P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 28/06/08

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1 P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 8/06/08 Nome: Nº de Matrícula: Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Constantes e equações: R 0,08 atm L mol -1 K -1 8,314 J mol -1 K -1 G o H o - T S o S k H. P q m.c. T 0 kt 1 ln kt kt

2 1 a Questão A água da chuva, mesmo em regiões não poluídas, não apresenta ph igual a 7, a 5 C, devido ao CO atmosférico que nela se dissolve e reage como representado nos equilíbrios abaixo: Equilíbrio 1 CO (g) CO (aq) k H 3,5 x 10 - mol L -1 atm -1 Equilíbrio CO (aq) + H O(l) H + (aq) + HCO - 3(aq) K a 4,4 x 10-7 mol L -1 a) Calcule a pressão parcial de CO quando a pressão do ar é 1,0 atm, sabendo que a quantidade de CO nessa atmosfera se aproxima de 400 ml de CO / 10 6 ml de ar. b) Escreva a expressão da constante para o equilíbrio. c) Calcule o ph da água da chuva.

3 Resolução: a) A concentração atual do CO é igual a 400 ml CO /10 6 ml de ar. Tal relação corresponde à fração molar de CO, pois temos o volume do gás pelo volume total. Segundo a lei de Dalton temos: n V CO CO CO xco ntotal Vtotal ptotal p Dessa forma, é possível determinar a pressão parcial de CO. p X.p p CO CO CO 6 total.1 4, atm b) K c [produtos] [reagentes] + [H ].[HCO3 ] [CO (aq)] C) Para determinar o ph deve-se encontrar o valor de [H + ] a partir da expressão de K c. Pela Lei de Henry, temos: S CO K H. PCO 4 5 [CO (aq)] k.p 3, ,0.10 1,4.10 mol/l CO Assim, no equilíbrio, a quantidade de CO (aq) está definida e a quantidade dos íons é desconhecida, entretanto, as quantidades de ânions e cátions são iguais, devido à estequiometria, logo, utilizando a equação de K C para a temperatura de 5 C, temos: + [H ].[HCO ] x.x + Kc, onde x [H ] [HCO 5 3 [CO (aq)] 1, Do enunciado, temos K a 4,4 x 10-7 mol L -1, portanto: X 4, , , ph -log[h + ] -log(6, ) 1/ -log(6,16 ) 1/ - log(10-1 ) 1/ 6-log (6,16) 1/ ph 5,60 ]

4 a Questão O azometano, CH 3 NNCH 3, decompõe-se por um processo de cinética de 1ª ordem, conforme a reação abaixo: CH 3 NNCH 3 (g) N (g) + C H 6 (g) O tempo de meia-vida (t 1 ) para a decomposição do azometano, a 300 ºC é 1, s. a) Calcule a massa, em g, de azometano após 3 s de reação, sabendo que inicialmente 0,045 g de azometano foi colocado em um recipiente de reação de 300 ml e aquecido a 300 ºC. b) Calcule a pressão total no recipiente de reação após 3 s. c) Sabendo que o processo de decomposição do azometano é endotérmico, comente o efeito da temperatura sobre a concentração de N (g).

5 a) MM (CH 3 NNCH 3 ) 58 g mol -1 (t 1 ) 0,693 k 0,693 1, k K 0,578 s -1 0,045g 58 g mol. 0,300 Resolução: 3 1 0,59 x 10 mol L 1 t 0 e kt t e -0,578x3.,59 x ,57 x 10-4 mol L -1 m(ch 3 NNCH 3 ) 4,57 x 10-4 mol L g mol -1 0,065 g b) CH 3 N NCH 3 (g) N (g) + C H 6 (g) I,59 x ,13 x ,13 x10-3 +,13x10-3 F 4,57 x 10-4,13 x 10-3,13x10-3 PV nrt (n)rt P V P (CH 3 NNCH 3 ) 4,57 x 10-4 x 0,08 x 573 0,015 atm P (N ) P (CH6),13 x ,08 x 573 0,100 atm P total 0, , ,0150, c) Com o aumento da temperatura o equilíbrio irá deslocar para os reagentes, aumentando a concentração de N.

6 3 a Questão Considere um sistema com dois balões conectados, conforme a figura abaixo: Quando a válvula é aberta, a 533 K, hidrogênio, H, reage com oxigênio, O, conforme a equação: H (g) + O (g) H O(g) Considerando que o rendimento da reação é de 100%, responda: a) Quais substâncias permanecem após o término da reação? b) Calcule a pressão parcial da(s) substância(s) que permanece(m) no balão.

7 Resolução: No início (i): n H PV RT 0,500.,00 0, ,09 n O PV RT 1,00.1,00 0, ,09 n H O 0 H + O H O H é um limitante (i) 0,09 0,09 0 O está em excesso No final (f): (f) 0 0, ,09 a) As substâncias que permanecem são O (g) e H O(g) b) P P O HO nrt 0,01145x0,08x533 0,167atm V 3 nrt 0,09x0,08x533 0,334atm V 3

8 4ª Questão As reações 1 e abaixo representam, respectivamente, a combustão do propano, C 3 H 8, formando CO (g) e H O(l) e a vaporização da água. Reação 1 Reação C 3 H 8 (g) + 5O (g) 3CO (g) + 4H O(l) H O(l) H O(g) a) Calcule o valor de G para a combustão do propano quando CO (g) e H O(g) são formados, sabendo que o valor de G para a reação é +8,6 kj mol -1. b) Calcule a energia na forma de calor, envolvida na combustão de 1,10 g de propano de acordo com a reação 1. c) A quantidade de calor calculada no item (b) é completamente transferida para um sistema constituído de 550 ml de água e uma peça de 1,00 kg de ferro. A temperatura inicial do sistema ferro-água é 0 o C. Calcule a temperatura final do sistema. Dados: Calor específico do ferro 0,473 J g -1 o C -1 Calor específico da água 4,184 J g -1 o C -1 Substância H o f, kj mol -1 G o f, kj mol -1 C 3 H 8 (g) -103,8-3,56 CO (g) -393,5-394,4 H O(l) -85,8-37,

9 Resolução: a) (1) C 3 H 8 (g) + 5O (g) 3CO (g) + 4H O(l) G 1? () 4H O(l) 4H O(g) G 4 x 8,6 34,4 kj/mol (1) C 3 H 8 (g) + 5O (g) 3CO (g) + 4H O(g) G 3? G 1 + G G 1 n G ƒ Produtos - n G ƒ Reagentes G 1 {[4x(-37,)] + [3x(-394,4)]} - {[5x(0)] + [1x(-3,56)]} G 1 {[-948,8] + [-1183,]} - {[0] + [-3,56]} G 1 {-13} - {-3,56} -108,44 kj/mol G 3 G 1 + G -108,4 + 34,4 074,0 kj/mol b) H 1 n H ƒ Produtos - n H ƒ Reagentes H 1 {[4x(-85,8)] + [3x(-393,5)]} - {[5x(0)] + [1x(-103,8)]} H 1 {[-1143,] + [-1180,5]} - {[0] + [-103,8]} H 1 {-33,7} - {-103,8} -19,9 kj/mol 1mol de C H ( )19,9 kj de C H 1,10 g de C H x x 55,37 kj de C3H8 44,10g de C3H8 1 mol de C3H8 c) q (Fe + água) m.c. T 55,37 x 10 3 J [m 1 c 1 + m c ]. T 55,37 x ,473J 4,184J J 1000gx + 550gx. T g C g C 55,37 x10 3 J [473 J + 301, J]. T T 0 TT ƒ - T i T ƒ T+ T i C

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