P4 PROVA DE QUÍMICA GERAL 02/12/08

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1 P4 PROVA DE QUÍMICA GERAL 0/1/08 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Constantes e equações: R = 0,08 atm L mol -1 K -1 = 8,314 J mol -1 K -1 G = H o - T S o G = G o + RT ln Q [A] = [A] 0 kt ln 1 [A] [A] [A] = 0 = kt 1 [A] 0 + kt

2 1 a Questão A figura 1 representa uma amostra de CaCO 3 sólido que reage completamente com uma quantidade em excesso (,00 L) de HCl,5 mol L -1, através da seguinte reação: CaCO 3 (s) + H + (aq) + Cl - (aq) Ca + (aq) + HCO - 3 (aq) + Cl - (aq) Após a reação, um volume de 10,0 ml da solução resultante foi transferido para um frasco de vidro (figura ) e neutralizado com 4,87 ml de NaOH(aq) 0,9987 mol L -1 (figura 3). Calcule a massa, em grama, de CaCO 3 na amostra inicial Desconsidere a contribuição do HCO - 3 na neutralização.

3 Resolução: 0,9987 mol de NaOH 1 L x = 0,0484 mol X 0,0487 L NaOH para neutralizar o excesso de HCl em 10 ml 0,0484 mol 10 ml x = 4,968 mol de HCl total em excesso X 000 L,5 mol 1 L x = 5,04 mol de HCl colocado inicialmente x L nhcl total nhcl sobrou em excesso = nhcl consumido pelo CaCO 3 5,04 4,968 = 0,07 mol m n = m(g) = n x M = 0,07 x 100,08 = 7,1g M

4 a Questão A reação de síntese da amônia é representada na equação abaixo: N (g) + 3 H (g) NH 3 (g) Na figura A são indicadas as quantidades, em mol, das substâncias envolvidas na reação, em equilíbrio a 500 K. Ao esfriarmos rapidamente este sistema, ocorre a liquefação do NH 3 (g) para NH 3 (l), como representado na figura B. Após a total remoção do NH 3 (l) do recipiente e reaquecimento da mistura até a temperatura original (500 K), um novo equilíbrio é estabelecido (figura C). a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, K c, da reação a 500 K, nas condições indicadas nas figuras A e C. b) Calcule a quantidade, em massa, do NH 3 (l) retirada do recipiente (figura B). c) Calcule a quantidade, em mol, do H e do NH 3 no equilíbrio, ilustrado na figura C. d) O que aconteceria com a quantidade de NH 3 (g) em equilíbrio no sistema ilustrado na figura C se o volume do recipiente fosse diminuído? Sabendo que a reação é exotérmica, o que aconteceria se a temperatura fosse aumentada?

5 Resolução: a) Inicialmente devemos calcular as concentrações molares de todos os componentes da reação no equilíbrio a 500 K. 1 [N ] = 0,44 mol = 0,044 moll 10 L [H ] = 1,7 mol = 0,17molL 10 L 1 [NH 3 ] = 1,15 mol = 0,115molL 10 L Para calcular K c devemos usar a seguinte equação: [NH3 ] K c = [N ][H ] 3 1 Agora devemos substituir nesta equação os valores das concentrações molares calculados inicialmente. [0,115] = [0,044][0,17] K c 3 15 (figura A) Por dedução, incluindo os conhecimentos de equilíbrio químico e os princípios de Le Châtelier, o K c na (figura c) deverá ser de 15 b) Foram retirados 1, 15 mol de NH 3 (l) que correspondem a uma massa de: (MM do NH 3 = 17,0) Massa = nº de mol x massa molar Massa = 1, 15 x 17,0 = 19,6 g

6 c) Com a retirada do NH 3 (l) a reação tenderá ir para a direita (Q c < K c ): N (g) + 3 H (g) NH 3 Início 0,44 1,7 0 Variação -x -3x + x Novo equilíbrio 0,40 1,7 3x x Podemos agora calcular o valor de x: 0,44 x = 0,40 - x = -0,44 + 0,40 -x = - 0,184 x = 0,184 Assim podemos calcular o nº de mol e a concentração molar dos componentes da reação no novo equilíbrio na figura C. n N = 0,40; H n =1,7 3(0,184)=0,70 ; n H = x 0,184 = 0,368 3 Vamos agora comprovar que o valor de K c continua sendo o mesmo da figura C. [0,0368] = [0,070] [0,040] K c d) Segundo Le Châtelier : A temperatura constante, a redução do volume ocupado por mistura gasosa em equilíbrio provoca deslocamento do equilíbrio no sentido em que há redução do numero de moles do gás; logo a quantidade de NH 3 em equilíbrio na figura C é aumentada. Também segundo Le Châtelier: nas reações exotérmicas a elevação da temperatura provoca a diminuição do K c ; logo a quantidade de NH 3 (g) em equilíbrio na figura C é diminuída.

7 3 a Questão A reação de neutralização de um ácido forte com uma base forte pode ser representada da seguinte maneira: H + (aq) + OH - (aq) H O(l) Em um laboratório de química, a 5 o C, foi realizada uma reação de neutralização misturando-se 5,00 ml de uma solução de um ácido forte, HNO 3 (aq), com ph,00, com outra solução de mesmo volume de uma base forte, KOH(aq), ph 1,00. a) Qual é o ph da solução final, após a reação. Justifique. b) Calcule o valor da variação de entalpia de neutralização, H neutralização, para esta reação nas condições do problema, e diga se haverá aquecimento ou resfriamento da solução. c) Nessas condições, a reação é espontânea? Justifique com cálculos. d) Calcule o valor da constante de equilíbrio da auto-ionização da água, K w, a 5 o C. H O(l) H + (aq) + OH - (aq) K w =? Dados: Tabela: Parâmetros termodinâmicos, a 5 ºC, 1 atm e 1 mol L -1 H o f (kj mol -1 ) S o (J mol -1 K -1 ) G o f (kj mol -1 ) H + (aq) OH - (aq) -9,99-10,75-157,9 H O (l) -85,80 69,9-37,0

8 Resolução: a) Solução ácida, ph =, [H + ] = 0,01 mol L -1 Solução básica, ph = 1, poh =, [OH - ] = 0,01 mol L -1 [H + ] = [OH - ], ocorre neutralização completa, ph final = 7 b) H o = -55,81 kj mol -1 Na reação, foram envolvidos 5 ml de solução 0,01 mol L -1 de H + (0,0005 mol) e a mesma quantidade de mols de OH -, formando 0,0005 mol de H O. Assim, o H da reação, nessas condições, é -13,95 J. A reação é exotérmica, libera calor, a solução se aquece. c) G o pode ser calculado através de: G o = H o - T S o ou G o = G produtos G reagentes G o = -79,91 kj mol -1 x 0,0005 = -0,0 kj. G 0, reação espontânea. d) A reação de auto-ionização da água é a reação contrária da neutralização, então o G o = 79,91 kj mol -1 Para uma reação química: G = G o + RT ln Q No equilíbrio, G = 0 e G o = - RT ln K ln K = -3,5 K = 9,83 x 10-15

9 4 a Questão O gás nitrogênio, N, pode ser obtido a partir da reação abaixo: NO(g) + H (g) N (g) + H O(g) A tabela abaixo mostra o efeito das pressões iniciais, P, dos reagentes sobre a velocidade inicial da reação, v. Com base nessas informações responda o que se pede: P NO inicial (mmhg) P H inicial (mmhg) v (mmhg s -1 ) , , , ,15 a) Qual é a ordem da reação em relação ao H? Mostre com cálculos. Esboce um gráfico de velocidade versus pressão de H. b) Qual é a ordem da reação em relação ao NO? Mostre com cálculos. Esboce um gráfico de velocidade versus pressão de NO. c) Qual é a ordem global da reação? d) Escreva a lei de velocidade para esta reação.

10 Resolução v = k [NO]x[H]y Para saber a influência de um componente fixamos a concentração do outro, logo v = k1 [H]y onde k1 = k [NO]x ou v = k [NO]x onde k = k [H]y Como [...] = n/v e é diretamente proporcional à P, podemos utilizar os valores de P da tabela, para ver a razão entre situações a) v = k1 [H]y Fixando PNO = 400 mmhg 0,800 = k1 89y = v = 0,395= k1 147y Logo 0,800 = k1 89y =,0 = 1,96 y y = 1 ordem 1 em relação ao H 0,395 k1 147y v v = k 1 [H ] = k 1 P H equação de uma ascendente reta passando pela origem P H b) v = k [NO]x Fixando PH = 400 mmhg 0,515 = k1 300x = v = 0,15= k1 15x Logo 0,515 = k 300y = 4,1 = 1,97 x x = ordem em relação ao NO 0,15 k 15y v v = k [NO] = k 1 P NO equação de uma curva ascendente passando pela origem P NO

11 c) ordem global = x + y = 3 d) v = k [NO][H]1

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