P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 09/05/08

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1 2 - ROVA DE QUÍMICA GERAL - 09/05/08 Nome: GABARITO Nº de Matrícula: Turma: Assinatura: Quão Valor Grau Revisão 1 a 2,5 2 a 2,5 3 a 2,5 4 a 2,5 Total 10,0 Constantes: R 8,314 J mol -1 K -1 0,0821 atm L mol -1 K -1 1 cal 4,184 J 1 atm 760 mmhg K w [H + ] [OH - ] 1,00 x a 25 C N A 6,02 x /mol

2 1 a Quão As leis de proteção ambiental não permitem o lançamento de rejeitos em rios se es não iverem dentro de determinadas especificações. Rejeitos com valores de ph inferiores a 5,0 ou superiores a 9,0 devem ser tratados antes de serem lançados aos rios. Considere que os rejeitos X, Y e Z, a 25 C, possuem as características apresentadas na tabela abaixo. Rejeito [H + ] (mol L -1 ) [OH - ] (mol L -1 ) X 1,0 x 10-3 Y 1,0 x 10-4 Z 1,0 x 10-6 ph poh a) Complete a tabela acima com as informações que faltam para os rejeitos X, Y e Z. b) Qual des efluentes é mais ácido? Justifique. c) Qual(is) de(s) efluentes poderia(m) ser lançado(s) nos rios considerando a faixa de ph apropriada. d) Calcule o valor de K a para o ácido hipocloroso, HClO, sabendo que e é o único ácido presente no efluente Y e que sua concentração inicial é de 0,3 mol L -1. HClO(aq) + H 2 O(l) ClO - (aq) + H 3 O + (aq)

3 Resolução: a) Rejeito [H + ] [OH - ] ph poh (mol L -1 ) (mol L -1 ) X 1,0 x ,0 x ,0 11,0 Y 1,0 x ,0 x ,0 10,0 Z 1,0 x ,0 x ,0 6,0 b) O mais ácido é o que tem a maior [H + ] ou menor ph X c) Z, pois possui valor de ph dentro da faixa permitida (5,0 a 9,0) d) HClO(aq) + H 2 O(l) ClO - (aq) + H 3 O + (aq) 0, ,3-x x x x [H + ] no efluente Y 1,0 x 10-4 pela tabela K a x 2 (1,0 x 10-4 ) 2 3,3 x ,3 x 0,3 (1,0 x 10-4 )

4 2 a Quão O sulfato de cobre(ii) pentahidratado, CuSO 4.5H 2 O, é utilizado em piscinas como inibidor de crescimento de algas. A eficácia dessa substância como algicida é garantida pela presença da espécie Cu 2+ na água, conforme a reação: CuSO 4.5H 2 O(s) Cu 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) + 5H 2 O(l) Sabendo que, em solução aquosa, a espécie Cu 2+ pode precipitar na forma de hidróxido de cobre, Cu(OH) 2, uma substância pouco solúvel em água, pede-se: a) Calcule a quantidade máxima de CuSO 4.5H 2 O, em massa, que pode ser adicionada a uma piscina de volume igual a L, de modo que não ocorra a precipitação do Cu(OH) 2 e sabendo que o ph ideal da água da piscina é 6. b) Haverá precipitação de Cu(OH) 2 quando 10,0 kg de CuSO 4.5H 2 O forem adicionados a uma piscina de L e ph 7,0? Mostre com cálculos. Dado: Cu(OH) 2 (s) Cu 2+ (aq) + 2OH - (aq) K S 1,8 x a 25 o C

5 Resolução: a) Cálculo da concentração de íons hidroxila, OH -, em mol L -1 : ph 6 poh 8 [OH - ] 1,0x10-8 mol L -1 Cálculo da concentração de Cu 2+, em mol L -1 : K S [Cu 2+ ][OH - ] 2 [Cu 2+ ] K [OH S 2 ] 1,8 x10-3 mol L -1 Cálculo da massa de CuSO 4.5H 2 O, em Kg: 1,8x10-3 mol L -1 x 249,5 g mol -1 0,449 g L -1 Em L 4,49 kg b) Cálculo da concentração de Cu 2+, em mol L -1 : [Cu 2+ ] g L. 249,5 g mol 3 1 1,60 x 10 mol L 1 Cálculo da concentração de OH -, em mol L -1 : ph poh 7 [OH - ] - 1,0 x 10-7 mol L -1 Cálculo do valor de Q ps : Q ps [Cu 2+ ] [OH - ] 2 Q ps (1,6 x 10-3 ) (1,0 x 10-7 ) 2 1,60 x Como, Q ps > K ps haverá precipitação de Cu(OH) 2.

6 3 a Quão O ireno, C 8 H 8, é usado na fabricação de plásticos de poliireno e pode ser obtido a partir do benzeno, C 8 H 10. Etilbenzeno Estireno Uma determinada mistura líquida contém 38,0 g de ireno e 62,0 g de benzeno, a 90 C. O ireno e o benzeno são líquidos voláteis e não reagem entre si. a) Calcule as frações molares de ireno e de benzeno na mistura líquida, a 90 C. b) Calcule as frações molares de ireno e benzeno no vapor em equilíbrio com a mistura líquida a, 90 C. c) Uma amostra do vapor em equilíbrio com o líquido é coletada e condensada (tornada líquida). O líquido resultante da condensação entra novamente em equilíbrio com o vapor, a 90 C. Calcule a pressão de vapor dessa nova mistura. d) Calcule a percentagem em massa de ireno no vapor nas condições do item c. Dados: ressão de vapor do ireno puro a 90 o C 134 mmhg; ressão de vapor do benzeno puro a 90 o C 182 mmhg.

7 Resolução: a) Inicialmente calcular o numero de mol do ireno e benzeno, usando as suas massas molares: MM ireno 104; MM benzeno 106. massa 38 g n 0,365 mol massa molar 104 g/mol massa 62 g n 0,585 mol massa molar 106 g/mol 0,365 0,585 χ 0,38 χ 0,62 0, ,585 0, ,585 b) Utilize as frações molares calculadas no item (a), assim como as pressões de vapor dos líquidos voláteis puros, na equação da lei de Raoult. χ χ.. 0,38 x ,9 mmhg 0,62 x ,8 mmhg A pressão total é a soma das pressões parciais (Dalton) total + 50, ,8 163,7 mmhg As frações molares do e no valor podem ser calculadas da seguinte maneira: 50,9 112,8 Y 0,31 ; Y 0,69 163,7 163,7 total total c) Devemos agora usar as frações molares no vapor do item (b) como as novas frações molares dos líquidos e calcular a pressão de vapor de cada componente. χ 0,31 ; χ 0,69 total χ. χ. + 0,31x ,5 mmhg 0,69 x ,6 mmhg 41, ,6 167,1mmHg

8 d) Inicialmente devemos calcular as frações molares do e no vapor, usando os dados obtidos no item (c) ' Y total 41,5 167,1 0,25 ; ' Y total 125,6 167,1 0,75 Assim o vapor contem 0,25 mol de para cada 0,75 mol de ; ou m m 104 g 0,25 mol x 1mol 26 g de 106 g 0,75 mol x 80 g de 1mol Com es valores podemos calcular a percentagem em massa de ireno no vapor. 26g % massa x 100% 25% ( ) g de massa total

9 4 a Quão O ácido fórmico, HCOOH, é um ácido carboxílico líquido, a temperatura ambiente, e cuja densidade é 1,22 g ml -1. a) Calcule a variação de entalpia envolvida na decomposição de 1,0 mol de ácido fórmico (Reação I) a partir dos valores de entalpias de formação e de mudança de ado físico (Reações II a V). HCOOH(l) CO(g) + H 2 O(g) (I) C(s) + 1/2O 2 (g) CO(g) H 0-110,4 kj mol -1 (II) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) H 2 O(l) H 0-285,5 kj mol -1 (III) H 2 (g) + O 2 (g) + C(s) HCOOH(l) H 0-408,8 kj mol -1 (IV) H 2 O(l) H 2 O(g) H kj mol -1 (V) b) Calcule a quantidade de calor envolvida na decomposição de 1,0 L de ácido fórmico em carbono, gás oxigênio e gás hidrogênio. c) A variação de entalpia envolvida na dissociação de uma molécula de ácido fórmico é 6,1 x J. A variação de entalpia decorrente da dissociação de 0,2 mol de ácido fórmico em 1,0 L de água (Reação VI) é 0,22 J. Calcule o ph dessa solução aquosa de ácido fórmico. HCOOH(aq) + H 2 O(l) HCOO - (aq) + H 3 O + (aq) (VI)

10 Resolução: a) ara se encontrar o valor de H 0 para a combustão de 1 mol de HCOOH, devese usar o somatório dos valores de H 0 das reações II a V, após o ajuste do sentido e dos coeficientes equiométricos das mesmas seguindo o procedimento indicado pela Lei de Hess. Assim: C(s) + 1/2O 2 (g) CO(g) H 0-110,4 kj mol -1 (II) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) H 2 O(l) H 0-285,5 kj mol - (III) HCOOH(l) H 2 (g) + O 2 (g) + C(s) H ,8 kj mol -1 (IV) H 2 O(l) H 2 O(g) H kj mol -1 (V) HCOOH(l) CO(g) + H 2 O(g) H 0 +56,9 kj mol -1 b) 1,0 L de ácido fórmico tem a massa igual a 1220,0 g (m d x V 1000,0 ml x 1,22 g ml -1 ). Em quantidade de matéria isso equivale a 26,5 (n m/mm 1220,0 g / 46 g mol -1 ). O calor envolvido na decomposição de 26,5 mol de HCOOH seria ,2 kj (q p n x H o 26,5 mol x 408,8 kj mol -1 ). c) A energia na forma de calor de 0,22 J equivale a 3,6 x moléculas de HCOOH que se dissociaram [número de moléculas (0,22 J x 1 molécula)/6,1 x J]. Em termos de quantidade de matéria, isso equivale a 0,006 mol (n 3,6 x moléculas/ 6,02 x moléculas mol -1 ), que em concentração molar seria 0,006 mol L -1 de íons H+, pois cada molécula dissociada de HCOOH produz um H +. Assim, o ph da solução seria 2,22 (ph -log 0,006).

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