Nome.. nº Sala... Responder às perguntas 1, 2, 3, 4 na folha do enunciado

Transcrição

1 Química II 1º Exame A 30 de Maio de 2014 Mestrado Integrado Eng. Química Mestrado Integrado Eng. Biológica Nome.. nº Sala... 1: 2: 3: 4: 5: 6: Total: Responder às perguntas 1, 2, 3, 4 na folha do enunciado 1. Classifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as afirmações seguintes: A entalpia de formação refere-se a uma reacção em que uma mole de um ou mais reagentes F se converte em produto O balanço entálpico da dissolução de um sal iónico em água depende exclusivamente da F energia de rede do sal Sº (CaCl 2, s)< Sº (BaCl 2, s) V A ordem de uma reacção traduz a molecularidade do passo lento V Se a velocidade de uma reacção diminui quando se baixa a temperatura isso significa que F ela é endotérmica Cada resp. certa: + 0,2 valores; cada resp. errada: 0,2 valores 2. Escolha entre as reacções correspondentes aos perfis reaccionais I, II ou III, aquela(s) que se ajustam às situações seguintes a) Exotérmica(s) b) Cinéticamente controlada(s) pelo primeiro passo reaccional Respostas: a) I e III b) II e III I II III resp. certa: + 0,6 valores; resp. errada: 0,3 valores 3. A reacção de 10,00 ml de uma solução 0,2 M de AgNO 3 com 15,00 ml de uma solução 0,1M de NaCl conduz à precipitação quantitativa de AgCl. Sabendo que a entalpia de formação molar do AgCl é -127,068 kj/mol, a quantidade de calor libertada na reacção é 445 J 254 J 191 J X resp. certa: + 0,8 valores; resp. errada: 0,4 valores 30 de Maio de º Exame de Química II 1

2 Responda às perguntas 4 a 6 separadamente, em folhas de teste 4. a) Calcule a temperatura de decomposição do óxido de prata que se dá de acordo com a reacção Ag 2 O(s) 4Ag(s) + O 2 (g) H = (4 mol)(0 kj/mol) + (1 mol)(0 kj/mol) (2 mol)(-31,05 kj/mol) = 62,10 kj S = (4 mol)(42,55 J/Kmol) + (1 mol)(205,138 J/Kmol) (2 mol)(121,3 J/Kmol) = 132,7 J/K T = 62,1/132,7x10-3 = 467,9 K 468 K (= 195 C) b) Copie o gráfico seguinte para a folha de prova e assinale H 0 T S0 i) a temperatura de decomposição do Ag 2 O ii) as gamas de temperatura em que são favoráveis a reacção directa e a reacção inversa. Temperatura (K) T < 468 K, reacção inversa T > 468 K, reacção directa T = 468 K c) Calcule o quociente reaccional a 250 C e comente sobre a estabilidade do óxido de prata a esta temperatura. Dados: H f (Ag 2 O, s) = -31,05 kj/mol; S ( Ag 2 O, s) = 121,3 J/Kmol; S ( O 2, g) = 205,138 J/K - 1 mol; S ( Ag, s) = 42,55 J/K -1 mol; S ( O 2, g) = 205,138 J/Kmol R = 8,314 J/mol.K Cotação: a)1,0; b) 0,5; c) 1,5 valores G = 62,1-523,15(132,7x10-3 ) = -7,3 kj ln Q = -7,3 x [103/(8,314x523,15)] = 1,68 Q = 5,3 A esta temperatura a decomposição do Ag 2 O é favorável. Calculou-se em a) que a decomposição se dá a temperaturas superiores 195 C, mas o valor do quociente reaccional é pequeno a 250 C, indicando que a reacção se dá em pequena extensão. 30 de Maio de º Exame de Química II 2

3 5. A reacção que leva à destruição do ozono na estratosfera é O 3 (g) + O(g) 2 O 2 (g) onde O representa oxigénio atómico formado por dissociação de oxigénio molecular por irradiação com luz ultravioleta proveniente do sol. A energia de activação da reacção de destruição do ozono é 19 kj/mol de O 3 consumido. a) Calcule a variação de entalpia da reacção. H = 0-(249, ,7) = -391,9 kj/mol de O 3 consumido b) Construa o diagrama de energia reaccional e assinale com setas verticais H e E a para as reacções directa e inversa. E a (reacção directa) = 19 kj/mol E a (reacção inversa) = H + E a (reacção directa) = 411 kj/mol Energia estado de transição reagentes O 3 + O E a reacção directa = 19 kj/mol H = -392 kj/mol E a reacção inversa = 411 kj/mol produtos 2O 2 Progresso da reacção Dados: H f (O 3, g) = 249,2 kj/mol; H f (O, g) = 142,7 kj/mol Cotação: a) 0,5 b) 1,0 valores 6. O ciclopropano isomeriza para dar propeno quando é aquecido. As constantes de velocidade da reacção a 470 C e a 510 C são 1,10x10-4 s -1 e 1,02x10-3 s -1, respectivamente. a) Com base nas unidades da constante de velocidade, indique a ordem da reacção e escreva a equação cinética. A reacção é de ordem 1: v = k[ciclopropano] b) Calcule a energia de activação da reacção k = Ae (-Ea/RT) ln(k 1 /k 2 ) = E a /R[(1/T 2 )-(1/T 1 )] E a = 3x10 2 kj c) Calcule o tempo necessário (em minutos) para que a concentração de ciclopropano diminua de 0,10 M para 0,023 M a 500 C. ln[ciclopropano] t - ln[ciclopropano] 0 = -kt t = 2x10 3 s = 33,3 minutos Dados: R = 8,314 J/mol.K Cotação: a) 0,6 b) 1,0 c) 1,5 valores 30 de Maio de º Exame de Química II 3

4 2ºT-A Exame de Química II 2º teste A 30 de Maio de 2014 Mestrado Integrado em Engenharia Química Mestrado Integrado em Engenharia Biológica RM-A: IV-1A: IV-2A: IV-3A: Total: Nome:... nº. Sala... Responder às questões da Parte III nas folhas do enunciado III-1A. Numa solução contendo H 2 SO 4 (0,0150 M) e fenol (0,0200 M), o coeficiente de actividade do ião SO 4 2 é: Cerca de 0,54 Cerca de 0,44 Cerca de 0,17 X Dados: O fenol é um ácido monoprótico com K a = 1, ; Temperatura = 25 ºC. Com: A = 0,509 mol 1/2 L 1/2 Resposta certa: +0,6 valores; resposta errada: -0,2 valores. III-2A. A uma solução com 200,0 ml contendo Na 2 CO 3 (0,0250 M) e NaOH (0,0200 M) foram adicionados 50,0 ml de uma solução de H 2 SO 4 (0,100 M). O ph da solução fica: Cerca de 8,3 Cerca de 6,9 X Resposta certa: +1,2 valores Cerca de 6,2 Cerca de 10,0 Resposta errada: -0,3 valores Dados: K a1 (H 2 CO 3 ) = 4, , K a2 (H 2 CO 3 ) = 4, de Maio de º Exame de Química II 4

5 2ºT-A III-3A. Uma solução com 100,0 ml contendo um ácido triprótico (0,0123 M) foi titulada com uma solução de NaOH (0,215 M). Para que volume de titulante pode ser facilmente detectado (por exemplo com um indicador adequado) o 1º ponto de equivalência? Cerca de: 5,7 ml Cerca de: 11,4 ml X Resposta certa: +0,9 valores Cerca de: 17,2 ml Resposta errada: -0,3 valores Dados: K a1 (H 3 A) = 3,4 10 3, K a2 (H 3 A) = 1,7 10 4, K a3 (H 3 A) = 1, III-4A. O produto de solubilidade do Ca(Ox), em que Ox é o anião oxalato 2, é de Considerando a solubilidade intrínseca como desprezável, indique qual a solubilidade do Ca(Ox) numa solução tamponizada com ph = 3,00. Considere os coeficientes de actividade como unitários. Dados: K a1 (H 2 Ox) = 5, e K a2 (H 2 Ox) = 5, Cerca de 1, M Cerca de 3, M Cerca de 2, M X Resposta certa: +0,9 valores Resposta errada: 0,3 valores 30 de Maio de º Exame de Química II 5

6 2ºT-A IV-1A. Parte IV (resposta a cada questão em folhas separadas) Pretende-se preparar 1,000 L de um tampão com ph=4,50. Para isso dissolveu-se 1,021 g acetato de sódio trihidratado (NaCH 3 COO 3H 2 O) e introduziu-se toda essa solução num balão volumétrico de 1,000 L. a) Calcule qual o volume de solução de H 2 SO 4 (0,100 M) que será necessário adicionar no balão para que, depois de adicionar água destilada até ao traço do balão volumétrico, obter a solução tampão com o ph pretendido. Despreze a solubilidade intrínseca e a influência da força iónica. b) Indique sucintamente quais as aproximações que fez para resolver o problema e verifique se são válidas. Dados: K a (ác. Acético) = 1, M.M. (NaCH 3 COO 3H 2 O) = 136,08 g/mol. Cotação: a) 1,5 valores b) 0,6 valor O nº de moles total de NaCH 3 COO 3H 2 O é de: 1,021 g / 136,08 = 7,50 mmole = n a + n b Da eq. De Henderson: [H + ] = 3, = 1, (n a /n b ) = (n a /n b ) = 1,801 7,5 - n a = 0,5534 n a n a = 4,828 mmole 4,828 = 0,100 V H2SO4 2 V H2SO4 = 24,1(4) ml IV-2A. Considere uma célula de concentração constituída por dois eléctrodos de hidrogénio. Uma destas semi-células é o eléctrodo padrão de hidrogénio. A outra é constituída por uma solução ácida de ph desconhecido, à pressão de 1 bar. A concentração de iões H + nesta solução é inferior a 1,0 M. a) Qual dos dois eléctrodos é o cátodo? Justifique a sua resposta. b) Calcule o ph da solução desconhecida sabendo que o potencial da célula de concentração é 0,426 V, a 25 C. Cotação: a) 1,0 valores b) 1,5 valores a) Numa célula de concentração o cátodo é a solução mais concentrada, em que H + é reduzido a H 2. A solução que tem concentração de H + superior é o eléctrodo de hidrogénio padrão. No equilíbrio E = 0, numa célula de concentração E 0 = 0 e portanto K=1. A reacção decorre até as 2 concentrações se igualarem. b) 2 H + (EHP) + H 2 (des) 2 H + ( desc) + H 2 (EHP) E = E 0 0,059/2 log Q numa célula de concentração E 0 = 0 30 de Maio de º Exame de Química II 6

7 0,426 = 0,059/2 log( P H2 (EHP)[H + ] 2 (desc)/ P H2 (desc)[h + ] 2 (EHP) 0,426 = 0,059/2 log [H + ] 2 (desc) [H + ] = 0,602x10-8 ph = 7,2 IV-3A. Determine a solubilidade do fosfato de cálcio, (Ca) 3 (PO 4 ) 2, num meio contendo CaCl 2 (0,00100 M), a ph = 8,00. Considere a solubilidade intrínseca como desprezável e os coeficientes de actividade unitários. Deduza a expressão que utilizou para os cálculos, indicando e verificando as aproximações que fizer. Dados: K ps {(Ca) 3 (PO4) 2 } = 2, K a1 (H 3 PO 4 ) = , K a2 (H 3 PO 4 ) = , K a3 (H 3 PO 4 ) = Cotação: 1,8 valores Solução: 2 S = C PO4 = [PO 3 4 ] K ps {(Ca) 3 (PO 4 ) 2 } = 2, = [0,001] 3 [PO 3 4 ] 2 [PO 3 4 ] = 2 S [PO 3 4 ] = (2 S) /28650 S = 2, M A aproximação feita foi considerar que: [Ca 2+ ] = 3 S << 0,00100 M Como 3 S = 6, M << 0,00100 M (erro inferior a 1%), a aproximação é válida. 30 de Maio de º Exame de Química II 7