P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 03/07/10

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1 P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 0/07/10 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 a,5 4 a,5 Total 10,0 Constantes e equações: R = 0,08 atm L mol -1 K -1 = 8,14 J mol -1 K -1 ln [A] = ln [A] 0 kt [A] = [A] 0 kt 1 [A] = 1 [A] 0 + kt K ln K 1 = H 1 R T1 1 T k ln k 1 Ea = R 1 T1 1 T

2 1 a Questão O salitre é uma fonte natural de nitrato de sódio, NaNO, que também contém iodato de sódio, NaIO. O NaIO pode ser usado como uma fonte de iodo, I, e é produzido por um processo de duas etapas: 6NaHSO (aq) + NaIO (aq) NaI(aq) + Na SO 4 (aq) + H SO 4 (aq) etapa 1 NaIO (aq) + 5NaI(aq) + H SO 4 (aq) I (s) + Na SO 4 (aq) + H O(l) etapa a) Calcule na etapa 1 a quantidade máxima, em gramas, de NaHSO necessária para reagir completamente com 00 ml de solução aquosa de NaIO de concentração igual a 5,80 g L -1. b) Calcule na etapa o rendimento percentual da reação quando são misturados 50,0 ml de solução aquosa de H SO 4 (d= 1,84 g ml -1 e 94% de H SO 4 em massa), 100 g de NaIO e 100 ml de solução aquosa de NaI 1,50 mol L -1 sabendo que são obtidos 9,0 g de I.

3 Resolução: a) 5,80 g de NaIO L de NaIO x 0, L de NaIO 1mol NaIO x 198 g de NaIO 6 mol NaHSO x mo l NaIO x 104 g de NaHSO 1 mol NaHSO = 1,8 g de NaHSO 94 g de H SO4 b) = 0,959 mol 98 g 1 ml 100 g x = 54,5 ml = 0,0545 1,84 g 0,959 = 17,64 mol 0,0545 L L Será o H SO 4 o Limitante? 17,64 mol de L H SO mol 4 x 0,050 L x = 0,88 mol I mol HSO4 I Será o NaIO o Limitante? 1mol mol I 100 g x x = 198 1mol NaIO 1,5 mol I Será o NaI o Limitante? mol mol I 1,50 x 0,1L x = L 5 mol NaI O NaI é o limitante. 0,09 mol de I 54 g de I 0,09 mol de I x =,86 g (rendimento teórico) 1mol de I 9,0,86 x100 = 40,%

4 a Questão A reação abaixo é usada para obter gás iodeto de hidrogênio, HI: H (g) + I (g) HI(g) K p = 55, a 700 K H o = -9,48 kj mol -1 a 5 o C a) A pressão inicial num reator contendo uma mistura com quantidades iguais, em mol, de H e I é 0,0 atm. Sabendo que a pressão parcial do H no equilíbrio é,1 atm, calcule a pressão total no reator nessas condições. b) Calcule o K p da reação a 100 K. c) O principio de Lê Chatelier prediz que em uma reação endotérmica um aumento na temperatura de T 1 para T resulta em K >K 1. Explique. Obs. Considere que H o não varia significativamente com a temperatura e que os gases se comportam de forma ideal.

5 a) H (g) I (g) HI(g) Início 10,0 10,0 0,00 Mudança - x - x +x Equilíbrio 10,0 x =,1 10,0 x =,1 x K p = P HI/P H P I 55, = (x) /(,1)(,1) x = 7,88 P total = P H + P I + P HI =,1 +,1 + (7,88) = 0,0 atm b) K 1 = 55, a 700 K e K =? a 100 K Usando a equação de van t Hoff: ln(k /K 1 ) = H/R (1/T 1 1/T ) ln(k /55,) = -9480/8,145 (1/700 1/100) ln(k /55,) = , (1,4 x 10-8, x 10-4 ) ln(k /55,) = , (5,97 x 10-4 ) ln(k /55,) = - 0,68 K /55, = e -0,68 K /55, = 0,50 K = 0,50 x 55, K = 8,0 c) Uma reação endotérmica pode ser escrita como: reagentes + calor produtos. Um aumento na temperatura favorece o sentido direto da reação, isto é, a formação de produtos e o consumo de reagentes. Considerando que K = [P]/[R], a adição de calor aumenta o numerador e diminui o denominador, fazendo com que K seja maior que K 1.

6 a Questão As chamadas reações de neutralização em meio aquoso consistem na reação entre substâncias com comportamento ácido e substâncias com comportamento básico com formação de água líquida, conforme representação abaixo: H + (aq) + OH - (aq) H O(l) a) Calcule a variação de entalpia padrão ( H º ) de neutralização de um ácido forte por uma base forte em meio aquoso formando 1 mol de água. b) Num laboratório, a pressão constante, realizou-se a reação de neutralização de uma solução de ácido cianídrico, HCN, utilizando uma solução contendo íons OH - resultantes da dissociação de uma base forte. O calor liberado na neutralização foi de 1,1 kj mol -1. HCN(aq) + OH - (aq) H O(l) + CN - (aq) Utilizando a Lei de Hess, calcule a variação de entalpia ( H º ), em kj, de ionização de 1 mol de HCN, segundo a reação abaixo: HCN(aq) H + (aq) + CN - (aq) Dados Espécie Hº f (kj mol -1 ) H + (aq) 0 OH - (aq) -0,0 H O(l) -85,8

7 Resolução: a) a equação básica da neutralização é a seguinte: H + (aq) + OH - (aq) H O(l) (n H f )/kj 0-0,0-85,8 Assim, H = -85,8-(-0,0)= -55,8 kj. b) A neutralização do HCN(aq) por NaOH(aq) pode ser concebida como a soma de dois processos: ionização do HCN(aq) e neutralização do H + (aq) com OH - (aq). Uma vez que NaOH é uma base forte, NaOH(aq) implica na ionização completa e uma equação termoquímica para a ionização deve ser escrita. Assim podemos construir o seguinte ciclo termoquímico: HCN(aq) H + (aq) + CN - (aq) H (ionização) = x H + (aq) + OH - (aq) H O(l) H = - 55,8 kj Soma HCN(aq) + OH - (aq) H O(l) + CN - (aq) H (exper.) = - 1,1 kj H (experimental) é negativo, pois calor é liberado na neutralização. A partir do principio da aditividade, x + (-55,8) = -1,1 ou x = 4,7 kj O processo de ionização é endotérmico, com um valor de 4,7 kj/mol.

8 4ª Questão Na reação de produção de energia no núcleo de uma estrela, átomos de hidrogênio, H, reagem com átomos de deutério, D, para produzir gás hélio, He, radiação gama (γ) e energia, na forma de calor conforme representação abaixo: H(g) +D(g) He(g) + γ Parte 1 Considerando que a reação libera, a pressão constante, um calor de, x 10 7 kj por segundo, responda: a) Qual é o valor da variação de entalpia após um minuto de reação? b) Na formação de He existe variação de energia na forma de trabalho? Explique. Parte Em certo instante (t 1 ), a temperatura do núcleo da estrela é 1 x 10 7 K e o diâmetro do seu núcleo é 1 x 10 9 m. Após alguns milhões de anos (t ), o volume do núcleo e as quantidades de H(g) e D(g), em mol, diminuem para a metade do valor original, no entanto, a temperatura permanece constante. Considere que a lei de velocidade da reação é dada pela equação: V = k [H] c) Compare a velocidade da reação de produção de He nos instantes t 1 e t. d) Segundo a teoria das colisões, o que aconteceria com a velocidade da reação se a temperatura do núcleo diminuísse pela metade após esses mesmos milhões de anos. e) Considerando a reação, o que se pode prever sobre a variação de entropia ( S).

9 Resolução: a) Como variação de entalpia na pressão constante é calor e que o calor liberado pelo sistema por segundo é, x 10 7 J, multiplica-se esse valor por 60 para se ter o calor liberado por minuto. Esse valor é 1,8 x 10 9 J. b) Na reação, a formação de hélio acarreta em diminuição de quantidades, em mol, de espécies químicas gasosas. Isso implica em perda de energia do sistema na forma de trabalho. c) A velocidade da reação nos dois momentos é igual. A reação é de ordem global 1 e a concentração de H se mantém constante nos dois momentos. Isso acontece porque a quantidade de H diminui pela metade com equivalente redução de volume, o que mantém a concentração de H constante. d) A velocidade da reação diminuiria numa relação v 1 /v = e x /e x. e) O número de espécies gasosas diminui na medida em que He vai se formando, logo a entropia do sistema diminui.

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