P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 30/06/12

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1 P4 - POVA DE QUÍMICA GEAL 30/06/ Nome: Nº de Matrícula: GABAITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau evisão a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 0,0 Constantes e equações: 73,5 K = 0 C = 0,08 atm L mol - K - = 8,345 J mol - K - atm L = 0,3 J lnq =,303 log Q PV = nt ΔG ΔG T G = H - TS ln[a] ln[a] 0 lnq kt [A] [A] 0 kt k ln k T T [A] [A] 0 kt lnk ln A - T

2 a Questão O nitrito de sódio, NaNO, é usado na fabricação de corantes. Ele pode ser produzido pela passagem dos gases monóxido de nitrogênio, NO, e oxigênio, O, em uma solução aquosa de carbonato de sódio, Na CO 3. O dióxido de carbono, CO, é o outro produto da reação. Na CO 3 (aq) + 4 NO(g) + O (g) 4 NaNO (aq) + CO (g) Ao usarmos, nesta reação, 5 ml de Na CO 3,50 mol L -,, g de NO e 0,00 mol de O, faça o que se pede: a) Mostre através de cálculos e diga qual é o reagente limitante da reação. b) Determine o rendimento teórico, em gramas, na produção de NaNO. c) Calcule o rendimento percentual da reação, sabendo que foram obtidos 44,3 g. de NaNO. Dados: Massa molar do Na CO 3 = 05,99 g mol - Massa molar do NO = 30,0 g mol - Massa molar do NaNO = 68,99 g mol - Massa molar do O = 3,00 g mol -

3 esolução: esolução: a) 4 Na CO 3 + NO + O 5 ml,50 mol L - 0,338 mol, g 0,736 mol 0,00 mol,50 x 0,5 = 0,338 mol,g NO 0,736 30,0 4 0,338 0,676 mol NO Na CO 3 é o limitante b) 4 NaNO 0,338 0,676 mol NaNO 0,676 mol N a NO x MM (68,99) = 46,6 g c) 44,3g x00 = 95,% 46,6

4 a Questão Estudos de equilíbrio químico envolvendo a reação de etanol, C H 5 OH, com o ácido acético, CH 3 COOH, para a produção de acetato de etila, CH 3 COOC H 5 e água, datam de 86. Esta reação, representada pela equação, foi realizada recentemente em laboratório, a uma temperatura fixa, utilizando-se inicialmente,000 mol de CH 3 COOH e,00 mol de C H 5 OH, em um volume de,000 L até que o equilíbrio fosse atingido. Considere que a dissociação do ácido acético é desprezível, nestas condições. C H 5 OH(aq) + Ba(OH) (aq) CH 3 COOC H 5 (aq) + H O(l) eq Um volume de 00,0 ml da mistura em equilíbrio foi retirada e titulada com 5,30 ml de hidróxido de bário, Ba(OH), 0,000 mol L - conforme a equação. CH 3 COOH(aq) + Ba(OH) (aq) Ba(CH 3 COO) (aq) + H O(l) eq Considere que o rendimento desta reação foi de 00% e despreze qualquer outra reação possível na etapa da titulação. Com base nas informações acima, calcule a constante de equilíbrio, K c, para a equação.

5 esolução: Pela equação : n (Ba(OH) )? n = 0,000 mol x L - x 5,30 x 0-3 L n = 5,30 x 0-3 mol Ba(OH) mol CH 3 COOH mol Ba(OH) 0,0046 mol 5,30 x 0-3 mol Logo: [CH 3 COOH] = 0,046 mol em 00,0 ml [CH 3 COOH] = 0, ,0x0 3 =0,046 mol L- C H 5 OH + CH 3 COOCH CH 3 COOC H 5 + H O Início,00, ,000,000 eação x x x Equilíbrio (0,6000-x) =0,046 (0,5000-x) =0,046 X =0,3954 Como (0,5000 x) = 0,046 X = 0,3954 mol (reagiu) 0,3954 K c = 8,48 0,046x0,046

6 3ª Questão O gráfico relaciona a variação da energia livre, G, em kj, com o logaritmo decimal do quociente reacional, log Q, da seguinte reação, a 5 o C: NO(g) + Cl (g) NOCl(g) Utilizando as informações do gráfico, faça o que se pede: a) Determine a variação da energia livre padrão, G o. b) Calcule o valor de Q quando a reação atinge o equilíbrio. c) Calcule o valor aproximado da constante dos gases,. d) Mostre através de cálculos se a reação é endotérmica ou exotérmica, sabendo que o S é igual a -0,3 J K -. e) Calcule o valor de G, em kj, à 5 C, quando as pressões parciais do NOCl e do Cl é de,0 x 0 - atm e a do NO é de,0 x 0-5 atm. Diga em que sentido a reação será espontânea. Use o valor de calculado no item c. f) epresente no gráfico acima a variação da energia livre, G, em função do log Q ao aumentarmos a temperatura desta reação. Justifique. Considere que S e H não variam com a temperatura.

7 esolução: a) etirando do gráfico o valor do coeficiente linear; que é igual a -40,0 kj b) Quando o G é igual a zero, a reação atinge o equilíbrio. Observando no gráfico este valor de log de Q que é igual a log de K é de 7,0 (ou 7,), logo o Q que é igual a K, é de 0 7 (ou de 0 7, ) c) O valor de é obtido pela inclinação da reta (y = mx + b), onde m é igual a,303t. Logo, y/ x= 60/ 8-7,= 60/0,8=5,56 =,303T. Então = 5,56/(,303 x 98,5)= 5,56/ 686,6= 8, x 0-3 kj/k. mol = 8, J K - mol -. d) Usando a equação de Gibbs-Helmholtz, G o = H o - T S o, podemos calcular o valor de H o. G o = H o - T S o, -40,0 = = H o 98,5 (-0,03) ; H o = -75,9 kj Logo esta reação é exotérmica e) Aqui devemos usar a equação G = G o +,303T log Q G = -40,0 + (,303 x 8, x 0-3 x 98,5x log 0 8 ) = -40,0 + 44,5 = 4,5 kj (Usando o teórico de 8,345 J.K - mol -, o valor de G= 5,6 kj) f) O gráfico abaixo é uma simulação quando a temperatura é de 50 o C = 33,5K. Usando a equação de Gibbs-Helmholtz, G o = H o - T S o, podemos calcular o novo valor de G o. G o = H o - T S o = -75,9 - (33,5 x - 0,03) = -37,0 kj Agora, podemos escolher um ponto de referência, por exemplo, quando o log de Q é igual a 8. A seguir devemos aplicar a equação G = G o +,303T log Q = - 37,0 + (,303 x 8,345 x 0-3 x 33,5 x log 0 8 ) =,5 kj Um terceiro ponto pode ser obtido quando o G é igual a zero, quando a reação atinge o equilíbrio. Aplicando a equação G o = -,303T log K, podemos calcular o novo valor de K.

8 -37,0 = -,303 x 8,345 X 0-3 x 33,5 log K; log k = 5,98; então K na nova temperatura é igual a 0 5,98 (a nova reta deve passar pelo valor de y = 5,98, onde o G é igual a zero) Para comprovar se a forma do gráfico está correta, podemos determinar o valor de a 50 o C que deve ser aproximadamente o mesmo do gráfico a 5 o C. Logo, y/ x= 37/6= 6, =,303T. Então = 6,/(,303 x 33,5)= 6,/744,= 8,3 x 0-3 kj/k. mol = 8,3 J K - mol -.

9 4ª Questão A dependência da constante de velocidade da reação abaixo em função da temperatura está representada na tabela. CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g) Temperatura ( o C) k (mol - L s - ) 37 0, , 47, , a) Calcule a energia de ativação, E a. b) Calcule o fator de frequência (constante ou parâmetro de Arrhenius), A, à 700 K. c) De acordo com o modelo das colisões de Arrhenius, explique por que a temperatura afeta o valor da constante de velocidade. d) Dê dois exemplos do dia a dia dos efeitos da temperatura na velocidade das reações.

10 esolução: a) T(Cº) T(K) (K - ) k ln k T ,67 x 0-3 0, ,54 x 0-3 0, -, ,43 x 0-3,3 0, ,33 x 0-3 6,0, ,5 x , ΔY ΔX - Δ lnk Δ T 6 x 0 3 3, ( 3,6) 3,5 x 0,67 x 0 K 6x0 3 3 (K - 6,7 ) 4,x0 J K x 8,34 mol 4 K -,3 x 0 K x K kj mol Ou k ln k T T ln 3,67x0 0,08 3,5x0 3 6,7 4,0 x 0 4 6,7 4,0x x 8,345,3 x 0 kj mol - b) lnk ln A - T,3x0 ln,3 = lna 8,345 J 5 mol K Jmol x 700 K

11 0,6 = lna-,3 lna = 0,6 +,3 = A =,0 x 0 0 ou 3,6 x 0 9 c) De acordo com a teoria molecular, quanto maior a temperatura, maior a velocidade e a energia cinética das moléculas. Então a temperaturas mais altas ocorrem mais colisões e cada colisão é mais energética. d) O aumento de temperatura favorece o cozimento dos alimentos, assim como, a degradação dos mesmos e de medicamentos. A diminuição da temperatura (ex. refrigeração) diminui a velocidade de degradação de alimentos e medicamentos.

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