Lista de exercícios sobre estruturas cristalinas

Transcrição

1 Universidade do Estado de Santa Catarina Lista de exercícios sobre estruturas cristalinas 1) À temperatura ambiente o alumínio (Al) apresenta estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) e o seu raio atômico é 0,143 nm. A massa atômica do Al é 26,98 g/mol. Faça um esboço da célula estrutural do Al à temperatura ambiente. Calcule o valor do parâmetro da rede a do Al.Calcule a densidade teórica do Al. 2) A indústria automobilística parece finalmente ter acertado na escolha de um novo material para substituir a pesa estrutura de aço dos carros. Trata-se do alumínio um metal com duas boas vantagens: muito mais leve (r=2,7g/cm 3 ) e praticamente imune à corrosão. Calcule a economia em massa de metal resultante para o novo modelo Audi da A2, ao substituir o aço por alumínio. Sabese que o A2 pesa 895 kg. Lembre-se que 70% do peso do carro é devido à massa de metal (40% dessa massa corresponde ao peso do motor de ferro fundido). R:65,74%. 3) O Molibdênio possui uma estrutura cristalina CCC, um raio atômico de 0,1363 nm, e um peso atômico de 95,94 g/mol. Calcule e compare a sua densidade com o valor experimental 10,22g/cm 3. 4) Calcule o volume da célula unitária da estrutura cristalina do zinco, utilizando os seguintes dados: o zinco puro tem estrutura cristalina HC, com os parâmetros de rede a = 0,2665 nm e c = 0,4947 nm. (R: 0,0913 nm 3 )

2 Lista de exercícios sobre Teoria do orbital molecular 3.45) Desenhe um diagrama de níveis de energia dos orbitais moleculares e determine a ordem de ligação esperada para cada uma das seguintes espécies: (a) Li 2 (b) Li 2 + (c) Li 2 -. Decida se cada molécula ou íon tem caráter paramagnético ou diamagnético. No caso de ser paramagnético, dê o numero de elétrons não-emparelhados. 3.47) (a) Escreva, com base na configuração da molécula neutra O 2, a configuração dos orbitais moleculares de Valencia de (1) O 2 -, (2) O 2 +, (3) O 2 2- (b) Dê a ordem de ligação esperada para cada espécie. (c) Quais dessas espécies são paramagnéticas, se houver alguma? (d) O orbital ocupado de mais alta energia tem caratês sigma ou pi? Lista de exercícios sobre oxidação-redução e eletroquímica 1) Diga se a reação é catódica ou anôdica: a) Fe e Fe o b) Cu o Cu e 2) Complete as reações abaixo, indique e explique, pela posição na tabela de potenciais de eletrodo, quais são as possíveis e as impossíveis: Exemplo: Zn o + Fe 2+ A reação é possível pois o E oxid. do Zn > E oxid. Fe. a) Fe 2+ + Cu b) 2Li + Sn 2+ c) Ti + Ni 2+ d) Ag + + Au e) 2Al + 3Cu 2+ f) Mg 2+ + Fe g) Zn + Cu 2+ h) H 2 + Mn 2+ i) Ca Na 3) Calcular o potencial das pilhas galvânicas formadas em condições padrões pelos seguintes materiais, indicando as semi-reações do ânodo e do cátodo. Exemplo: a) Al e Fe Al o Al e (x 2) Fe e Fe o (x 3) 2Al o 2Al e (anodo) 3Fe e 3Fe o (cátodo) 2Al o + 3Fe 2+ 2Al Fe o E o = E catodo - E ânodo E o = (-0,44) ( - 1,66) = 1,22 V

3 b) Mg e Fe c) Zn e Fe d) Fe e Cu e) Al e Cu f) Zn e Mg g) Ni e Ag h) Cd e Ni i) Cu e Ag 4) Calcular o potencial de eletrodo dos seguintes materiais nas respectivas concentrações usando a equação de Nersnt: a) Fe imerso em solução 0,1M de Fe 2+ b) Zn imerso em solução 0,01M de Zn 2+ c) Fe imerso em solução 10 M de Fe 2+ d) Cu imerso em solução 0,001M de Cu 2+ e) Ag imerso em solução 0,5M de Ag + 5) Qual o potencial desenvolvido quando se constrói uma pilha constituída por: a) Zn/Zn 2+ (0,01M)//Cu 2+ (0,1M)/Cu b) Zn/Zn 2+ (0,001M)//Fe 2+ (0,01M)/Fe c) Ti/Ti 2+ (0,2M)//Sn 2+ (1M)/Sn d) Cu/Cu 2+ (0,5M)//Au 3+ (0,1M)/Au 6) Calcule o potencial das pilhas de concentração diferencial abaixo e indique onde será o ânodo e o cátodo: a) Eletrodos de Fe em contato com soluções de Fe 2+ com 0,01M e 0,1M b) Eletrodos de Zn em contato com soluções de Zn 2+ com 0,01M e 0,1M c) Eletrodos de Cu em contato com soluções de Cu + com 0,0001M e 0,01M d) Eletrodos de Ni em contato com soluções de Ni 2+ com 0,02M e 0,2M 7) Temos uma pilha formada por eletrodos de Zn imersos em soluções 0,1M de Zn 2+. Indique a influência da temperatura quando um dos eletrodos é mantido a 25 o C e o outro é aquecido a 30 o C, depois a 37 o C e finalmente a 67 o C. Qual dos eletrodos sofrerá corrosão? Lista de exercícios estequiometria 1 - A partir dos valores das massas atômicas, calcule as massas dos compostos representados a seguir: Massas atômicas: Na=23 C=12 O=16 P=31 S=32 Al=27 K=39 Mn=55 Br=80 Ca=40 H=1 Cu=63,5.

4 a) Na 2 CO 3 b) H 3 PO 4 c) H 2 SO 3 d) H 2 C 2 O 4 e) H 2 S 2 O Um composto Al 2 (XO 4 ) 3 apresenta massa molecular igual a 342 uma. Determine a massa atômica do elemento X. R: Na combustão do cicloexano (C 6 H 12 ), qual a quantidade em mols de oxigênio (O 2 ) consumida, para um mol de cicloexano queimado, conforme a equação: (R = 9 mols) C 6 H 12 + O 2 CO 2 + H 2 O? 4 - Qual o volume, em m 3, de gás oxigênio, nas CNTP, necessário para queimar totalmente 1200 kg de carvão, com 90% de pureza, conforme a equação: R: 2016m 3 C + O 2 CO A nave estelar Enterprise, de Jornada nas estrelas, usou B 5 H 9 e O 2 como mistura combustível. As duas substâncias reagem de acordo com a seguinte equação: B 5 H 9 + O 2 B 2 O 3 + H 2 O. Se um tanque contém 126 kg de B 5 H 9 e o outro 240 kg de O 2, qual tanque esvaziará primeiro? Mostre com cálculos. Quanta água terá sido formada (em kg) quando um dos reagentes tiver sido completamente consumido? R:101,25 kg 6 - Um dos processos de obtenção de éter hospitalar (C 4 H 10 O) consiste na desidratação de álcool etílico (C 2 H 5 OH), conforme a reação: C 2 H 5 OH C 4 H 10 O + H 2 O. Pede-se para determinar o rendimento desse processo, se quando desidratamos 184g de álcool, obtêm-se 111g de éter. R:75% 7 - Um funileiro usa um maçarico de acetileno para soldar uma panela. O gás acetileno (C 2 H 2 ) é obtido na hora, através da seguinte reação química: CaC 2 + H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2. Qual a massa aproximada de carbureto de cálcio (CaC 2 ) que será necessária para se obter 50 L de acetileno nas CNTP? R:142,8 8 - Uma vela de parafina queima-se, no ar ambiente, para formar água e dióxido de carbono. A parafina é composta por moléculas de vários tamanhos, mas utilizaremos para ela a fórmula C 25 H 52. Tal reação representa-se pela equação: C 25 H 52 + O 2 H 2 O + CO 2. Responda: a)quantos mols de oxigênio são necessários para queimar um mol de parafina? b)quanto pesa esse oxigênio? R: a) 38 b) 1216g 9 - Quantas moléculas de gás oxigênio reagem com 6 mols de monóxido de carbono, conforme a equação: CO + O 2 CO 2? R: 1,806x A combustão do metanol (CH 3 OH) pode ser representada pela equação não balanceada: CH 3 OH + O 2 CO 2 + H 2 O. Quando se utilizam 5,0 mols de metanol nessa reação, quantos molsde gás carbônico são produzidos?

5 R: Qual é o número de átomos de cobre existente em 10-8 grama desse metal? (R = 9,48x10 13 átomos) 12 - A densidade da água a 25 C é 1.0 g/ml. Qual o número aproximado de átomos de hidrogênio contidos em uma gota de água de volume igual a 0.05 ml? (3,34x10 21 átomos de H) 13 - A tabela abaixo apresenta a massa molar de várias substâncias: Substância Au HCl O 3 C 5 H 12 H 2 O M (g.mol -1 ) ,5 48,0 72,0 18,0 Comparando massas iguais dessas substâncias, qual é a que apresenta maior número de partículas? H 2 O 14 - A abundância de alguns metais na crosta terrestre é: Metal % em massa Massa molar (em g/mol) ferro 4,7 55,8 cálcio 3,4 40,1 sódio 2,6 23,0 potássio 2,3 39,1 magnésio 1,9 24,3 Considerando apenas esses metais, podemos afirmar que existe na crosta terrestre maior número de átomos de a) ferro b) cálcio c) sódio d) potássio e) magnésio 15 - Muitas espécies de animais têm órgãos olfativos de notável sensibilidade. Por exemplo, certo tipo de salmão é capaz de perceber a presença, na água, de 2-feniletanol (C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH) em concentração tão baixa quanto 3,66 g em 100 trilhões (1 x ) de litros de água. Qual o número de moléculas de 2-feniletanol por litro de água? (1,81x10 8 mol/l) 16 - Um frasco contém uma mistura de 16 g de O 2 e 55 g de CO 2. Qual é o número total de moléculas dos dois gases no frasco? (1,05x10 24 moléculas) 17 - O ferro (massa atômica 56) é essencial à vida do homem porque está presente, na forma iônica, no glóbulo vermelho do sangue e transporta oxigenio para os tecidos. No sangue de um adulto há 2,9 g de

6 ferro, que estão contidos em cerca de 2,6 x glóbulos vermelhos. Qual é o número de átomos de ferro em cada glóbulo vermelho? (1,2x10 9 átomos) 18 - Qual a quantidade de carbonato de cálcio que pode ser preparada a partir da mistura de 2 mols de carbonato de sódio e 3 mols de cloreto de cálcio? (2 mols de CaCO 3 ) 19 - Uma amostra de um minério de carbonato de cálcio pesando 2,0 g, ao ser tratada com ácido clorídrico em excesso, produziu 1,5 x 10-2 mol de dióxido de carbono. Equacione a reação química correspondente e calcule a porcentagem, em massa, de carbonato de cálcio. (75%) 20 - A hematita (Fe 2 O 3 ) é um dos minerais de ferro de maior importância industrial. Em sua reação com monóxido de carbono (CO), obtemos ferro metálico: Fe 2 O CO 2 Fe + 3 CO 2 Se utilizarmos 1 kg de hematita com de pureza 80%, quanto obteremos de ferro? (559,4g) 21-0,5 mol de Ca 3 P 2 reage com água, produzindo Ca(OH) 2 e desprendendo PH 3. Este último reage completamente com oxigênio atmosférico, formando H 3 PO 4. Quantos mols de água e quantos mols de oxigênio são gastos? (são gastos 3 mols de água e 2 mols de oxigênio) 22 - Em 1990 foram consumidos, em nosso país, cerca de 164 bilhões (164 x 10 9 ) de cigarros. A massa de um cigarro que é queimada corresponde a aproximadamente 0,85 g. Considerando que 40% da massa do cigarro seja do elemento carbono, quantas toneladas de dióxido de carbono (CO 2 ) os fumantes lançaram na atmosfera em 1990, no Brasil? C + O 2 CO 2 (2,05x10 11 g de CO 2 = toneladas) 23 - Segundo notícia publicada no jornal Correio Popular (Campinas) de 23/11/88, um caminhão tanque tombou nas proximidades de Itanhaém, causando um vazamento de 20 toneladas (2 x 10 7 g) de ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ). A equipe de atendimento de acidentes usou cal extinta (Ca(OH) 2 ) para neutralizar o ácido. Admitindo-se que o H 2 SO 4 é 98%, calcule a massa mínima de Ca(OH) 2 necessária para a neutralização total do ácido derramado. (1,48x10 7 g) 24 - Polietileno pode ser obtido do etanol pela sequência de reações abaixo equacionadas: C 2 H 5 OH C 2 H 4 + H 2 O nc 2 H 4 (C 2 H 4 )n Quantos milhares de litros de etanol são necessários para a produção de 5,6 ton de polietileno? Suponha reações com 100% de rendimento. (densidade do etanol = 0,8 kg/l)(11,5x10 3 L) 25 - A obtenção de etanol, a partir de sacarose (açúcar) por fermentação, pode ser representada pela seguinte equação: C 12 H 22 O 11 + H 2 O 4 C 2 H 5 OH + 4 CO 2

7 Admitindo-se que o processo tenha rendimento de 100% e que o etanol seja anidro (puro), calcule a massa (em kg) de açúcar necessária para produzir 50 litros de etanol, suficiente para encher o tanque de um automóvel. (densidade do etanol = 0,8 g/cm 3 ) (74,3x10 3 g ou 74,3 Kg) 26 - Certos solos, por razões várias, costumam apresentar uma acidez relativamente elevada. A diminuição desta acidez pode ser feita pela adição ao solo de carbonato de cálcio, CaCO 3, ou de hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2, ocorrendo uma das reações abaixo representadas: CaCO H + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O Ca(OH) H + Ca 2+ + H 2 O Um fazendeiro recebeu uma oferta de fornecimento de carbonato de cálcio ou de hidróxido de cálcio, ambos a um mesmo preço por quilograma. Qual dos dois seria mais vantajoso, em termos de menor custo, para adicionar à mesma extensão de terra? Justifique. Ca(OH) Calcule a massa de enxofre de 96% de pureza necessária à obtenção de 490 kg de H 2 SO 4 de 80% em massa (pureza), pelo processo abaixo equacionado, sabendo-se que o rendimento do processo é igual a 60%. S + O 2 SO 2 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 (166Kg) SO 3 + H 2 O H 2 SO Durante as batalhas navais da 2 a. Guerra Mundial, produzia-se cortinas de fumaça ao se pulverizar, no ar úmido, tetracloreto de titânio. A reação que ocorria pode ser descrita pela seguinte equação não balanceada: TiCl 4 + H 2 O TiO 2 + HCl A densa fumaça era causada pela formação de TiO 2. (a) Balanceie a equação química dada; (b) Quantos mol de H 2 O são necessários para reagir com 6,50 mol de TiCl 4? (13 mols de H 2 O) (c) Quantos quilos de HCl são formados quando 100,0 kg de TiCl 4 com 85% de pureza reagem? (65,4Kg) (d) Quantos gramas de TiO 2 são formados a partir de 14, 4 mol de TiCl 4? (1,15x10 3 Kg) 29 - A concentração de íons fluoreto em uma água de uso doméstico é de 5, mol/l. Se uma pessoa tomar 3,0 L dessa água por dia, ao fim de um dia qual a massa de fluoreto, em mg, que essa pessoa ingeriu? (2,85mg) 30 - Um aluno deseja preparar ml de solução 1,4 M de ácido clorídrico diluindo uma solução 2,8 M do mesmo ácido.

8 a) Que volume da solução mais concentrada deve ser usado? (750mL) b) Que volume de água é necessário para esta diluição (750mL) 31 - Para evitar a propagação de doenças como a cólera, a água para beber é desinfetada pela adição de cloro (Cl 2 ) à razão mínima de 0,20 mg/kg de água. Para obter essa água clorada, quantas moléculas de água são necessárias, aproximadamente, para cada molécula de cloro? (1,96x10 7 moléculas) 32 - O eletrólito empregado em baterias de automóvel é uma solução aquosa de ácido sulfúrico. Uma amostra de 7,50 ml da solução de uma bateria requer 40,0 ml de hidróxido de sódio 0,75 M para sua neutralização completa. Calcule a concentração molar do ácido na solução da bateria. (2mol/L) 33 - A hidrazina, N 2 H 4, e o peróxido de hidrogênio, H 2 O 2, são usados como propelentes de foguetes. Na reação entre ambos são formados ácido nítrico, HNO 3, e água, H 2 O. a. Quantos mols de HNO 3 serão formados a partir de 0,025 mol de N 2 H 4? (0,05 mol) b. Quantos mols de H 2 O 2 serão requeridos para reagir com 220 g de N 2 H 4? (48,2 mol) c. Quantos gramas de H 2 O 2 serão necessários para produzir 45,8 g de HNO 3? (86,5 mol) 34 - Em um frasco de aço de 1 litro, são colocados 12,25 gramas de clorato de potássio. O frasco é fechado e é feito vácuo no interior do mesmo. A seguir, o frasco é aquecido até provocar a decomposição completa do sal. O frasco é, então, resfriado até 300K. Qual a pressão no interior do frasco, nesta temperatura, desprezando-se o volume ocupado pelo produto sólido da reação? Qual a massa de KCl (s) produzida? KClO 3(s) KCl (s) + 3½O 2(g) Dados: Massas atômicas: K=39; Cl=35,5 e O= Um carvão apresenta a seguinte composição elementar: 79%C; 5,1%H, 3,6%O, 1,5%S, 1,3%N e 9,4% de cinzas. Este carvão é queimado completamente com ar em excesso de 50%. Calcule: a) O peso de ar prático: Resposta: 16,278Kg/Kg de carvão b) O volume de ar prático: Resposta 12,481m 3 ar CNTP/Kg carvão c) O peso dos gases úmidos de combustão: Resposta 17,184 Kg de fumos/kg de carvão d) O volume dos gases úmidos de combustão, nas CNTP: Resposta 12,8026m 3 /Kg 36 Metanol (CH 4 O) é queimado completamento com ar em excesso de 10%. Calcule: a) O peso de ar prático: Resposta 7,174 Kg de ar/kg de metanol b) O volume de ar prático: Resposta 5,5m 3 de ar nas CNTP/Kg de metanol c) O peso de gases úmidos de combustão: Resposta: 8,174Kg de fumos/kg de metanol d) O volume dos gases úmidos de combustão a 300K e 0,9atm: Resposta 8m 3 /Kg de metanol 37 Uma gasolina é composta por 20% de etanol (C 2 H 6 O) e o restante considere como tendo fórmula C 8 H 18. Faz-se a combustão completa da mesma com oxigênio puro em excesso de 10%. Calcule: a) O peso de oxigênio prático: Resposta: 3,5464Kg de O 2 /Kg de gasolina

9 b) O volume de oxigênio prático: Resposta: 2,486m 3 de O 2 nas CNTP/Kg de gasolina c) O volume dos gases de combustão a 300K e 1 atm. Resposta: 3,7183m 3 /Kg de gasolina d) O peso dos gases úmidos de combustão: Resposta: 4,5474Kg de fumos/kg de gasolina 38 Uma mistura gasosa é composta por, em % volumétrica: 20% CH 4, 10%C 2 H 6, 10% N 2, 15%CO, 30%H 2, 15% CO 2. Este gás é queimado completamente com ar em excesso de 20%. Calcule: a) O volume de ar prático: Resposta: 5,571 m 3 de ar/m 3 de gás b) O volume dos gases úmidos de combustão: Resposta: 6,3963m 3 de fumos/m 3 de gás 39 Faz-se a combustão completa de um gás com a seguinte composição volumétrica: 75% CH 4, 10%C 2 H 6, 10%C 3 H 8 e 5%H 2, com ar em excesso de 10%. Calcule: a) O volume de ar prático: Resposta: 12,44m 3 /m 3 de gás b) O volume dos gases úmidos de combustão. Resposta: 13,565 m 3 /m 3 de gás 40 Um gás pobre de carvão betuminoso é queimado com ar em excesso de 20%. A composição do gás pobre é: 3%CH 4, 14%H 2, 27% CO, 4,5% CO 2, 50,9%N 2 e 0,6% de O 2. Calcule: a) A relação ar/combustível em m 3 de ar/m 3 de gás pobre. Resposta: 1,476m 3 /m 3 de gás pobre. b) O volume dos gases úmidos de combustão. Resposta: 2,275 m 3 /m 3 de gás pobre.