P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 31/03/12

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1 P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 31/03/1 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 Dados R = 0,081 atm L mol -1 K -1 T (K) = T ( C) + 3,15 1 atm = 60 mmhg PV = nrt P i = i P S = K H P

2 1 a Questão a) Um carro movido a gasolina percorreu a distância de 40 km com o consumo do combustível de 14,0 km L -1. Considerando o octano, C 8 H 18, como o único constituinte da gasolina (ver reação de combustão na equação I), determine a massa de C 8 H 18 consumida ao longo do percurso. C 8 H 18 (l) + 5 O (g) 8 CO (g) + 9H O(g) (I) b) Defina o que é o reagente limitante e diga qual é o reagente limitante quando forem utilizados,0 g de C 8 H 18 e 5,0 g de O. Mostre com cálculos. c) Calcule o rendimento percentual da reação de combustão do C 8 H 18, nas condições do item b, sabendo que foram produzidos 0,0 g de CO. d) Calcule o número de moléculas de CO obtido pela queima de 5,0 mol de C 8 H 18 na presença de excesso de O. Considere rendimento de 100%. e) Calcule a quantidade de matéria, em mol de O, produzida pela reação da fotossíntese, representada na equação II, quando 1,00 L de C 8 H 18 é queimado completamente e todo o CO gerado nestas condições reage para formar O. 6CO (g) + 6H O(l) + calor C 6 H 1 O 6 (aq) + 6O (g) (II) Considere que todos os gases se comportam idealmente DADOS: Densidade do C 8 H 18 = 00 g L -1 N A = 6,0 x 10 3 mol -1 MM C 8 H 18 = 114 g mol -1 MM CO = 44,0 g mol -1 MM O = 3,0 g mol -1

3 Resolução: a) Massa do octano? 14,0 km 1,00 L 40 km 30,0 L 00 g 1,00 L,10 x 10 4 g ou 1,0 kg 30,0 L b) n octano,0 /114 = 0,63 mol n O = 5,0/3,0 = 0,81 mol 1 1,5 1 1,5 0,065 0,81 0,63,90 O reagente limitante é o O. O reagente limitante determina o rendimento máximo do produto. É completamente consumido, os demais reagentes estão em excesso. c) 1,5 O 8 CO 0,81 precisaria 0,500 mol CO Tem-se n CO = 0,0/44,0 = 0,455 mol Rend % = 0,455 /0,500 x 100 = 91,0 % d) 1 octano 8 CO 5 40 N = N A x N= 6,0 x 10 3 x 40 =,4 x 10 5 moléculas e) 1 L octano 00 g n = 00/114 = 6,14 mol octano 1 octano 8 CO 8 O 6,14 49,1 49,1 6 CO 6 O 49,1 49,1 mol O

4 a Questão a) Em um laboratório foi preparada uma solução aquosa de dicromato de potássio, K Cr O, adicionando,50 g deste reagente seco em um balão volumétrico. O reagente foi dissolvido em água e o volume completado a 500 ml. Determine a concentração em quantidade de matéria, mol L -1, de K Cr O, desta solução aquosa. b) No mesmo laboratório, uma amostra de 0,500 g de minério de ferro é dissolvida com ácido clorídrico, HCl, concentrado, e após outros procedimentos químicos, todo o ferro do minério é transformado em Fe + (aq). Esta solução resultante é, então, titulada com a solução aquosa de K Cr O, que foi preparada conforme o item a. Todos os íons que não estão representados na reação abaixo são considerados como simples espectadores. 6Fe + (aq) + Cr O - (aq) + 14H + (aq) 6Fe 3+ (aq) + Cr 3+ (aq) + H O(l) Sabendo que foram gastos, ml de K Cr O nesta titulação, determine a percentagem de ferro na amostra do minério de ferro. Dados: MM K Cr O = 94,19 g mol -1 MM Fe = 55,84 g mol -1

5 Resolução: 1 mol de K a),50g de K Cr O CrO x 94,19 g de KCrO = 8,541 x 10-3 mols de K CrO -3 8,54x10 mols de KCrO = 1,0 x 10 - mols L -1 0,500L b) ), ml de K Cr O x 1,0 x mol de K Cr O 10 mlde K Cr O x 6 mol de Fe 1 mol de K Cr O x x 1 mol de Fe 55,84 g de Fe x 1 molde Fe 1 molde Fe 0,16 g defe 0,16 g 500 g x100 5, % de Fe

6 3 a Questão A gaseificação de um refrigerante é feita pela introdução de CO na temperatura de 5 ºC e em seguida o líquido é engarrafado. Considere que a pressão do CO na garrafa é de 3,00 atm. a) Calcule a concentração em quantidade de matéria, mol L -1, de CO dissolvido em 1,00 L de refrigerante. b) Calcule a concentração em quantidade de matéria, mol L -1, de CO que permanece no refrigerante, após a garrafa ser aberta e o equilíbrio entre o CO da atmosfera e o dissolvido no refrigerante ser atingido a 1,00 atm. O percentual de CO na atmosfera, em volume, é de 0,0390 %. c) Calcule o volume que o gás CO solúvel em 1,00 L de refrigerante, nas condições de equilíbrio do item b, ocuparia se este fosse retirado totalmente da fase aquosa e coletado em um balão de volume variável. Considere que os gases se comportam idealmente e que a pressão de vapor do líquido é desprezível. Desconsidere qualquer reação do CO com o líquido do refrigerante. Dados a 5 o C: Constante de Henry (K H do CO ) = 3,38 x 10 - mol L -1 atm -1

7 Resolução: a) A concentração em quantidade de matéria, mol L -1, de CO dissolvido no refrigerante: s = K H x P(CO ) s = 3,38 x 10 - mol L -1 atm -1 x 3,00 atm s = 0,101 mol L -1 b) A concentração em quantidade de matéria, mol L -1, de CO que permanece no refrigerante, após o equilíbrio: % em volume = fração molar x(co ) = 0,0390 % = 0,0390 / 100 = 3,90 x 10-4 P(CO ) = 3,90 x 10-4 x 1,00 atm = 3,90 x 10-4 atm s = 3,38 x 10 - mol L -1 atm -1 x 3,90 x 10-4 atm s = 1,3 x 10-5 mol L -1 c) O volume total de gás CO coletado: P = 1,00 atm n = 1,3 x 10-5 mol T = 5 ºC + 3,15 = 98 K 1,00 atm x V = 1,3 x 10-5 mol x 0,081 atm L mol -1 K -1 x 98 K V = 3,3 x 10-4 L

8 4 a Questão O airbag é um equipamento de segurança que passará a ser obrigatório em todos os automóveis fabricados no país a partir de 014. Quando ocorre um acidente, sensores no automóvel transmitem um impulso elétrico que desencadeia uma série de reações químicas. Um dos produtos dessas reações é o gás nitrogênio, N, que infla rapidamente um balão plástico protegendo os ocupantes do automóvel. As duas reações envolvidas na formação do gás estão representadas nas equações I e II abaixo: NaN 3 (s) Na(s) + 3N (g) ( I) 10Na(s) + KNO 3 (s) 5Na O(s) + K O(s) + N (g) ( II) No caso do acionamento do sistema de segurança, supondo que o volume do saco plástico, quando totalmente inflado, seja de 0,0 L e que inicialmente, houvesse,00 mol de azida sódica, NaN 3 e,00 mol de nitrato de potássio, KNO 3, faça o que se pede: a) Calcule a pressão do gás, em atm, dentro do balão, quando este estiver totalmente inflado. Considere a temperatura de 30 C e que o rendimento das reações foi de 100%. b) Calcule a massa total, em gramas, das substâncias sólidas restantes no sistema após o airbag ser inflado. c) Se a temperatura local no momento do acidente fosse de 10 C, e considerando que não há alteração de volume do airbag, a pressão no interior do mesmo seria maior ou menor? Justifique a resposta com base na Lei Geral de Gases (Lei dos gases ideais). Dados: MM KNO 3 = 101,1 g mol -1 MM Na O = 6,0 g mol -1 MM K O = 94, mol -1

9 Resolução: a) Uma forma de resolução é escrever a equação combinada das reações 1 e. Para isto, devemos multiplicar a reação 1 por 5, para eliminar o Na (s). Assim, temos: 10 NaN 3 (s) + KNO 3 (s) 5 Na O(s) + K O(s) + 16 N (g) Pela reação combinada, observamos a seguinte relação estequiométrica: 10 mol NaN 3 (s) mol KNO 3 (s) ; Mas, temos disponíveis:,00 mol NaN 3 (s) e,00 mol KNO 3. Portanto, o NaN 3 (s) é o limitante. Assim, considerando a relação estequiométrica: 10 mol NaN 3 (s) 16 mol N (g) E, considerando que há,00 mol de NaN 3 (s), temos a formação de 3,0 mol de N (g) Usando a equação geral dos gases (PV = nrt): L atm mol -1 K -1 ; b) Para calcular a quantidade de reagentes sólidos, podemos usar a equação definida no item (a). Assim, temos: -NaN 3 (s) foi totalmente consumido, não sobra nada (é o reagente limitante) -KNO 3 (s) consumiu 0,400 mol na reação de,00 mol de NaN 3 (s) (relação KNO 3 :10NaN 3 ). Portanto, sobram 1,60 mol KNO 3 ou 16. g de KNO 3 -Na O: pela relação estequiométrica e tendo NaN 3 como limitante, teremos a formação de 1,00 mol ou 6,0 g de Na O -K O: da mesma forma que acima, teremos a formação de 0,00 mol ou 18,84 g de K O Assim, a massa de sólidos restante é de : m KNO3 + m NaO + m KO = 16. g + 6,0 g + 18,84 g = 43 g c) Pela Lei Geral dos Gases Perfeitos: se a temperatura diminiu (T<T1), e se não há variação de volume (V1=V), a pressão terá que diminuir para manter a proporcionalidade entre as grandezas.