P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 16/05/03

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1 P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 6/05/03 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Constantes: Questão Valor Grau Revisão a 2,0 2 a 2,0 3 a 2,0 4 a 2,0 5 a 2,0 Total 0,0 R = 8,34 J mol - K - R = 0,082 atm L mol - K - c H2O = 4,8 J g - C - cal = 4,8 J atm L = 0,325 J Equações de Cinética: A t ] 0 [ ] [ A = t = t + [ A] t [ A ] 0 E = R T T 2 a 2

2 a Questão A queima parcial de carvão na presença de O 2 e H 2 O produz uma mistura gasosa chamada gás de síntese, composta por de CO (g) e H 2 (g). Este gás de síntese pode ser usado como combustível e na produção de importantes compostos orgânicos, como por exemplo, o álcool metílico. Um gás de síntese tem a seguinte composição por volume: 55% CO(g), 33% H 2 (g), e % de gases não combustíveis. a) Quantos moles de CO (g) e H 2 (g) estão presentes numa amostra de,00 L deste gás nas CNTP? b) Qual é o calor de combustão por litro deste gás de síntese medido nas CNTP? c) Até que temperatura, poderia,00 Kg de água a 25 C, ser aquecida com o calor obtido na combustão de,00 litro deste gás de síntese medido nas CNTP? Reações : Combustão do H 2 (g): H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g), ΔH R = -285,8 J mol - Combustão do CO(g): CO(g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g), ΔH R = - 283,0 J mol -

3 Resolução: a) moles de gás de síntese em L: n t PV = n t. RT atm. L = n t. 0,082 n t = 4,47 x 0-2 atm. L mol. K. 273 nº moles CO: n CO = 0,55 x 4,47 x 0-2 = 2,46 x 0-2 nº moles H 2 : n H2 = 0,33 x 4,47 x 0-2 =,47 x 0-2 b) Calor desprendido pela queima de CO (g) 2,46 x 0-2 x 283 = 6,96 J Calor desprendido pela queima do H 2 (g),47 x 0-2 x 285,8 = 4,2 J Calor total:,2 J liberado ou ΔΗ = -,2 J c),2 x 0 3 J = 4,8 J x 000 g x Δt g C Δt = 2,7 C t ƒ 27,7 C

4 2 a Questão A nitroglicerina (MM = 227) é um líquido que se decompõe de maneira explosiva conforme a reação: C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) 5/2 H 2 O (g) + 3 CO 2 (g) + 3/2 N 2 (g) +/4 O 2 (g) a) Calcule, a partir dos calores de formação, o ΔH e o ΔU desta reação a 298 K e atm e comente se o resultado obtido é compatível com a sua expectativa de uma reação explosiva. Dados: ΔH f [(C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l)] = -372,4 J mol - ΔH f [(H 2 O (g)] = - 24,8 J mol - ΔH f [(CO 2 (g)] = - 393,5 J mol - Resolução: Δn = 7,25 ΔV = (7,25 x 0,082 x 298) L PΔV = 77,2 atm L = -7,95 J valor (0,5) ΔH = -,39 x 0 3 J valor (0,5) ΔU = -7,95 -,39 x 0 3 = -,4 x 0 3 J valor (0,5) A variação de entalpia, ΔΗ, é negativa e tem módulo grande. Logo, espera-se uma reação altamente exotérmica. O trabalho é de expansão e Δn tem um valor grande ( mol substância no estado líquido gerando vários moles no estado gasoso), logo, espera-se que a variação da energia interna, ΔU, negativa.

5 3 a Questão Uma das possibilidades de redução de CO 2, um dos gases responsáveis pelo efeito estufa na atmosfera, é a carbonatação de óxidos, isto é, a sua transformação em carbonatos. A figura abaixo apresenta a variação de energia livre, ΔG, para a reação de carbonatação de três tipos de óxidos: Variação de energia livre em função da temperatura variação de energia livre, cal / mol CaO+ CO2 = CaCO3 FeO + CO2 = FeCO3 MgO + CO2 = MgCO temperatura ºC Responda: (Obs.: Só serão aceitas as respostas devidamente justificadas) a) Qual dos três óxidos seria o mais eficiente no processo de redução de CO 2 à temperatura de C? Justifique. b) A partir de que temperatura, a carbonatação do MgO deixa de ser espontânea? Justifique. c) Qual dos carbonatos formados é o mais estável a altas temperaturas? Justifique d) Sabendo que a variação de entropia, ΔS 0, da reação de carbonatação do MgO é 40,6 cal mol -, qual o valor de ΔH 0 para esta reação? Esta reação é exotérmica ou endotérmica? Considere que os valores de S e ΔH não variam com a temperatura

6 Resolução: a) CaO - Porque nessa temperatura o ΔG da reação de carbonatação é o menor. valor (0,4) b) A partir de 450 C quando o valor de ΔG passa a ser positivo valor (0,4) c) FeCO 3. Porque tem o maior ΔG de decomposição. Ou: porque os valores de ΔG da reação de cabonatação em altas temperaturas (> 800 C) são os menores valor (0,4) d) ΔG = ΔH - T. ΔS por exemplo: a T = 573 ΔG = cal e ΔS = 40, = ΔH - 40,6 x 573 e ΔH = 8,26 cal a T= 400 o C ΔG = 0 e ΔH = TΔS ΔH = ( ). ΔS ΔH = 27,3 cal O mesmo raciocínio poderá ser aplicado a quaisquer temperaturas absolutas.

7 4 a Questão Existe um tipo especial de ovo cozido, o chamado 3 minutos. Neste tipo de ovo cozido, ocorre a precipitação da albumina, contida na clara do ovo, enquanto a gema é preservada. Este tempo de 3 minutos foi estimado baseado na temperatura de ebulição da água a atmosfera (00 C). Suponha que você esteja num local elevado onde a temperatura de ebulição da água seja de 90 C. Uma vez que, a velocidade de uma reação é proporcional a sua constante de velocidade,, qual deveria ser o novo tempo de cozimento do ovo? Dado: Ea = 52,0 J/mol Resolução: v (00 C) = [album] 3 min [album] v (30 C) = tempo Se v α, então: 2 v = v 2 3 Ea = = tempo R ( 2,75x0 2,68 ) 3 52 = x0 3 tempo 8,34x0 3 = 0,438 tempo tempo = 3 x,55 = 4,6 minutos

8 5 a Questão A lei da velocidade da reação abaixo no sentido direto é: velocidade de reação = 2,5 x 0-3 s - [BrCH 3 ], a 20 C. O calor liberado quando 00 mg de BrCH 3 reagem com íons hidroxila, OH - é de 3,5 J e a energia de ativação da reação inversa é de 8000 J mol -. BrCH 3 (aq.) + OH - (aq.) Br - (aq.) + CH 3 OH(l) a) Calcule o tempo necessário para que 99% da reação ocorra a 300 C. b) Explique por que a velocidade e a constante de velocidade de uma reação química variam com a temperatura. Reagentes Complexo ativado Produtos Energia (J) E a (direta ΔH(direta) E a (inversa) Caminho da reação

9 a) MM CH 3 Br = 95 ΔΗ mol - 3 J mol - = 2,5 x 0-3 s - a 20 C 2 2,5 x 0 3 = ,3 293 Resolução: E a (reação direta) = 5000 J =, ,5 x 0-3 =,005 K 2 = - 4,99 2 = 6,8 x 0-3 s - [A] t = [A] 0 - t [A] t = 0,0 [A] 0 0,0[ A] [ A] 0 0 = -6,8 x 0-3 x t t = 677 s b) Porque, à medida que a temperatura aumenta, as moléculas se movimentam mais aumentando o número de choques entre elas com energia maior que a energia de ativação. Pela equação de Arrenhius, o valor de cresce com a temperatura, logo, como a velocidade da reação é proporcional a, também cresce.