P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/05

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1 P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/05 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 K w [H + ] [OH - ] 1,0 x a 5 o C F C mol -1 1 C x V 1 J R 8,314 J mol -1 K -1 R 0,08 atm L mol -1 K -1 T (K) t ( C) + 73 Equações ΔG - n F ΔE o Equação de Nernst: E E ΔG ΔG o + R T ln Q RT nf ln Q k ln k 1 ΔΗ 1 R T1 T 1 1 a Questão

2 Considere a pilha abaixo operando a 5 0 C e a 1 atm. Pt Sn + aq (0,1 mol L -1 ), Sn 4+ aq (0,05 mol L -1 ) Fe 3+ aq (0,01 mol L -1 ), Fe + aq (0, mol L -1 ) Pt a) Escreva a reação global de oxiredução e calcule o ΔE 0. b) Calcule o ΔG 0 da reação. c) Calcule o ΔG da reação no momento em que as concentrações das espécies químicas são iguais as indicadas na notação da pilha. A pilha funciona nessas condições? d) Calcule a constante de equilíbrio, K, quando a pilha parar de gerar corrente elétrica. e) Por que a platina é considerada nessa pilha como um eletrodo inerte? Dado: Fe 3+ aq + e - Fe + aq Sn 4+ aq + e - Sn + aq E 0 0,77 V E 0 0,15 V

3 Resolução: a) Fe 3+ + e - Fe + 0,77 V catodo Sn + Sn 4+ + e - -0,15V anodo Fe 3+ (aq) + Sn + (aq) Fe + (aq) + Sn 4+ (aq) ΔE 0,6V b) ΔG -nf ΔE - mol C mol -1. 0, J c) ΔG ΔG + RT lnq onde Q [Fe [Fe + 3+ ] [Sn ] [Sn 4+ + ] ] ΔG , ln (0,) 0,05 (0,01).0,1 ΔG , ln (00) ΔG (+1317) J Sim, a pilha está produzindo corrente elétrica nessas condições ΔG <0. d) ΔG - RT lnk ΔG ( ) lnk 48,3 RT K e 48,3 9,47 x 10 0 e) Porque a platina não participa efetivamente da reação de oxiredução. Ela apenas carreia elétrons para o meio eletrolítico.

4 a Questão Uma solução aquosa de detergente (d 1 g ml -1 ) contem,0% em massa de amônia (NH 3 ), que sofre ionização segundo a reação abaixo cujo Kb é igual a 1,8x10-5. NH 3 (aq) + H O(l) NH + 4 (aq) + OH - (aq) a) Calcule o ph esperado para este detergente. b) O detergente foi diluído dez vezes com água antes de sua aplicação, seguindo as instruções de uso do detergente. Qual o ph resultante? c) Utilizando o conceito de base fraca, explique os resultados obtidos nos itens a e b desta questão. Resolução: a) [NH 3 ],0/(35,0 x 0,10) 0,57 mol L -1 Kb [NH + 4 (aq)] x [OH - (aq)]/[ NH 3 (aq)] [NH + 4 (aq)] [OH - (aq)] [ NH 3 (aq)] 0,57 mol L -1 [OH - (aq)] Raiz (0,57 x 1,8x10-5 ) 3,x10-3 3,x10-3 *100%/0,57 0,57%, ou seja, a aproximação acima é válida poh,49 e ph 11,5 b) Aplicando uma diluição de 10 vezes, a concentração de amônia passa a ser 0,057 mol L -1. [OH - (aq)] Raiz (0,057 x 1,8 x10-5 ) 1,1x10-3 1,1x10-3 *100%/0,057 1,9%, portanto, a aproximação continua válida poh,95 e ph 11,0 c) Apesar de diluirmos a solução por um fator de 10, o ph não varia em uma unidade. Isto é explicado pelo fato da amônia ser uma base fraca e, como tal, seu grau de dissociação aumenta com a diluição.

5 3 a Questão Parte A Considere a decomposição do iodeto de hidrogênio como mostrada na reação I HI (g) H (g) + I (g) (Reação I) a) Quando o iodeto de hidrogênio (HI) é aquecido a 773 K em um recipiente de 1,00 L, ele se decompõe conforme a reação acima. Após uma análise química constatou-se a presença das seguintes concentrações no equilíbrio: H 0,4 mol L 1, I 0,4 mol L -1, e HI 3,5 mol L -1. Calcule o K c desta reação. b) Quais serão as novas concentrações no equilíbrio, se 1 mol de HI(g) for introduzido no recipiente da reação do item a? Parte B Considere agora a reação abaixo no sentido da formação do iodeto de hidrogênio (Reação II) H (g) + I (g) HI(g) (Reação II) Sabendo que o valor da constante de equilíbrio (K c ) da reação II é igual a 85 a 553 K: a) Calcule a composição da mistura da reação no equilíbrio sabendo que 5,0 g de HI(g) foram aquecidos, a 553 K, em um recipiente de,00 L. b) Explique porque não é possível, nesta temperatura, que na mistura no equilíbrio os componentes da reação tenham pressões parciais iguais. Parte C Usando os dados das partes A e B, mostre através de cálculos se a reação I, nas condições-padrão é endotérmica ou exotérmica. Justifique sua resposta.

6 Resolução: Parte A a) K [H ][I ] (0,4) c 0,014 [HI] (3,5) b) [H ] i 0,4 [H ] eq 0,4 + x [I ] i 0,4 [I ] eq 0,4 + x [HI] i 3,5 + 1,00 4,5 [HI] eq 4,5 - x (0,4 + x) 0,014 (4,5 x) 0,014 0,4 + x 4,5 x x 0,091 [H ] eq 0,4 + 0,091 0,511 M [I ] eq 0,4 + 0,091 0,511 M [HI] eq 4,5 0,18 4,34 M Parte B a) M 5g 0,039 n HI 0,039 mols [HI] 0,0195M MM 17,9 g mol [H ] i 0 [H ] eq x [I ] i 0 [I ] eq x [HI] i 0,0195 [HI] eq 0,0195 -x (0,0195 x) 85 (x) [H ] eq 0,00174 M [I ] eq 0,00174 M [HI] eq 0,0160 M 85 0,0195 x x x 0,00174 b) K C Com [HI] [H ][I p H Qp 1#K Parte C c ] p I 85 p H K p nos temos p HI p.p H I ,014 ΔH 1 1 ΔH 0,0118 ln 0, ,0118 8, ,314 ΔH 3,00 kj é endotérmica (0,000514) A constante de equilíbrio para uma reação endotérmica (ΔH positivo) aumenta quanto a temperatura aumenta.

7 4 a Questão Nos livros de química os nitratos são classificados como sais muito solúveis. No entanto, esta regra é genérica não se aplicando a alguns casos específicos como o nitrato de bário, Ba(NO 3 ). Usando os dados termodinâmicos de dissolução do sal Ba(NO 3 ), responda as questões abaixo: Sal ΔH 0 (kj/mol) ΔS 0 (J/K mol) Ba(NO 3 ) 35,7 88,6 a) Determine o produto de solubilidade do sal Ba(NO 3 ) a 5 0 C. b) Comparando o resultado do item (a) com o Kps do BaSO 4 que é,6 x 10-9, diga qual dos dois sais é mais solúvel. Justifique sua resposta. c) À uma solução saturada de Ba(NO 3 ) foi adicionado um volume igual de solução de KNO 3 10 mol L -1 a 5 C. Considerando a ionização do KNO 3 igual a 100%, calcule a concentração molar do íon Ba + (aq) na solução resultante.

8 Resolução: a) ΔG ΔH - TΔS ΔG 35, , ,3 kj/mol ΔG -RT ln Kps 9, , ln Kps Kps, b) Ba(NO 3 ) Ba + (aq) + NO 3 - (aq) s s Kps [Ba + ][NO 3 ] s.(s) 4s 3, s 0,180mol/L BaSO 4 Ba + - (aq) + SO 4 (aq) s s Kps [Ba ][SO4 ] s.s s,6.10 s 5,1.10 mol/l O sulfato de bário é o sal mais insolúvel. Isto pode ser observado comparando os valores de solubilidade dos dois sais. c) Ba(NO 3 ) Ba + - (aq) + NO 3 (aq) x 0,180 Kps [Ba + ][NO - 3 ] [Ba + kps ] [NO [NO - 3 ] total 5 + <<<0,36 5 ] 3 +,3.10 [Ba ] 5 0,0009 mol/l