quando colocado em água, a 5 C, se dissolve: O X e o ph da solução resultante devem ser: a) CO ; maior que 7 b) OH (aq); maior que 7 c) H + (aq); igual a 7 d) CO ; igual a 7 e) OH (aq); menor que 7 Na CO 3 (s) + HOH(l) HCO 1 3 (aq) + Na1+ + X 74

77 4. Numa solução aquosa de cloreto de amônio há : a) Mais íons H + do que íons OH b) Mais íons OH - do que íons H + c) O mesmo número de íons H + e OH d) Não há íons H + nem OH e) O mesmo número de íons NH 4 e Cl 5. O sulfato de alumínio (Al (SO 4 ) 3 ), usado como floculante nas estações de tratamento de água, forma uma solução na qual : a) o ph é acido, pois se trata de um sal de ácido forte b) o ph é alcalino, pois se forma de hidróxido de aluminio, que é uma base insolúvel c) o ph =7, pois se trata de uma solução salina, logo neutra d) [Al 3+ ] = [SO 4 ] e) não existe hidrólise, apenas dissociação do sal. 6. (FEI - SP) Os compostos cianeto de sódio (NaCN), cloreto de zinco (ZnCl ), sulfato de sódio (Na SO 4 ) e cloreto de amônio (NH 4 Cl), quando dissolvidos em água, tornam o meio respectivamente: a) básico, ácido, ácido, neutro; b) ácido, básico, neutro, ácido; c) básico, neutro, ácido, ácido; d) básico, ácido, neutro, ácido; e) ácido, neutro, básico, básico. 7. Temos uma solução aquosa de cianeto de amônio, NH 4 CN (aq). Para essa solução, pede-se: a) A equação da hidrólise do sal. b) Sabendo que: K b NH 4 OH = mol/l K ahcn = mol/l Podemos afirmar que a solução final possui ph = 7? 8. Uma solução aquosa de concentração em quantidade de matéria igual a 0,5 mol/l de brometo amônio, NH 4 Br (aq), apresenta grau de hidrólise igual a %, a temperatura 5 ºC. a) Dê a equação iônica da hidrólise. b) Calcule a constante de hidrólise. c) Calcule o ph a 5ºC. 9. Na titulação de 30mL de solução de ácido butanoico com NaOH 0,mol/L, utilizou-se 10mL da base. Pede-se: a) Concentração da solução do ácido titulado. b) Concentração da solução do sal formado. c) Calcular o ph da solução final no ponto de equivalência. (Dados: Ka do ácido butanoico = 1 x 10-6 mol/l). 10. Calcule o ph de uma solução 0,1 mol/l de NH 4 Cl. (dado: Kb NH 3(aq) ou Kb NH 4 OH = 10 5 mol/l) 11. Calcule o ph de uma solução 0,1mol/L de NaCN. (Dados: Ka do HCN = 10 5 ; Kw = ) 1. Na titulação de 30mL de solução de ácido butanoico com NaOH 0,mol/L, utilizou-se 10mL da base. Pede-se: a) Concentração da solução do ácido titulado. b) Concentração da solução do sal formado. c) Calcular o ph da solução final no ponto de equivalência. (Dados: Ka do ácido butanoico = 1 x 10-6 mol/l). Observação: Quando o sal é derivado de ácido fraco e base fraca, temos hidrólise do cátion e do ânion. Podemos escrever a equação de hidrólise de cada íon ou do sal. O ph dependerá do valor de Ka e Kb. 75

78 13. Dadas as constantes de ionização abaixo, responda as perguntas. Ácido ou base HCN NH 4 OH CH 3 - COOH Constante de ionização 10 5 mol/l mol/l mol/l a) Classifique cada solução aquosa abaixo em ácida, básica ou neutra. NH 4 CN: CH 3 COO - NH 4 + b) Dê a equação de hidrólise do NH 4 CN c) Dê a expressão da constante de hidrólise do NH 4 CN d) Calcule o valor da constante de hidrólise do NH 4 CN e) Calcule o ph da solução aquosa do NH 4 CN SOLUÇÃO TAMPÃO RESUMO TEÓRICO Solução-tampão, solução buffer ou solução reguladora é toda solução que tem por finalidade evitar variações bruscas de ph quando à mesma se adiciona pequenas quantidades de um ácido forte ou uma base forte. Uma solução-tampão é constituída por um ácido fraco (HA) e seu sal (BA) ou por uma base fraca (BOH) e seu sal (BA). Exemplos Solução de ácido acético (HAc) e acetato de sódio (NaAc). Solução de hidróxido de amônio (NH 4 OH) e cloreto de amônio (NH 4 Cl). Solução de ácido carbônico (H CO 3 ) e bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) Para se calcular o ph de uma solução tampão, pode-se demonstrar que: para solução-tampão de um ácido fraco e seu sal: Equação de Henderson Hasselbach ph =pka + log ânion do sal ácido para solução-tampão de uma base fraca e seu sal poh = pkb + log cátion do sal base EXERCICIOS SISTEMA TAMPAO 1. Identifique as misturas que são consideradas tampão. a) NaOH + NaCl b) HCN + NaCN ou ainda HCN + CN - (proveniente do sal) c) H CO 3 + NaHCO 3 ou ainda H CO 3 + HCO 3 - (proveniente do sal) d) HCl + KCl e) NH 3 (aq) + NH 4 Cl ou ainda NH 4 OH + NH 4 + (proveniente do sal). Qual a equação do equilíbrio que representa o tampão HCN com cianeto de sódio? 3. Como se calcula a [H + ] da solução tampão anterior? Como se calcula o ph pela equação de Henderson - Hasselbach? 76

79 4. Utilize a equação de Henderson Hasselbach para calcular o ph das soluções abaixo. a) 0mL de solução com 0,mol de Na +- OOC CH 3 + 0,1mol de HOOC CH 3. (dado: pka = 5,8) b) Mistura de 100mL de solução 0,5mol/L de HCN com 00mL de solução 0,5mol/L de NaCN. (Dado: pka = 6,4) c) Solução de NH 3 (aq) 0,4mol/L e de NH 4 Cl(aq) 0,8mol/L. (dado: Kb = 10-5 ) 5. Qual a razão [ác. lático] [lactado de sódio] (Dado: Ka (ác.láctico) = ) necessária para preparar um tampão com ph = 4,3? 6. Quantos gramas de CH 3 COO Na + devem ser adicionados a 1,00 mol de CH 3 COOH, a fim de preparar 1,00L de solução com ph = 5,00. (Dados: CH 3 COO + Na = 8g/mol; Ka CH3 COOH = 10-5 ) 7. Mistura-se 00mL de HCl 0,1 mol/l com 00 cm 3 de NH 4 OH 0, mol/l. (Dado: Kb do NH 4 OH = 10-5 ) a) O número de mols de ácido e de base misturados. b) Complete a tabela abaixo: Reação HCl + NH 4 OH NH 4 Cl + H O Início Neutralização Após a neutralização c) Calcule o ph após adição à reação de neutralização. 8. Utilize a equação de Henderson Hasselbach para calcular o ph de 100mL de solução com 0,1mol de NaCN + 0,1mol de HCN. (dado: pka = 5,3) OBS.: tampão ideal. 9. Determine o ph da mistura de 100mL de solução 0,5mol/L de NH 4 OH com 00mL de solução 0,5mol/L de NH 4 Cl. (Dado: pkb = 6,3) 10. Dê a equação do tampão e calcule o ph da mistura de 50 ml CH 3 COOH 1,0 mol/l com 50 ml NaOH 1,0 mol/l (Dado: Ka ácido acético = ) 11. Mistura-se em um recipiente 1000 ml de um ácido fraco HBrO (aq) de concentração 0,1mol/L com 0,5 L de solução de um sal solúvel desse ácido, NaBrO (aq), de concentração 0, mo/l. A respeito dessa mistura, responda aos itens abaixo. (Dados: Ka =, ; K w = ) a) Explique por que o ph dessa solução praticamente não se altera pela adição de pequena quantidade de NaOH (aq). A partir de que quantidade de NaOH (aq) adicionada o efeito tampão cessa? b) Explique por que o ph dessa solução praticamente não se altera pela adição controlada de HCl (aq). A partir de que quantidade de HCl (aq) adicionado o efeito tampão cessa? c) Calcule o ph da mistura citada no texto inicial. d) Calcule o ph após a adição de 0,0mol de NaOH na mistura citada no texto inicial. e) Calcule o ph após a adição de 0,04mol de HCl na mistura citada no texto inicial. 77

80 PRODUTO DE SOLUBILIDADE (KPS OU PS) RESUMO TEÓRICO Quando um sólido é adicionado a um solvente, ele se dissolve até o limite definido pelo seu coeficiente de solubilidade. A partir desse limite ele não mais se dissolve, permanecendo como sólido no fundo do recipiente que o contém formando o denominado corpo de fundo. Considerando o cloreto de prata, que ao se dissolver, sofre dissociação de acordo com a equação: Experimentalmente, verifica-se que um sistema como esse está em equilíbrio. Continuamente, íons Ag + e Cl passam da solução para o corpo de fundo e igual quantidade de AgCl passa do corpo de fundo para a solução. A constante de equilíbrio para este sistema é dada pela expressão: Mas a [AgCl] é constante, podendo ser incorporada no valor de Kc: Kc [AgCl] = [Ag + ] [Cl ] Kps. O produto (Kc [AgCl]) é uma outra constante denominada produto de solubilidade e simbolizada por Então: Kps = [Ag + ] [Cl ] Para uma substância genérica AxBy, que se dissocia de acordo com a equação: o Kps é dado pela expressão: Exemplos: Solução saturada de sulfato de bário: Solução saturada de fosfato de cálcio: Observação: Só se aplica o produto de solubilidade às soluções saturadas. Para uma dada substância, o Kps só varia com a temperatura. Quanto maior for o Kps de uma substância, maior será sua solubilidade. Em uma solução saturada, o produto das concentrações molares dos íons dissolvidos (cada uma delas elevada à potência igual ao seu coeficiente) é exatamente igual ao Kps. Quando, em uma solução, o produto das concentrações molares dos íons dissolvidos (cada uma delas elevada à potência igual ao seu coeficiente) for superior ao Kps, ocorrerá precipitação da substância. 78

81 Efeito do íon comum sobre a solubilidade Se, à solução saturada de uma substância AxBy, juntarmos uma segunda substância que possua um íon comum com AxBy, esta segunda substância provocará precipitação de AxBy como conseqüência do Principio de Le Chatelier. Consideremos, como exemplo, uma solução saturada de AgCl, com corpo de fundo. Adicionemos a esta solução o sal NaCl, o qual se dissocia completamente. Com isso, aumenta-se a [Cl ] na solução. Para minimizar o aumento na concentração de íon Cl, o equilíbrio será deslocado no sentido do processo que forma AgCl (s). Como consequência, ocorre a precipitação do AgCl (s), acarretando, portanto, uma diminuição em sua solubilidade. Um raciocínio equivalente pode ser feito a partir da expressão: Kps = [Ag + ]. [Cl ]. Como o valor de Kps é constante, um aumento da [Cl ] implica uma diminuição da [Ag + ]. Uma diminuição da [Ag + ] acontecerá pela precipitação de AgCl(s). Note que, pelo efeito do íon comum, a solubilidade de uma dada substância é diminuída, mas seu Kps não é alterado. EXERCÍCIOS DISCURSIVOS 1. Sabendo que a solubilidade do carbonato de bário (BaCO 3 ) a uma determinada temperatura é de mol/l, determine a constante de solubilidade ( Kps ) para esse sal nesta mesma temperatura.. O ph de uma solução saturada de hidróxido de magnésio é igual a 10,3. Determine o Kps dessa base. 79