Lista de exercícios Ácido Bases e solventes não-aquosos

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1 Disciplina: Química Inorgânica I, GQI/UFF Professor: Fabio da Silva Miranda Lista de exercícios Ácido Bases e solventes não-aquosos 1 Escreva as equações balanceadas para cada reação abaixo: a) MgO + água b) Hidrólise do ácido bórico c) Hidrólise do produto da reação: CO 2 + água; d) CaO + SiO 2 e) AlCl 3 + xh 2 O A B 2 Comente as equações abaixo e correlacione com a reação A + B: A:B. Quimicamente o que podemos dizer a respeito da relação entre a reatividade e as energias do HOMO e do LUMO? Faça uma relação com processos redoxes: χ η ΔN = I + A 2 I A 2 χ C χ B 2(η C η B ) = ε HOMO + ε LUMO 2 = ε HOMO ε LUMO 2 3 Comente as diferenças de acidez entre os ácidos baseando-se na influência do átomo central. pka 1 pka 2 H 2 CO 3 6,35 10,33 H 2 SiO 3 9,9 11,8 H 2 GeO 3 9,1 12,3 4 Conceitual Huheey Cap. 9 e 10 a) Considerando a auto-ionização do solvente identifique o ácido e base formados em cada caso; b) Monte a estrutura de Lewis para todas as espécies; c) Usando a teoria de repulsão dos pares eletrônicos preveja a estrutura tridimensional de cada espécie indicando a geometria encontrada; d) Usando a teoria de grupo encontre o respectivo grupo de ponto ao qual a molécula pertence; e) Usando a teoria de ligação de valência diga qual hibridização o átomo central está realizando.

2 Shiriver 4.14 Para cada par de ácidos diga qual é o mais forte? Justifique. a) Al OH ou Ga OH b) Fe OH ou Fe OH c) Si OH 4 ou Ge OH 4 d) HClO 3 ou HClO 4 e) H 2 CrO 4 ou HMnO 4 f) H 3 PO 4 ou H 2 SO 4 Shiriver 4.15 Arranje os seguintes óxidos em ordem crescente de acidez: Al 2 O 3, B 2 O 3, BaO, CO 2, Cl 2 O 7, SO 3 Shiriver 4.16 Arranje os seguintes ácidos em ordem crescente de acidez: HSO 4, H 3 O +, H 4 SiO 4, CH 3 GeH 3, NH 3, HSO 3 F Shiriver 4.17 Os íons Na + e Ag + têm raios semelhantes. Qual dos íons aquo é o ácido mais forte? Explique. Shiriver 4.18 Quais dos seguintes elementos formam óxidos polianiônicos e quais formam óxidos policatiônicos: Al, As, Cu, Mo, Si, B, Ti. Shiriver 4.19 Quando um par de cátions aquo formam uma ponte M O M com a eliminação de água, qual é a regra geral para a mudança de carga do metal M por íon? Shiriver 4.20 Balancei as seguintes reações: PO 4 3 P 2 O 7 4 [Fe OH [ H 2 O 4 Fe OH 2 Fe OH 2 4 ] 4+

3 Shiriver 4.25 Nos processos abaixo identifique a espécie ácida e básica, caracterize os processos como formação de complexo ou reação ácido base. Identifique os ácidos de BrØnsted ou Lewis. a) SO 3 + H 2 O HSO 4 + H + b) CH 3 B 12 + Hg 2+ B CH 3 Hg + ; B 12 representa a vitamina B 12 c) KCl + SnCl 2 K + + [SnCl 3 ] d) AsF 3 g + SbF 5 l [AsF 2 ] + [SbF 6 ] (s) Shiriver 4.26 Para cada caso selecione o composto com a característica requerida: Ácido de Lewis mais forte a) BF 3 BCl 3 BBr 3 b) BeCl 2 BCl 3 c) B(n-Bu) 3 B(t-Bu) 3 Base de Lewis mais favorável para se ligar ao B(CH 3 ) 3 a) Me 3 N Et 3 N b) 2-CH 3 C 5 H 4 N 4- CH 3 C 5 H 4 N Shiriver 4.27 Usando o conceito de ácido duro-mole, diga quais reações são esperadas ter uma constante de equilíbrio maior que 1. a) R 3 PBBr 3 + R 3 NBF 3 R 3 PBF 3 + R 3 NBBr 3 b) SO 2 + (C 6 H 5 ) 3 P: HOC(CH 3 ) 3 (C 6 H 5 ) 3 P SO 2 + HOC(CH 3 ) 3 c) CH 3 HgI + HCl CH 3 HgCl + HI d) AgCl 2 aq + 2CN aq AgCN 2 aq + 2Cl aq Shiriver 4.31 Mostre a(s) equação(ões) para a dissolução de SiO 2 em HF: Shiriver 4.32 O sulfeto de alumínio (Al 2 S 3 ) libera odor característico de ácido sulfídrico quando se torna velho. Escreva a equação balanceada para a reação e discuta em termos de conceitos ácido base. Shiriver 4.33 Descreva as propriedades de um solvente que resultariam em: a) favorecimento da troca de Cl - por I - em um centro ácido b) favorecer a basicidade do R 3 As sobre o R 3 N

4 c) favorecer a acidez do Ag + sobre o Al 3+ d) promover a reação 2 FeCl 3 + ZnCl 3 Zn FeCl 4 Obs: Para caso sugira um solvente. Shiriver 4.35 Use os conceitos ácido-base para comentar o fato que o único minério de mercúrio importante seja o Cinabre (HgS), enquanto o zinco ocorre naturalmente na forma de sulfetos, silicatos, carbonatos e óxidos. Shiriver 4.38 Os elementos do bloco-f são encontrados em silicatos na forma M(III). Discuta a dureza desses elementos. Problema 4.5 A frequência do estiramento simétrico da vibração M O de complexos aquo, [M(OH 2 ) 6 ] 2+, aumenta ao longo da série: Ca 2+ < Mn 2+ < Ni 2+. Como essa tendência pode está relacionada com a acidez? Problema 4.11 Piridina forma complexos ácido-base de Lewis com mais forte com SO 3 do que com SO 2. No entanto, a piridina forma complexos mais fracos com SF 6 do que com SF 4. Explique: Problema 4.12 Faça a previsão do sentido favorável para cada reação: CdI 2 + CaF 2 CdF 2 + CaI 2 CuI 4 2 (aq) + CuCl 4 (aq) CuCl 4 2 (aq) + CuI 4 (aq) NH 2 (aq) + H 2 O(l) NH 3 (aq) + OH (aq) Shiriver self-test 4.6 Coloque em ordem crescente de acidez os seguintes íons: [Na(OH 2 ) 6 ] +, [Sc(OH 2 ) 6 ] 3+, [Mn(OH 2 ) 6 ] 2+ e [Ni(OH 2 ) 6 ] 2+ Shiriver 5.6 Balancei a equação redox abaixo em meio ácido: MnO 4 aq + H 2 SO 3 Mn 2+ aq + HSO 4 Faça uma previsão qualitativa para dependência do potencial total da reação com a variação de ph. (aumenta, diminui ou permanece inalterado). Shiriver 5.17 Calcule o potencial de redução a 25ºC para a conversão de MnO 4 a MnO 2 em solução aquosa em ph = 9,0 e 1M de MnO 4 (aq). Dado: E o MnO 4, MnO 2 = +1,69 V

5 Shiriver problema 5.5 Discuta a importância do potencial de redução em química inorgânica, destaque as suas aplicações na investigação da estabilidade, solubilidade e reatividade em água. Shiriver Problema 5.7 Discuta como o equilíbrio Cu 2+ aq + Cu s 2 Cu + (aq) pode se alterado pela complexação de íons cloretos (referência de apoio: Malyyszko, J.; Kaczor, M. J. Chem. Educ., 2003, 80, 1048). Huheey 9.3 Qual é o melhor ácido de Lewis BCl 3 ou B(CH 3 ) 3? Explique. Huheey 9.4 A ordem de acidez para os haletos de boro é a seguinte BF 3 < BCl 3 < BBr 3. Essa ordem é inesperada? Explique. Huheey 9.7 Aponte o sentido favorável das reações abaixo: Huheey 9.13 Encontre ou faça uma estimativa dos ácidos fosfórico e arsênico. Diga qual é o ácido mais forte e explique. Huheey 9.14 O ácido fosforoso pode existir na forma de seus dois tautômeros (esquema abaixo). a) Sabendo que o pka do ácido fosforoso é 1,8 diga qual é a estrutura mais estável em solução aquosa. b) O pka do ácido hipofosforoso é 2,0. Faça a previsão da estrutura mais provável. Huheey 9.16 As discussões a respeito da basicidade das amidas (pg 334 e 342) são baseadas no oxigênio carbonílico como sítio básico. Existe alguma possibilidade do nitrogênio da amida atuar como sítio básico? Que experimento poderia ser utilizado para determinar qual átomo é sítio ácido? Huheey 9.19 Complete e balancei as seguintes reações:

6 Huheey 9.21 Potássio metálico reage com grafite formando o composto de intercação de fórmula C 8 K. Este material atuará como catalisador ácido ou básico? Huheey 9.29 O dioxigênio não é um bom ligante e é mole. A hemoglobina contém o íon Fe 2+ que tem moleza intermediária. a) Desenhe a estrutura do grupo HEME e sugira uma explicação para o Fe 2+ ser um sítio mais mole dentro do grupo HEME. b) O monóxido de carbono é venenoso porque tende a se ligar mais fortemente a hemoglobina das células vermelhas do que o oxigênio. Por qual motivo o CO compete como ligante com o oxigênio? Huheey 10.3 Quando 1 mol de N 2 O 5 é dissolvido em ácido sulfúrico 3 equivalentes de base são produzidos. Estudos condutimétricos indicam = 6 para N 2 O 5. Proponha uma equação para a sovólise do N 2 O 5 pelo ácido sulfúrico. Huheey Considere cada solvente individualmente: NH 3 CH 3 CO 2 H H 2 SO 4 a) Mostre as equações de auto-solvólise do solvente puro. b) Discuta os equilíbrios do ácido acético com a amônia e o ácido sulfúrico. Qual solução seria mais ácida ou básica do que o solvente puro? O soluto atuaria como um ácido ou base? Forte ou fraco? Huheey Assuma hipoteticamente que a auto-sovólise do POCl 3 = 5 x mol 2 L -2 (Produto iônico). Monte uma escala pcl para o POCl 3. Faça um diagrama semelhante a Fig Discuta como você obteria os dados. Referência Huheey Cap. 10 Dê os produtos das reações abaixo. a) Monte a estrutura de Lewis para os produtos; b) Usando a teoria de repulsão dos pares eletrônicos preveja a estrutura tridimensional de cada espécie indicando a geometria encontrada; c) Usando a teoria de grupo encontre o respectivo grupo de ponto ao qual a molécula pertence; d) Usando a teoria de ligação de valência diga qual hibridização o átomo central está realizando.

7 Referência Huheey Cap. 10 Dê os produtos das reações abaixo. a) Monte a estrutura de Lewis para os produtos; b) Usando a teoria de repulsão dos pares eletrônicos preveja a estrutura tridimensional de cada espécie indicando a geometria encontrada; c) Usando a teoria de grupo encontre o respectivo grupo de ponto ao qual a molécula pertence; d) Usando a teoria de ligação de valência diga qual hibridização o átomo central está realizando. Referência Huheey Cap. 10 Dê os produtos das reações abaixo. a) Monte a estrutura de Lewis para os produtos; b) Usando a teoria de repulsão dos pares eletrônicos preveja a estrutura tridimensional de cada espécie indicando a geometria encontrada; c) Usando a teoria de grupo encontre o respectivo grupo de ponto ao qual a molécula pertence; d) Usando a teoria de ligação de valência diga qual hibridização o átomo central está realizando.

8 Referência Huheey Cap. 15 Dê os produtos das reações abaixo. a) Monte a estrutura de Lewis para os produtos; b) Usando a teoria de repulsão dos pares eletrônicos preveja a estrutura tridimensional de cada espécie indicando a geometria encontrada; c) Usando a teoria de grupo encontre o respectivo grupo de ponto ao qual a molécula pertence; d) Usando a teoria de ligação de valência diga qual hibridização o átomo central está realizando. Referência Huheey Cap. 10 Explique as diferenças de solubilidade.

9 8 - Que frase descreve, corretamente um ácido com pk a = 5? a) Um ácido fraco b) Um ácido muito fraco c) O ácido é uma base forte d) O ácido não significantemente ácido ou básico e) Nenhuma das alternativas 9 - Quais das seguintes afirmações se aplicam a uma base forte? Selecione todas que se aplicam: a) É a base conjugada de um ácido fraco b) É o ácido conjugado de uma base fraca c) Possui um valor muito negativo de pk b d) Gera OH - quando dissolvido em água e) Nenhuma das alternativas 10 - Uma solução aquosa de um ácido HA com pk a = 0 é misturada com uma solução de concentração similar de um segundo ácido HB cujo pk a = 5. Selecione a descrição correta para explicar essa mistura. a) A mistura contém quantidades iguais de A e B. b) A mistura contém uma quantidade muito maior de B do que A. c) A mistura contém uma quantidade muito maior de A do que B d) A mistura contém poucos íons e) Nenhuma das alternativas 11 - Qual afirmação descreve corretamente a variação da carga nuclear efetiva (Z eff ) na tabela periódica? a) Z eff aumenta através do período e descendo no grupo b) Z eff aumenta através do período e diminui descendo no grupo c) Z eff permanece constante através do período e aumenta descendo no grupo d) Z eff diminui descendo no grupo e) Nenhuma das alternativas 12 - Quais das seguintes declarações descrevem corretamente o efeito relativístico sobre a energia dos orbitais? Selecione todas que se aplicam. a) Efeitos relativísticos somente são significantes para átomos do 6º período em diante. b) Efeitos relativísticos são mais significantes para os elétrons 6s do que para 6p. c) Efeitos relativísticos fazem com que os elétrons no orbital 6s do Au estejam em menor energia do que 5s da Ag. d) Efeitos relativísticos são significantes somente para elementos radioativos Quais das seguintes afirmações são corretas com respeito a soluções tampões? a) Uma solução tampão pode consistir de um ácido fraco e seu sal b) Uma solução tampão é resistente a adição de pequenas quantidades de ácido c) Uma solução tampão pode consistir de uma base fraca e seu sal d) Uma solução tampão é resistente a adição de pequenas quantidades de base e) Nenhuma das alternativas 8 - Que frase descreve, corretamente um ácido com pk a = 5? f) Um ácido fraco g) Um ácido muito fraco h) O ácido é uma base forte i) O ácido não significantemente ácido ou básico j) Nenhuma das alternativas 9 - Quais das seguintes afirmações se aplicam a uma base forte? Selecione todas que se aplicam:

10 f) É a base conjugada de um ácido fraco g) É o ácido conjugado de uma base fraca h) Possui um valor muito negativo de pk b i) Gera OH - quando dissolvido em água j) Nenhuma das alternativas 10 - Uma solução aquosa de um ácido HA com pk a = 0 é misturada com uma solução de concentração similar de um segundo ácido HB cujo pk a = 5. Selecione a descrição correta para explicar essa mistura. f) A mistura contém quantidades iguais de A e B. g) A mistura contém uma quantidade muito maior de B do que A. h) A mistura contém uma quantidade muito maior de A do que B i) A mistura contém poucos íons j) Nenhuma das alternativas 11 - Qual afirmação descreve corretamente a variação da carga nuclear efetiva (Z eff ) na tabela periódicva? f) Z eff aumenta através do período e descendo no grupo g) Z eff aumenta através do período e diminui descendo no grupo h) Z eff permanece constante através do período e aumenta descendo no grupo i) Z eff diminui descendo no grupo j) Nenhuma das alternativas 12 - Quais das seguintes declarações descrevem corretamente o efeito relativístico sobre a energia dos orbitais? Selecione todas que se aplicam. e) Efeitos relativísticos somente são significantes para átomos do 6º período em diante. f) Efeitos relativísticos são mais significantes para os elétrons 6s do que para 6p. g) Efeitos relativísticos fazem com que os elétrons no orbital 6s do Au estejam em menor energia do que 5s da Ag. h) Efeitos relativísticos são significantes somente para elementos radioativos Quais das seguintes afirmações são corretas com respeito a soluções tampões? f) Uma solução tampão pode consistir de um ácido fraco e seu sal g) Uma solução tampão é resistente a adição de pequenas quantidades de ácido h) Uma solução tampão pode consistir de uma base fraca e seu sal i) Uma solução tampão é resistente a adição de pequenas quantidades de base j) Nenhuma das alternativas