Exercícios de Aprofundamento Qui Equilibrio Quimico e Iônico / PH
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- Sebastiana Aleixo Amaro
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1 . (Fgv 05) Estudos ambientais revelaram que o ferro é um dos metais presentes em maior quantidade na atmosfera, apresentando-se na forma do íon de ferro 3 hidratado, 3 6 [Fe(H O) ]. O íon de ferro na atmosfera se hidrolisa de acordo com a equação [Fe(H O) ] [Fe(H O) OH] H (Química Nova, vol. 5, nº., 00. Adaptado) Um experimento em laboratório envolvendo a hidrólise de íons de ferro em condições atmosféricas foi realizado em um reator de capacidade de,0l. Foi adicionado inicialmente 3,0mol de [Fe(H O) 6] e, após a reação atingir o equilíbrio, havia sido formado 0,05mol de íons H. A constante de equilíbrio dessa reação nas condições do experimento tem valor aproximado igual a a), b),5 0. c) 4,5 0. d) 5, e) 5,0 0.. (Unesp 05) O ácido etanoico, popularmente chamado de ácido acético, é um ácido fraco e um dos componentes do vinagre, sendo o responsável por seu sabor azedo. Dada a 5 constante de ionização, a, igual a,8 0, assinale a alternativa que apresenta a concentração em mo L de H em uma solução deste ácido de concentração,0 0 mo L. a) b) c) d) e) 0,00060 mo L 0,00008 mo L,8 mo L 3,6 mo L 0, mo L 3. (Ita 05) Considere uma reação genérica A B C e os dados cinéticos para a reação direta (D) e inversa (I) : Sentido da reação Constante de velocidade Energia de ativação A B C k D E a,d C A B 3 ki kd Ea,I Ea,D a) Desenhe o gráfico de energia potencial versus coordenada da reação direta. b) Determine o valor numérico da constante de equilíbrio da reação. c) Qual sentido da reação é endotérmico? 4. (Mackenzie 05) Determine, respectivamente, o ph e a constante de ionização de uma solução aquosa de um ácido monocarboxílico 0,0M, a 5 C, que está 0% ionizado, após ter sido atingido o equilíbrio. Página de 8
2 Dado: log 0,3 4 a) 3,3 e 5 0. b),7 e c),7 e d),7 e 5 0. e) 3,3 e (Fuvest 05) 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 PHI P P 55 H I a) Calcule a quantidade de matéria, em mol, de HI (g) no equilíbrio. b) Expresse o valor da pressão parcial de hidrogênio como função do valor da pressão total da mistura, no equilíbrio. 6. (Unifesp 05) Um esquema com a escala de ph do nosso sangue está representado na figura. O ph do sangue é mantido por volta de 7,4, devido à ação de vários tampões, que impedem a acidose e a alcalose. O principal tampão do plasma sanguíneo consiste de ácido carbônico e íon hidrogenocarbonato. A equação que representa o equilíbrio é: 3 3 CO (g) H O( ) H CO (aq) H (aq) HCO (aq) a) Quando uma pessoa prende a respiração por alguns segundos, há uma variação no ph do seu sangue. Nessa situação, ocorre alcalose ou acidose? Com base no equilíbrio reacional, justifique sua resposta. b) Explique como a presença de uma substância básica no sangue altera a concentração de íons hidrogenocarbonato. Represente a fórmula estrutural deste íon. 7. (Ita 05) Considere a reação química hipotética realizada em sistema fechado à pressão e temperatura constantes representada pela equação X Y W Z. Supondo que no início da reação haja apenas os reagentes X e Y, e considerando um intervalo de tempo que se Página de 8
3 estende de t 0 até um instante t após o equilíbrio ter sido atingido, assinale a opção que apresenta a variação da energia livre de Gibbs. a) b) c) d) e) 8. (Ita 05) Considere as seguintes reações químicas e respectivas constantes de equilíbrio: N (g) O (g) NO(g) NO(g) O (g) NO (g) NO (g) N (g) O (g) 3 Então, 3 é igual a a). b) c) 4.. Página 3 de 8
4 d) e).. 9. (Espcex (Aman) 05) Na indústria de alimentos, para se evitar que a massa de pães e biscoitos fique com aspecto amarelado, utiliza-se como aditivo, um ácido orgânico fraco monoprótico, o propanoico. Considerando a constante de ionização do ácido propanoico igual a,0 0 5 e as condições de temperatura e pressão de 5 C e atm, o ph aproximado de uma solução de concentração a) b) 4 c) 6 d) 7 e) 8 0,00mol L desse ácido é 0. (Unicamp 05) A figura abaixo mostra a porcentagem de saturação da hemoglobina por oxigênio, em função da pressão de O, para alguns valores de ph do sangue. a) Devido ao metabolismo celular, a acidez do sangue se altera ao longo do aparelho circulatório. De acordo com a figura, um aumento da acidez do sangue favorece ou desfavorece o transporte de oxigênio no sangue? Justifique sua resposta com base na figura. b) De acordo com o conhecimento científico e a partir dos dados da figura, explique por que uma pessoa que se encontra em uma região de grande altitude apresenta dificuldades de respiração.. (Ita 05) Sendo o p do NH4OH igual a 4,74, o ph de uma solução aquosa 0,0molL em NH4C é a),00. b) 3,74. c) 4,74. d) 5,3. e) 8,87.. (Ita 05) O grau de dissociação, α, do ácido acético em solução aquosa 00 vezes menor que o do ácido clorídrico também em solução aquosa 0,0molL 0,0molL. Com é Página 4 de 8
5 base nestas informações, pode-se afirmar que o ph da solução aquosa do ácido acético 0,0molL a) zero. b) um. c) dois. d) três. e) quatro. é 3. (Espcex (Aman) 04) Considere uma solução aquosa de HC de concentração 0,mol L completamente dissociado (grau de dissociação: α 00% ). Tomando-se apenas,0 ml dessa solução e adicionando-se 9,0 ml de água pura, produz-se uma nova solução. O valor do potencial hidrogeniônico (ph) dessa nova solução será de a),0 b),0 c) 3,0 d) 4,0 e) 5,0 4. (Fuvest 04) Algumas gotas de um indicador de ph foram adicionadas a uma solução aquosa saturada de CO, a qual ficou vermelha. Dessa solução, 5 ml foram transferidos para uma seringa, cuja extremidade foi vedada com uma tampa (Figura I). Em seguida, o êmbolo da seringa foi puxado até a marca de 50 ml e travado nessa posição, observando se liberação de muitas bolhas dentro da seringa e mudança da cor da solução para laranja (Figura II). A tampa e a trava foram então removidas, e o êmbolo foi empurrado de modo a expulsar totalmente a fase gasosa, mas não o líquido (Figura III). Finalmente, a tampa foi recolocada na extremidade da seringa (Figura IV) e o êmbolo foi novamente puxado para a marca de 50 ml e travado (Figura V). Observou se, nessa situação, a liberação de poucas bolhas, e a solução ficou amarela. Considere que a temperatura do sistema permaneceu constante ao longo de todo o experimento. a) Explique, incluindo em sua resposta as equações químicas adequadas, por que a solução aquosa inicial, saturada de CO, ficou vermelha na presença do indicador de ph. b) Por que a coloração da solução mudou de vermelho para laranja ao final da Etapa? c) A pressão da fase gasosa no interior da seringa, nas situações ilustradas pelas figuras II e V, é a mesma? Justifique. 5. (Ita 04) São feitas as seguintes comparações de valores de a p de compostos orgânicos: Página 5 de 8
6 I. p CH COOH p C CH COOH a 3 a II. p F CCOOH p C CCOOH a 3 a 3 III. p CH CH CHC COOH p CH CHC CH COOH a 3 a 3 Das comparações acima, está(ão) CORRETA(S) apenas a) I. b) I, II e III. c) I e III. d) II. e) II e III. 6. (Unicamp 04) A equação abaixo mostra o equilíbrio químico em meio aquoso de uma droga muito utilizada no tratamento de náuseas e vômitos e também como antialérgico. Essa droga, dependendo da finalidade, pode ser comercializada na sua forma protonada (A) ou na sua forma neutra (B). a) Sabendo-se que em meio aquoso a constante de equilíbrio para essa equação é igual a 9, 0, qual espécie estaria em maior concentração no intestino (cujo ph é igual a 8): a protonada (A), a neutra (B) ou ambas estariam na mesma concentração? Justifique sua resposta com base em cálculos matemáticos. b) Supondo que a droga seria absorvida de forma mais completa e com melhor efeito terapêutico se fosse mais solúvel em lipídios, qual forma seria preferível numa formulação, a protonada ou a neutra? Justifique sua resposta em termos de interações intermoleculares. 7. (Unicamp 04) Em setembro de 0, no Rio Grande do Sul, pessoas alegaram ter sofrido queimaduras depois de beberem um achocolatado. Em março de 03, um caso semelhante voltou a ocorrer, agora com um suco de maçã. Em função de problemas semelhantes durante o processo de higienização, o achocolatado foi contaminado por água sanitária e o suco de maçã substituído por soda cáustica,5 %. Pode-se afirmar que, comparados aos produtos não contaminados, os líquidos que causaram problemas aos consumidores apresentavam-se a) mais ácidos e, portanto, com maiores valores de ph. b) mais ácidos e, portanto, com menores valores de ph. c) mais básicos e, portanto, com maiores valores de ph. d) mais básicos e, portanto, com menores valores de ph. 8. (Fgv 04) A indústria alimentícia emprega várias substâncias químicas para conservar os alimentos e garantir que eles se mantenham adequados para consumo após a fabricação, transporte e armazenagem nos pontos de venda. Dois exemplos disso são o nitrato de sódio adicionado nos produtos derivados de carnes e o sorbato de potássio, proveniente do ácido 5 HC6H7 O a 0 a 5 C, usado na fabricação de queijos. sórbico Página 6 de 8
7 As soluções aquosas dos sais de nitrato de sódio e de sorbato de potássio têm, respectivamente, ph a) igual a 7; maior que 7. b) igual a 7; menor que 7. c) menor que 7; igual a 7. d) menor que 7; maior que 7. e) maior que 7; menor que 7. Página 7 de 8
8 Gabarito: Resposta da questão : [B] Teremos: Gasta Forma Forma 3 [Fe(HO) 6] [Fe(HO) 5OH] H mol/ L 0 0 (início) 0,05 mol/l 0,05 mol/l 0,05 mol/l (durante) ( 0,05) mol/l 0,05 mol/l 0,05 mol/l (equilíbrio) 0,95 [[Fe(HO) 5OH] ] [ H ] equilíbrio 3 [[Fe(HO) 6] ] 0,05 0,05 3 equilíbrio 0,00635,6 0 0,95 Resposta da questão : [A] A partir da análise do equilíbrio, vem: 5 a,8 0 ; [CH3COOH],0 0 mo L CH3COOH H CH3COO, início (mo L ) gasta forma forma y y y durante (mo L ) (,0 0 y) y y equilíbrio (mo L ),00 [H ][CH3COO ] a [CH3COOH] 5 y y,8 0, y,8 0, y [H ] ,0 0 4 [H ] 6,0 0 0,00060 mo L Resposta da questão 3: a) Gráfico de energia potencial versus coordenada da reação direta: E energia de ativação da reação direta a,d Ea,I Ea,D energia de ativação da reação inversa Ea,D Ea,I Conclusão : a reação é endotérmica. Página 8 de 8
9 b) Cálculo do valor numérico da constante de equilíbrio da reação: Direta A B C Inversa [C] equilíbrio [A][B] vdireta k D[A][B] vinversa k I[C] 3 ki kd 3 vinversa k D[C] No equilíbrio vdireta v Inversa, então: 3 kd [A][B] kd [C] [C] [A][B] 3 equilíbrio 3 c) O sentido direto é endotérmico, pois Ea,D Ea,I. Resposta da questão 4: [D] Teremos: Página 9 de 8
10 HE H E α [HE] ionização ( α) (0,0) 0,0 ionização (,00 0,0) 4 4,0 0 ionização 0,80 4 ionização 5 0 [H ] α [HE] 3 [H ] 0,0 0,0,0 0 3 ph log(,0 0 ) ph 3 log 3 0,3 ph,7 Resposta da questão 5: a) Teremos: H (g) I (g) HI (g) mol mol 0 (início) x x x (durante estequiometria) (x) (x) x (equilíbrio) Δn P eq (RT) (P HI) P 55 PH P I Δn ( ) eq (RT) eq 55 (x) 55 ( x) ( x) (x) ( x) 55 Extraindo a raiz quadrada, vem: (x) 55 ( x) (x) (x) 7,46 7,46 (x) (x) x 7,46 7,46x 9,46x 7,46 7,46 x 0, ,79 9,46 nhi x 0,79,58 nhi,58 mol Página 0 de 8
11 b) Valor da pressão parcial de hidrogênio como função do valor da pressão total da mistura no equilíbrio: H (g) I (g) HI (g) (x) (x) x (equilíbrio) (0,79) (0,79),58 (equilíbrio) 0, 0,,58 (equilíbrio) nmistura PH XH Pmistura nh XH nmistura nh P H nmistura Pmistura nh PH P mistura nmistura 0, 0, PH P mistura PH P mistura (0,0,,58) PH P mistura 0,05 PH 0,05 P mistura Resposta da questão 6: a) Quando uma pessoa prende a respiração ocorre aumento na concentração de gás carbônico (CO ). O equilíbrio desloca para a direita. direita direita CO (g) HO( ) HCO 3(aq) H (aq) HCO 3(aq) aumenta aumenta; ph diminui O ph do sangue diminui e ocorre acidose. b) Com a adição de uma substância básica o equilíbrio desloca para a direita devido ao consumo de cátions H. Consequentemente a concentração de ânions HCO3 no sangue aumenta. direita direita CO (g) HO( ) HCO 3(aq) H (aq) HCO 3(aq) diminui aumenta devido à presença de OH Fórmula estrutural do ânion HCO 3 : Página de 8
12 Resposta da questão 7: [E] A energia livre de Gibbs dos reagentes e produtos puros é maior do que do que a energia livre de Gibbs no equilíbrio. O gráfico que indica a menor energia livre de Gibbs em relação ao tempo é: Resposta da questão 8: [D] A partir das reações fornecidas, vem: N (g) O (g) NO(g) [NO] [N ][O ] NO(g) O (g) NO (g) [NO ] [NO] [O ] NO (g) N (g) O (g) [N ] [O ] 3 [NO ] Relacionando as constantes, teremos: [NO] [NO ] [N ][O ] [NO] [O ] [NO ] [N ][O ] [N ][O ] [NO ] [N ] [O ] [NO ] Conclusão: 3 3 Página de 8
13 Resposta da questão 9: [B] C3H6O H C3H5O 3 0 mol / L 0 0 (início) x x x (durante) 3 0 x x x [H ][C3H5O ] a [C3H6O ] 5 x x x x 8 x 0 4 x 0 4 [H ] 0 ph log[h ] 4 ph log0 ph 4 x Resposta da questão 0: a) Análise do gráfico: Conclusão: um aumento da acidez do sangue desfavorece o transporte de oxigênio no sangue, ou seja, quanto maior a acidez do sangue, menor a porcentagem de saturação da hemoglobina por O. b) Análise do gráfico: Página 3 de 8
14 A pressão parcial do O diminui e a porcentagem de saturação da hemoglobina por O também. Conclusão: uma pessoa que se encontrar em uma região de grande altitude na qual a concentração de gás oxigênio seja baixa, apresentará dificuldades de respiração, pois a porcentagem de saturação da hemoglobina por O também será baixa. Resposta da questão : [D] Hidrólise do NH4C : NH 4 C HO NH NH NH H [NH ] [NH C ] 0,0 mol / L H O H C 4 3 NH NH H 0,0 mol / L 0 0 (início) x x x (durante) (0,0 x) mol / L x x (equilíbrio) [NH 3 ][H ] h [NH 4 ] x x h 0,0 x tende a zero x h 0, [H ] [OH ] 0 [H ] [OH ] 4 [NH 3][H ] [NH 3] 0 h h [NH 4 ] [NH 4 ] [OH ] Página 4 de 8
15 3 4 [NH 4 ][OH ] b [NH 3 ] 4 NH H O NH OH [NH ][OH ] [NH ] h w 3 b [NH ] 0 [NH ] [OH ] 0 Então, h p b w b log b 4,74 log b 4,74 b 4 w 0 h 4,74 b 0 9,6 h 0 0 h 0 x 0,0 9,6 x 0 0,6 x 0 0,6 x 0 x 0 x [H ] 5,3 5,3 [H ] 0 mol / L ph log[h ] ph log0 ph 5,3 5,3 Resposta da questão : [D] Para o ácido acético: [CH3COOH] 0,0 mol / L Grau de ionização α CH3COOH H CH3COO [CH3COOH] [H ] 0,0 mol / L [H ] (grau de ionização) [CH3COOH] [H ] 0,0α Para o ácido clorídrico: Página 5 de 8
16 [HC ] 0,0 mol / L Grau de ionização 0 α HC H C [HC ] [H ] 0,0 mol / L [H ] (grau de ionização) [HC ] [H ] 0 α 0,0 [H ] 0α 0,0 0α α 0,0 Então para o ácido acético, [H ] 0,0α [H ] 0,0 0,0 0,00 3 [H ] 0 3 ph log0 ph 3 Resposta da questão 3: [B] Teremos:,0 ml de uma solução aquosa de HC 0, mol / L : 0, mol n n HC total HC 000 ml 0,000 mol,0 ml V,0 9,0 0 ml 0,0 L n 0,000 mol [HC ] 0,0 mol / L 0 mol / L (ácido monoprótico) V 0,0 L [H ] 0 mol / L ph,0 Resposta da questão 4: a) Equações químicas adequadas: CO (g) CO (aq) CO (aq) HO( ) HCO 3(aq) H (aq) HCO 3 (aq) De acordo com a reação química descrita pela equação acima se percebe que o meio fica ácido. De acordo com o enunciado a solução ficou vermelha, isto significa que houve saturação, ou seja, que o ph é inferior a 4,5 (vide tabela). b) No final da etapa I se observou a liberação de muitas bolhas de gás carbônico, isto significa que o equilíbrio foi deslocado para a esquerda e que a concentração de íons H diminui: CO (g) CO (aq) esquerda 3 3 esquerda esquerda CO (aq) H O( ) H CO (aq) H (aq) HCO (aq) Consequentemente o ph aumenta e supera 4,5. A solução muda da coloração vermelha para laranja. c) Foram feitas as seguintes observações: Etapa : liberação de bolhas de gás carbônico e a solução ficou laranja. Página 6 de 8
17 Etapa 4: houve liberação de poucas bolhas e a solução ficou amarela. Conclui-se que a pressão da fase gasosa no interior da seringa, nas situações ilustradas pelas figuras II e V, não é a mesma: P V n R T CO CO CO constante constante CO CO constante P V n R T n k P n k P n k P constante Resposta da questão 5: [A] p a a p log a log 0 a a pa Conclusão: quanto maior o valor de será o ácido. p a, menor será o valor da constante ácida e mais fraco Teremos: I. pa CH3COOH; mais fraco pa C CHCOOH; mais forte Maior efeito indutivo devido à presença do cloro ligado à carboxila. II. p F CCOOH; mais forte p C CCOOH a 3 a 3 O flúor é mais eletronegativo do que o cloro. III. p CH CH CHC COOH;mais forte p CH CHC CH COOH a 3 a 3 O cloro está mais próximo da carboxila (CH CH CHC COOH). Resposta da questão 6: a) Teremos: 8 ph 8 [H ] 0 mol / L 9 A H B eq, [B], 0 [A] 9 [B], 0, 0 0, [A] 8 0 0, [B] [A] ou [A] [B] 3 Conclusão: a concentração da forma A (protonada) é maior do que a concentração da forma B (neutra). b) A forma neutra seria absorvida de forma mais completa e com melhor efeito terapêutico em lipídios (predominantemente apolares), pois é menos polarizada do que a forma protonada, tendo em vista que semelhante tende a dissolver semelhante. Resposta da questão 7: Página 7 de 8
18 [C] No caso da água sanitária: NaC O Na C O HOH Na C O HOH OH HC O meio ácido básixo fraco No caso da soda cáustica: NaOH HO NaOH(s) NaOH(aq) NaOH(aq) Na (aq) OH (aq) meio básico OH HC O Em meio básico o valor do ph é maior. Resposta da questão 8: [A] Teremos: NaNO3 Na NO3 HO H NO3 Na OH HO H OH meio neutro ph7 NaC6H7O Na C6H7O HO C6H8O Na OH C6H7O HO C6H8O OH ácido meio fraco básico ph7 Página 8 de 8
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