RESUMO EXERCÍCIOS DE REVISÃO

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1 Química Frente I Vitor Terra Lista 6 Soluções Classificação e Solubilidade RESUMO Dispersões são misturas, em que as partículas de uma certa substância (dispersa) estão disseminadas ( espalhadas ) em uma segunda substância (dispersante). As dispersões são classificadas de acordo com o diâmetro médio das suas partículas (lembrando que 1 nm = 10-9 m): Nome da dispersão Solução Coloide Suspensão Diâmetro médio das partículas Entre 0 e 1 nm Entre 1 e 1000 nm Acima de 1000 nm Soluções são misturas homogêneas. Nesse caso, a substância dispersa é chamada soluto e a dispersante é chamada solvente. Soluções aquosas são aquelas em que o solvente é a água. Solução diluída é aquela que contém pouca quantidade de soluto e solução concentrada é aquela que contém muita quantidade de soluto, em relação à quantidade de solvente. Solução saturada é aquela que atingiu a quantidade máxima de soluto em uma certa temperatura. Ao adicionar mais soluto a uma solução saturada, ele não se dissolve, indo diretamente para o fundo do recipiente, formando o corpo de fundo (ou precipitado ou corpo de chão). Solução supersaturada é aquela que apresenta maior quantidade de soluto do que uma solução saturada, para a mesma quantidade de solvente e na mesma temperatura. Soluções supersaturadas são instáveis: ao perturbar uma solução supersaturada (agitando ou adicionando soluto), o soluto em excesso precipita e a solução se torna saturada. Coeficiente de solubilidade (C s) ou solubilidade é a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida em uma certa quantidade de solvente, a uma dada temperatura. Ou seja, é a quantidade de soluto em uma solução saturada, para uma certa quantidade de solvente. Para soluções aquosas, o coeficiente de solubilidade geralmente é dado em g de soluto/100 g de água. Curvas de solubilidade são os gráficos que apresentam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. Solubilidade de gases em líquidos é dada pela Lei de Henry, que afirma que a solubilidade é diretamente proporcional à pressão parcial do gás sobre a solução: S = kp S: solubilidade do gás (em mol/l) k: constante da Lei de Henry do gás (em mol/l.atm) P: pressão parcial do gás sobre a solução (em atm) Note que, quanto maior a pressão parcial do gás, maior a sua solubilidade. O valor de k depende da temperatura, do soluto e do solvente. Além disso, a dissolução de gases é sempre um processo exotérmico, portanto a solubilidade de gases sempre aumenta com a diminuição da temperatura. EXERCÍCIOS DE REVISÃO Os exercícios de revisão estão resolvidos no final da lista. 1. a) O acetato de sódio é um sal que apresenta solubilidade 46 g/100 g de água, a 20 C, e 65 g/100 g de água, a 40 C. A seguir, são descritas diversas etapas na preparação de soluções aquosas de acetato de sódio. Para cada uma das etapas, escolha a palavra que melhor descreve a solução, entre: diluída, concentrada, saturada ou supersaturada. I Adicionam-se 2 g de soluto a 100 g de água a 20 C. Agita-se a solução com um bastão. II Adicionam-se mais 40 g de soluto à solução. Agita-se a solução com um bastão. III Adicionam-se mais 4 g de soluto à solução. Agita-se a solução com um bastão. IV Adicionam-se mais 15 g de soluto à solução. Agita-se a solução com um bastão. Dissolução endotérmica (absorve calor) Dissolução exotérmica (libera calor) CASD Vestibulares Química Soluções 1

2 V A solução é aquecida até 40 C e posteriormente é agitada com um bastão. VI Adicionam-se mais 4 g de soluto à solução. Agita-se a solução com um bastão. VII A solução é lentamente resfriada até atingir a temperatura de 20 C, sem nenhuma perturbação externa. VIII Adicionam-se mais 5 g de soluto à solução. Agita-se a solução com um bastão. b) Em quais das etapas descritas acima ocorre o surgimento de precipitado? Nesses casos, encontre a massa do precipitado formado. c) A dissolução do acetato de sódio é um processo que absorve ou libera calor? Justifique. 2. (UFPE) A solubilidade do oxalato de cálcio a 20 C é de 33,0 g por 100 g de água. Qual a massa, em gramas, de CaC2O4 depositada no fundo do recipiente quando 100 g de CaC2O4 (s) são adicionados em 200 g de água a 20 C? EXERCÍCIOS PROPOSTOS Tarefa mínima: 1, 2, 3, 4, 9, 13, 15 Os exercícios propostos possuem dicas no final da lista. 1. (UEPG-PR) A solubilidade do nitrato de potássio em água, em função da temperatura, é dada na tabela abaixo. Considerando-se soluções de KNO3 em 100 g de água, assinale o que for correto. Temperatura ( C) Solubilidade do KNO3 (g/100 g de água) 13,3 31,6 63, ) A 20 C, uma solução com 40 gramas está saturada. 02) A 0 C, uma solução com 10 gramas está insaturada. 04) A 40 C, uma solução com 120 gramas está supersaturada. 08) A 100 C, uma solução com 120 gramas está saturada. 2. (CPS) Em uma das Etecs, após uma partida de basquete sob sol forte, um dos alunos passou mal e foi levado ao pronto-socorro. O médico diagnosticou desidratação e por isso o aluno ficou em observação, recebendo soro na veia. No dia seguinte, a professora de Química usou o fato para ensinar aos alunos a preparação do soro caseiro, que é um bom recurso para evitar a desidratação. Soro Caseiro Um litro de água fervida Uma colher (de café) de sal Uma colher (de sopa) de açúcar Após a explicação, os alunos estudaram a solubilidade dos dois compostos em água, usados na preparação do soro, realizando dois experimentos: I. Pesar 50 g de açúcar (sacarose) e adicionar em um béquer que continha 100 g de água sob agitação. II. Pesar 50 g de sal (cloreto de sódio) e adicionar em um béquer que continha 100 g de água sob agitação. Após deixar os sistemas em repouso, eles deveriam observar se houve formação de corpo de chão (depósito de substância que não se dissolveu). Em caso positivo, eles deveriam filtrar, secar, pesar o material em excesso e ilustrar o procedimento. Um grupo elaborou os seguintes esquemas: CASD Vestibulares Química Soluções 2

3 5. (Unesp) No gráfico, encontra-se representada a curva de solubilidade do nitrato de potássio (em gramas de soluto por 1000 g de água). Analisando os esquemas elaborados, é possível afirmar que, nas condições em que foram realizados os experimentos, a) o sistema I é homogêneo e bifásico. b) o sistema II é uma solução homogênea. c) o sal é mais solúvel em água que a sacarose. d) a solubilidade da sacarose em água é 50 g por 100 g de água. e) a solubilidade do cloreto de sódio (NaCl) em água é de 36 g por 100 g de água. 3. (UFRGS) A solubilidade aquosa do KNO3 é de 36g/100mL, na temperatura 25 C, e de 55g/100mL na temperatura de 35 C. Uma solução de KNO3 preparada em água a 30 C, contendo 55g deste sal em 100mL de água será uma a) solução saturada, porém sem precipitado. b) solução saturada na presença de precipitado. c) solução não saturada, porém sem precipitado. d) solução não saturada na presença de precipitado. e) mistura heterogênea formada por sal precipitado e água pura. 4. (UEG-GO) O gráfico abaixo mostra a curva de solubilidade para diversos sais inorgânicos. A análise do gráfico permite concluir que a quantidade mínima de água, em gramas, a 10ºC, necessária para dissolver 16 g do sal A é igual a: Para a obtenção de solução saturada contendo 200 g de nitrato de potássio em 500 g de água, a solução deve estar a uma temperatura, aproximadamente, igual a a) 12 C. b) 17 C. c) 22 C. d) 27 C. e) 32 C. 6. (Unifesp) Uma solução contendo 14 g de cloreto de sódio dissolvidos em 200 ml de água foi deixada em um frasco aberto, a 30 C. Após algum tempo, começou a cristalizar o soluto. Qual volume mínimo e aproximado, em ml, de água deve ter evaporado quando se iniciou a cristalização? Dados: solubilidade, a 30 C, do cloreto de sódio = 35 g/100 g de água; densidade da água a 30 C = 1,0 g/ml. a) 20. b) 40. c) 80. d) 100. e) (Fuvest) O gráfico adiante mostra a solubilidade (S) de K2Cr2O7 sólido em água, em função da temperatura (t). Uma mistura constituída de 30 g de K2Cr2O7 e 50 g de água, a uma temperatura inicial de 90 C, foi deixada esfriar lentamente e com agitação. A que temperatura aproximada deve começar a cristalizar o K2Cr2O7? a) 12 b) 20 c) 36 d) 48 a) 25 C b) 45 C c) 60 C d) 70 C e) 80 C CASD Vestibulares Química Soluções 3

4 8. (UFRGS) A sacarose é extraordinariamente solúvel em água, como mostram os dados da tabela abaixo. T ( C) Solubilidade (g/100 g de H2O) Prepara-se uma solução saturada dissolvendo 65 g de sacarose em 25 g de água a 50 C. A quantidade de água a ser adicionada a esta solução inicial, de modo que, quando a solução resultante for resfriada até 30 C tenhamos uma solução saturada de sacarose em água, sem presença de precipitados, é de aproximadamente a) 2,5 g. b) 4,5 g. c) 10,0 g. d) 15,8 g. e) 40,0 g. O estudante concluiu que as soluções originais 1, 2 e 3 eram, respectivamente, a) não saturada, não saturada e saturada. b) não saturada, saturada e supersaturada. c) saturada, não saturada e saturada. d) saturada, saturada e supersaturada. e) supersaturada, supersaturada e saturada. 11. (UFPE) Uma solução saturada de NH4Cl foi preparada a 80 C utilizando-se 200 g de água. Posteriormente, esta solução sofre um resfriamento sob agitação até atingir 40 C. Determine a massa de sal depositada neste processo. A solubilidade do NH4Cl varia com a temperatura, conforme mostrado no gráfico a seguir. 9. (UFMG) Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, NaNO3, numeradas de I a VI, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO3 em 100 g de água. Em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente. Este gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO3, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados: 12. (UERJ) Um laboratorista precisa preparar 1,1 kg de solução aquosa saturada de um sal de dissolução exotérmica, utilizando como soluto um dos três sais disponíveis em seu laboratório: X, Y e Z. A temperatura final da solução deverá ser igual a 20 C. Observe as curvas de solubilidade dos sais, em gramas de soluto por 100 g de água: A partir da análise desse gráfico, é CORRETO afirmar que os dois sistemas em que há precipitado são a) I e II. b) I e III. c) IV e V. d) V e VI. 10. (UFRGS) Um estudante analisou três soluções aquosas de cloreto de sódio, adicionando 0,5 g deste mesmo sal em cada uma delas. Após deixar as soluções em repouso em recipientes fechados, ele observou a eventual presença de precipitado e filtrou as soluções, obtendo as massas de precipitado mostradas no quadro abaixo. Solução Precipitado 1 Nenhum 2 0,5 g 3 0,8 g A massa de soluto necessária, em gramas, para o preparo da solução equivale a: a) 100 b) 110 c) 300 d) 330 CASD Vestibulares Química Soluções 4

5 13. (UFRJ) Os frascos a seguir contêm soluções saturadas de cloreto de potássio (KCl) em duas temperaturas diferentes. Na elaboração das soluções foram adicionados, em cada frasco, 400 ml de água e 200 g de KCl. O diagrama representa a solubilidade do KCl em água, em gramas de soluto/100 ml de H2O, em diferentes temperaturas. Pode-se afirmar que o sal possui a) solubilização exotérmica. b) precipitação endotérmica. c) solubilização endotérmica. d) baixa solubilidade em água. e) solubilidade constante. 16. (Unifesp) As solubilidades dos sais KNO3 e NaCl, expressas em gramas do sal por 100 gramas de água, em função da temperatura, estão representadas no gráfico a seguir. a) Determine a temperatura da solução do frasco I. b) Sabendo que a temperatura do frasco II é de 20 C, calcule a quantidade de sal (KCl) depositado no fundo do frasco. 14. (Unicamp) Nas salinas, o cloreto de sódio é obtido pela evaporação da água do mar a 30 C, aproximadamente. a) Um volume de água do mar é evaporado até o aparecimento de NaCl sólido. Qual é a concentração de NaCl na solução resultante? Justifique a resposta. b) Qual o volume de água do mar que deve ser evaporado completamente para a produção de 1,00 kg de NaCl sólido? Atenção: nem todos os dados fornecidos a seguir serão utilizados para resolver os itens anteriores. Dados: - Massa molar da água: 18,0 g/mol - Massa molar do NaCl: 58,4 g/mol - Solubilidade do NaCl em água, a 30 C: 6,16 mol/l, que corresponde a 360 g/l. - Concentração do NaCl na água do mar: 0,43 mol/l, que corresponde a 25 g/l - Densidade da água do mar a 30 C: 1,03 g/cm 3 - Densidade da água pura a 30 C: 0,9956 g/cm 3 Com base nas informações fornecidas, pode-se afirmar corretamente que: a) a dissolução dos dois sais em água são processos exotérmicos. b) quando se adicionam 50 g de KNO3 em 100 g de água a 25 C, todo o sólido se dissolve. c) a solubilidade do KNO3 é maior que a do NaCl para toda a faixa de temperatura abrangida pelo gráfico. d) quando se dissolvem 90 g de KNO3 em 100 g de água em ebulição, e em seguida se resfria a solução a 20 C, recupera-se cerca de 30 g do sal sólido. e) a partir de uma amostra contendo 95 g de KNO3 e 5 g de NaCl, pode-se obter KNO3 puro por cristalização fracionada. 17. (UFMG) Sabe-se que o cloreto de sódio pode ser obtido a partir da evaporação da água do mar. Analise este quadro, em que está apresentada a concentração de quatro sais em uma amostra de água do mar e a respectiva solubilidade em água a 25 C: 15. (UFRRJ) Examine o gráfico, que representa a solubilidade (g/l) de um sal iônico em água, em função da temperatura ( C). Considerando-se as informações desse quadro, é CORRETO afirmar que, na evaporação dessa amostra de água do mar a 25 C, o primeiro sal a ser precipitado é o a) NaBr. b) CaSO4. c) NaCl. d) MgCl2. CASD Vestibulares Química Soluções 5

6 18. (FGV) Na figura, são apresentadas as curvas de solubilidade de um determinado composto em cinco diferentes solventes. II) Colocar num recipiente 3,6 g de um dos sais e 10,0mL de água e, em outro recipiente 3,6 g do outro sal e 10,0 ml de água. Agitar e manter a temperatura de 28 C. III) Colocar num recipiente 3,8 g de um dos sais e 10,0 ml de água e, em outro recipiente, 3,8 g do outro sal e 10,0 ml de água. Agitar e manter a temperatura de 45 C. Na purificação desse composto por recristalização, o solvente mais indicado para se obter o maior rendimento no processo é o: a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. 19. (Fuvest) O processo de recristalização, usado na purificação de sólidos, consiste no seguinte: 1) Dissolve-se o sólido em água quente, até a saturação. 2) Resfria-se a solução até que o sólido se cristalize. Os gráficos a seguir mostram a variação, com a temperatura, da solubilidade de alguns compostos em água. O método de purificação descrito acima é mais eficiente e menos eficiente, respectivamente, para: a) NaCl e KNO3 b) KBr e NaCl c) KNO3 e KBr d) NaCl e KBr e) KNO3 e NaCl 20. (Fuvest) NaCl e KCl são sólidos brancos cujas solubilidades em água, a diferentes temperaturas, são dadas pelo gráfico a seguir. Para distinguir os sais, os três procedimentos foram sugeridos: I) Colocar num recipiente 2,5 g de um dos sais e 10,0 ml de água e, em outro recipiente, 2,5 g do outro sal e 10,0 ml de água. Agitar e manter a temperatura de 10 C. Pode-se distinguir esses dois sais somente por meio a) do procedimento I. b) do procedimento II. c) do procedimento III. d) dos procedimentos I e II. e) dos procedimentos I e III. 21. (Unesp) A poluição térmica, provocada pela utilização de água de rio ou mar para refrigeração de usinas termoelétricas ou nucleares, vem do fato da água retornar ao ambiente em temperatura mais elevada que a inicial. Este aumento de temperatura provoca alteração do meio ambiente, podendo ocasionar modificações nos ciclos de vida e de reprodução e, até mesmo, a morte de peixes e plantas. O parâmetro físico-químico alterado pela poluição térmica, responsável pelo dano ao meio ambiente, é a) a queda da salinidade da água. b) a diminuição da solubilidade do oxigênio na água. c) o aumento da pressão de vapor da água. d) o aumento da acidez da água, devido à maior dissolução de dióxido de carbono na água. e) o aumento do equilíbrio iônico da água. 22. (Fuvest) Certo refrigerante é engarrafado, saturado com dióxido de carbono (CO2) a 5 C e 1 atm de CO2 e então fechado. Um litro desse refrigerante foi mantido algum tempo em ambiente à temperatura de 30 C. Em seguida, a garrafa foi aberta ao ar (pressão atmosférica de 1 atm) e agitada até praticamente todo o CO2 sair. Nessas condições (30 C e 1 atm), qual o volume aproximado de CO2 liberado? Dados: Massa molar do CO2 = 44 g/mol Volume molar dos gases a 1 atm e 30 C = 25 L/mol Solubilidade do CO2 no refrigerante a 5 C e sob 1 atm de CO2 = 3,0 g/l. a) 0,40 L b) 0,85 L c) 1,7 L d) 3,0 L e) 4,0 L CASD Vestibulares Química Soluções 6

7 23. (ITA) A 25 C e 1 atm, uma amostra de 1,0 L de água pura foi saturada com oxigênio gasoso (O2) e o sistema foi mantido em equilíbrio nessas condições. Admitindo-se comportamento ideal para o O2 e sabendo-se que a constante da Lei de Henry para esse gás dissolvido em água é igual a 1, mol L 1. atm 1, nas condições do experimento, assinale a opção CORRETA que exprime o valor calculado do volume, em L, de O2 solubilizado nessa amostra. a) 1,3 x 10 3 b) 2,6 x 10 3 c) 3,9 x 10 3 d) 1,6 x 10 2 e) 3,2 x (Unicamp) A questão do aquecimento global está intimamente ligada à atividade humana e também ao funcionamento da natureza. A emissão de metano na produção de carnes e a emissão de dióxido de carbono em processos de combustão de carvão e derivados do petróleo são as mais importantes fontes de gases de origem antrópica. O aquecimento global tem vários efeitos, sendo um deles o aquecimento da água dos oceanos, o que, consequentemente, altera a solubilidade do CO2 nela dissolvido. Este processo torna-se cíclico e, por isso mesmo, preocupante. A figura abaixo, preenchida de forma adequada, dá informações quantitativas da dependência da solubilidade do CO2 na água do mar, em relação à pressão e à temperatura. a) De acordo com o conhecimento químico, escolha adequadamente e escreva em cada quadrado da figura o valor correto, de modo que a figura fique completa e correta: solubilidade em gramas de CO2 /100 g água: 2, 3, 4, 5, 6, 7; temperatura / C: 20, 40, 60, 80, 100 e 120; pressão/atm: 50, 100, 150, 200, 300, 400. Justifique sua resposta. b) Determine a solubilidade do CO2 na água (em gramas/100 g de água) a 40 C e 100 atm. Mostre na figura como ela foi determinada. a) A figura a seguir ilustra a separação de uma mistura de dois polímeros: policarbonato (densidade 1,20 g/cm 3 ) e náilon (densidade 1,14 g/cm 3 ). Com base na figura e no gráfico identifique os polímeros A e B. Justifique. b) Qual deve ser a concentração mínima da solução, em gramas de cloreto de sódio por 100 gramas de água, para que se observe o que está representado na figura da esquerda? 26. (Fuvest) O rótulo de um frasco contendo determinada substância X traz as seguintes informações: Propriedade Descrição ou valor Cor Incolor Inflamabilidade Não inflamável Odor Adocicado Ponto de Fusão - 23 ºC Ponto de ebulição a 1 atm 77ºC Densidade a 25ºC 1,59 / cm 3 Solubilidade em água a 25ºC 0,1 g/ 100 g de H2O a) Considerando as informações apresentadas no rótulo, qual é o estado físico da substância contida no frasco, a 1 atm e 25 ºC? Justifique. b) Em um recipiente, foram adicionados, a 25 ºC, 56,0 g da substância X e 200,0 g de água. Determine a massa da substância X que não se dissolveu em água. Mostre os cálculos. c) Complete o esquema da página de resposta, representando a aparência visual da mistura formada pela substância X e água quando, decorrido certo tempo, não for mais observada mudança visual. Justifique. Dado: densidade da água a 25 C = 1,00 g / cm (Unicamp) Na construção do Centro Olímpico de Tianjin, onde ocorreram os jogos de futebol, o teto foi construído em policarbonato, um polímero termoplástico menos denso que o vidro, fácil de manusear, muito resistente e transparente à luz solar. Cerca de m 2 de chapas desse material foram utilizados na construção. 27. (Fuvest) A recristalização consiste em dissolver uma substância a uma dada temperatura, no menor volume de solvente possível e a seguir resfriar a solução, obtendo-se cristais da substância. Duas amostras de ácido benzoico, de 25,0 g cada, foram recristalizadas em água segundo esse procedimento, nas condições apresentadas na figura 1: CASD Vestibulares Química Soluções 7

8 a) Calcule a quantidade de água necessária para a dissolução de cada amostra. b) Qual das amostras permitiu obter maior quantidade de cristais da substância? Explique. Dados: curva de solubilidade do ácido benzoico em água (massa em gramas de ácido benzoico que se dissolve em 100g de água, em cada temperatura), ver figura 2. a) Quais as massas de cloreto de sódio e de clorato de sódio presentes nos 310 g da amostra retirada a 90 C? Explique. b) No sólido formado pelo resfriamento da amostra a 25 C, qual o grau de pureza (% em massa) do composto presente em maior quantidade? c) A dissolução, em água, do clorato de sódio libera ou absorve calor? Explique. 30. (Unicamp - Adaptada) Preparou-se uma solução dissolvendo-se 40 g de Na2SO4 em 100 g de água a uma temperatura 60 C. A seguir a solução foi resfriada a 20 C, havendo formação de um sólido branco. a) Qual o sólido que se formou? b) Qual a concentração da solução final (20 C), em g/l? Dados: as curvas de solubilidade do Na2SO4.10H2O e do Na2SO4, no gráfico a seguir; a solubilidade está indicada, nos dois casos, em "g de Na2SO4/100g de H2O". Densidade da água: 1 g/cm³ 28. (FEI-SP) Tem-se 500 g de uma solução aquosa de sacarose saturada a 50 C. Qual a massa de cristais que se separam da solução, quando ela é resfriada até 30 C? Dados: Coeficiente de solubilidade da sacarose em água: Cs a 30 C = 220 g/100 g de água. Cs a 50 C = 260 g/100 g de água. 29. (Fuvest) Industrialmente, o clorato de sódio é produzido pela eletrólise da salmoura* aquecida, em uma cuba eletrolítica, de tal maneira que o cloro formado no anodo se misture e reaja com o hidróxido de sódio formado no catodo. A solução resultante contém cloreto de sódio e clorato de sódio. 2 NaCl(aq) + 2 H2O(l) Cl2(g) + 2 NaOH(aq) + H2(g) 3 Cl2(g) + 6 NaOH(aq) 5 NaCl(aq) + NaClO3(aq) + 3 H2O(l) 31. (UFG-GO) O complexo termal de Caldas Novas é conhecido por suas águas que podem jorrar a temperaturas de até 48 C. Parte das águas do Rio Quente, em determinada ocasião, foi desviada para uma propriedade particular. O volume de água desviado em uma hora, na temperatura de 48 C, foi de m 3, para um pequeno lago com um volume de m 3, a uma temperatura de 25 C. Nesse lago, as águas desviadas do Rio Quente foram resfriadas, de modo que a variação total da entalpia (calor) foi de - 7, cal. Sabendo-se que o calor específico da água é igual a 1,0 cal/g C e sua densidade é igual a 1,0 g/cm 3, determine a variação de solubilidade do nitrato de sódio presente no lago, considerando o gráfico de solubilidade do sal em função da temperatura, apresentado a seguir: * salmoura = solução aquosa saturada de cloreto de sódio Ao final de uma eletrólise de salmoura, retiraram-se da cuba eletrolítica, a 90 C, 310 g de solução aquosa saturada tanto de cloreto de sódio quanto de clorato de sódio. Essa amostra foi resfriada a 25 C, ocorrendo a separação de material sólido. CASD Vestibulares Química Soluções 8

9 32. (Unicamp) A figura a seguir mostra a solubilidade do gás ozônio em água em função da temperatura. Esses dados são válidos para uma pressão parcial de Pa do gás em contato com a água. A solubilização em água, nesse caso, pode ser representada pela equação: ozônio (g) + H2O (l) ozônio (aq) a) Esboce, na figura apresentada a seguir, um possível gráfico de solubilidade do ozônio, considerando, agora, uma pressão parcial igual a Pa. Justifique. RESOLUÇÕES DOS EXERCÍCIOS DE REVISÃO 1. a) I Temos uma solução a 20 C com 2 g de soluto em 100 g de água, ou seja, 50 vezes menor massa de soluto do que solvente. Assim, podemos afirmar que há pouco soluto em relação ao solvente e portanto a solução está diluída. II Agora temos uma solução a 20 C com 42 g de soluto em 100 g de água. A massa de soluto agora é praticamente metade da massa de solvente. Assim, podemos afirmar que há muito soluto em relação ao solvente e portanto a solução está concentrada. Note que não existe um limiar definido entre uma solução diluída e concentrada. Por esse motivo, os termos diluída e concentrada são mais utilizados para comparar duas soluções diferentes. Por exemplo: na etapa II, a solução está mais concentrada (ou menos diluída) do que na etapa I. b) Considerando que o comportamento da dissolução, apresentado na figura abaixo, seja válido para outros valores de temperatura, determine a que temperatura a solubilidade do gás ozônio em água seria nula. Mostre como obteve o resultado. 33. (ITA) O frasco mostrado na figura ao lado contém uma solução aquosa saturada em oxigênio, em contato com ar atmosférico, sob pressão de 1 atm e temperatura de 25 C. Quando gás é borbulhado através desta solução, sendo a pressão de entrada do gás maior do que a pressão de saída, de tal forma que a pressão do gás em contato com a solução possa ser considerada constante e igual a 1 atm, é ERRADO afirmar que a concentração de oxigênio dissolvido na solução. III Agora temos uma solução a 20 C com 46 g de soluto em 100 g de água. Como este valor é igual à solubilidade do composto para essa temperatura, a solução atingiu a quantidade máxima de soluto possível e portanto ela está saturada. IV Como a solução já atingiu seu limite, os 15 g de soluto adicionado não vão fazer parte da solução. Mesmo após mexer a solução, esses 15 g de soluto vão permanecer no corpo de fundo. A solução continua saturada. V Ao aquecer a solução para 40 C, a solubilidade aumenta para 65 g de soluto por 100 g de água. Assim, após mexer o a solução, os 15 g de soluto que estavam no corpo de fundo passam a fazer parte da solução, que passa a conter 61 g de solvente. Podemos afirmar que a solução está concentrada (porém não saturada). VI Ao adicionar 4 g de soluto e mexer, a solução passa a ter 65 g de soluto, que é a quantidade máxima para a temperatura de 40 C. Portanto, a solução está saturada. a) permanece inalterada, quando o gás borbulhado, sob temperatura de 25 C, é ar atmosférico. b) permanece inalterada, quando o gás borbulhado, sob temperatura de 25 C, é nitrogênio gasoso. c) aumenta, quando o gás borbulhado, sob temperatura de 15 C, é ar atmosférico. d) aumenta, quando o gás borbulhado, sob temperatura de 25 C, é oxigênio praticamente puro. e) permanece inalterada, quando o gás borbulhado, sob temperatura de 25 C, é uma mistura de argônio e oxigênio, sendo a concentração de oxigênio nesta mistura igual à existente no ar atmosférico. VII Ao resfriar lentamente a solução para 20 C, sem perturbação nenhuma, os 65 g de soluto permanecem dissolvidos, sendo que a essa temperatura o limite é 46 g. Assim, a solução está supersaturada. Isso quer dizer que ela encontra-se instável e qualquer perturbação provocará a precipitação do soluto em excesso. VIII Ao adicionar mais soluto à solução, ela foi perturbada. Assim, ocorre a precipitação do soluto em excesso: = 19 g. Os 5 g de soluto adicionados também passam a fazer parte do corpo de fundo, cuja massa vai ser de = 24 g. Os 46 g de soluto restantes permanecem dissolvidos. Como essa é a quantidade máxima para essa temperatura, a solução está saturada. CASD Vestibulares Química Soluções 9

10 b) Há a presença de precipitado (ou corpo de fundo) nas etapas IV e VIII. Na etapa IV, a massa de precipitado é 15 g e, na etapa VIII, a massa de precipitado é 24 g, conforme explicado na resolução do item anterior. c) A dissolução do acetato de sódio em água é um processo endotérmico (absorve calor), porque a solubilidade do composto aumenta com a temperatura (segundo o enunciado, 46 g por 100 g de água a 20 C e 65 g por 100 g de água a 40 C). Isso ocorre porque, ao aumentar a temperatura da solução, o sistema procura absorver o calor fornecido. Como a dissolução é endotérmica, mais calor é absorvido ao dissolver uma quantidade maior de soluto, ou seja, ao aumentar a solubilidade. Isso será explicado com maior clareza oportunamente na frente de físico-química. 2. Segundo o enunciado, a solubilidade do oxalato de cálcio a 20 C é 33 g por 100 g de água. Isso quer dizer que é possível dissolver, no máximo, 33 g de oxalato de cálcio em água. Só que a massa de água é 200 g de água. Nesse caso, é possível dissolver o dobro de soluto do que em 100 g de água: 66 g. Também poderíamos ter encontrado esse resultado montando a seguinte regra de três: Massa de água (solvente) Massa de oxalato de cálcio (soluto) 100 g 33 g 200 g x 100 g 200 g = 33 g x = 66 g x Assim, dos 100 g de oxalato de cálcio adicionados aos 200 g de água, 66 g vão se dissolver e os 34 g restantes vão permanecer não dissolvidos no fundo do recipiente (constituindo o precipitado, corpo de fundo ou corpo de chão). Assim, a massa depositada no fundo do recipiente é 34 g. DICAS PARA OS EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. A 20 C, a solubilidade do KNO3 é 31,6 g por 100 g de água. Assim, uma solução com 40 g de KNO3 em 100 g de água tem mais soluto do que o limite para essa temperatura logo, ela está supersaturada. Use o mesmo raciocínio para os outros itens, lembrando que: - supersaturada = acima do limite - saturada = no limite - insaturada = abaixo do limite 2. Um sistema monofásico é homogêneo, enquanto um sistema bifásico é heterogêneo. Note que ao adicionar a mesma massa de sacarose e cloreto de sódio a 100 g de água a 20 C, toda a sacarose se dissolve, enquanto apenas parte do cloreto de sódio se dissolve. Qual deles é mais solúvel? Todos os 50 g de sacarose se dissolveram, mas isso quer dizer que este é o limite? A solução de sacarose está saturada? Por fim: como há corpo de chão no sistema II, isso quer dizer que a solução sobrenadante está saturada. Isso quer dizer que a quantidade máxima de cloreto de sódio está dissolvida nesses 100 g de água. Como foram adicionados 50 g e 14 g ficaram no corpo de chão, então 36 g de soluto estão dissolvidos. 3. A solubilidade do KNO3 a 30 C está entre os valores a 25 C e 35 C, ou seja, está entre 36 g e 55 g, para 100 ml de água. Logo, a solubilidade do KNO3 a 30 C é menor do que 55 g/100 g de água. Isso quer dizer que, ao adicionar 55 g de KNO3 a 100 g de água a 30 C, parte irá se dissolver, parte irá para o precipitado. Se existe precipitado, então a solução sobrenadante é necessariamente saturada. 4. Note, pelo gráfico, que a solubilidade do sal A é 80 g/100 g de H2O a 10 C. Assim, 100 g dissolvem, no máximo, 80 g do sal A. Só que queremos saber a quantidade mínima de água para dissolver 16 do sal A: Massa de sal A (soluto) Massa de água (solvente) 80 g 100 g 16 g x 5. Atenção: nesse gráfico, a solubilidade está representada em g/1000 g de água, e não 100 g, como de costume. Se uma solução saturada contém 200 g de nitrato de potássio em 500 g de água a uma certa temperatura, então, nessa temperatura, a solubilidade do nitrato de potássio é 400 g/1000 g H 2O. Use o gráfico para encontrar a temperatura que corresponde a este valor de solubilidade. 6. Assim que iniciar a cristalização, quer dizer que a solução já não comporta mais a quantidade de soluto que antes estava dissolvida. Ou seja, temos que achar o volume de água tal que a solução esteja saturada. A solução sempre vai ter 14 g de cloreto de sódio. Pelos dados fornecidos, uma solução de 35 g de cloreto de sódio em 100 g de água a 30 C está saturada. Qual a massa de água em uma solução saturada com 14 g de cloreto de sódio, na mesma temperatura? Massa de cloreto de sódio (soluto) Massa de água (solvente) 35 g 100 g 14 g x Resolvendo a regra de três, encontre que x = 40 g de água, ou 40 ml, já que a densidade é 1 g/ml. Assim, a solução inicialmente tem 200 ml de água. A água começa a evaporar, até que ela passa a ter apenas 40 ml de água. A partir desse ponto, inicia a cristalização (precipitação do soluto). Qual foi o volume de água que evaporou? 7. Essa questão é parecida com a anterior, só que em vez de mudar a quantidade de água, muda a temperatura. Pelo gráfico, encontre a temperatura em que a solução de 30 g de K2Cr2O7 em 50 g de H2O é saturada. CASD Vestibulares Química Soluções 10

11 8. Temos uma solução com 65 g de sacarose. Qual deve ser a massa de água para que uma solução a 30 C seja saturada? Como a solubilidade da sacarose é 220 g/100 g de H2O a 30 C: Massa de sacarose (soluto) Massa de água (solvente) 220 g 100 g 65 g x Não esqueça que a solução já tinha 25 g de água e que a questão pede a quantidade que deve ser adicionada. 9. Os pontos abaixo da curva correspondem a soluções não saturadas, os pontos exatamente sobre a curva correspondem a soluções saturadas e os pontos acima da curva correspondem a soluções saturadas com precipitado. Note que, neste último caso, as soluções não são supersaturadas, pois a ordenada (coordenada vertical) dos pontos determina a massa de soluto adicionada, e não dissolvida. Além disso, o enunciado menciona que em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente. 10. Se o estudante adicionou 0,5 g de soluto e não houve precipitado, quer dizer que a solução ainda poderia dissolver mais soluto do que ela já dissolvia. Ou seja, a solução 1 é...? Se o estudante adicionou 0,5 g de soluto e o precipitado foi de exatamente 0,5 g, então a solução já estava com a quantidade máxima de soluto dissolvida. Ou seja, a solução 2 é...? Se o estudante adicionou 0,5 g de soluto e o precipitado foi de 0,8 g, então esses 0,3 g adicionais estavam dissolvidos além do limite comportado pela solução. Ou seja, a solução 3 é...? Esse método abordado pela questão é uma forma prática de verificar se uma solução é não saturada, saturada ou supersaturada. 11. Se a solução é saturada a 80 C com 200 g de água, então foram adicionados 120 g de soluto, pois a solubilidade nessa temperatura é 60 g/100 g de H2O. Ao resfriar para 40 C, a solução passa a comportar 80 g de soluto, pois a solubilidade nessa temperatura é 40 g/100 g de H2O. Dos 120 g iniciais, 80 g permanecem dissolvidos. Qual a massa de sal depositada? Note que o resfriamento ocorre sob agitação, para evitar a formação de solução supersaturada. 12. Dissolução exotérmica é aquela que tem a curva de solubilidade decrescente. Assim, o sal desejado é o sal X. De acordo com o gráfico, a solubilidade de X a 20 C é 10 g/100 g de água. Note que 1,1 kg é a massa da solução, ou seja, massa de soluto mais massa de solvente. 13. Atente para o fato de que ambas as soluções são saturadas, inclusive a do frasco I. No frasco I, foram adicionados 200 g de soluto para 400 ml de água, ou seja, 50 g de sal para 100 ml de água. Como a solução está saturada, a temperatura da solução é aquela em que a solubilidade é 50 g/100 ml de água. A 20 C, a solubilidade do sal é 30 g/100 ml de água. Isso quer dizer que, em 400 ml de água, a quantidade máxima de sal dissolvida é quatro vezes 30 g: 120 g. Então têm 120 g de sal em solução, só que originalmente foram adicionados 200 g. Ou seja, quantos gramas de sal estão depositados no fundo do frasco? 14. Assim que começar a aparecer NaCl sólido, quer dizer que a solução acabou de passar pelo ponto em que estava saturada. Quando a solução é saturada, a sua concentração é igual à...? A mesma ideia é explorada na questão 6. Atenção: a questão quer saber o volume de água do mar. A água do mar é saturada em NaCl? 15. Um gráfico de solubilidade versus temperatura indica que a dissolução é favorecida pelo aumento de temperatura, ou seja, a dissolução absorve calor (é endotérmica). 16. Cristalização fracionada é um processo de separação de misturas que utiliza a diferença de solubilidade entre dois solutos para separá-los. Como a solubilidade do KNO3 varia acentuadamente com a temperatura, e a do NaCl não, esse é um método possível para separar uma mistura de KNO3 e NaCl. 17. O primeiro sal a ser precipitado é aquele que atingir a concentração de saturação primeiro. O primeiro sal a ser precipitado é aquele que apresentar a maior razão concentração / solubilidade em água (por quê?). Note que o CaSO4 está presente em quantidade pequena, porém a sua solubilidade é muito baixa. 18. Na purificação por recristalização, varia-se a temperatura da solução para diminuir a solubilidade do soluto, de modo a recolher o precipitado formado (constitui o soluto puro). Assim, o ideal é escolher um solvente de modo que a solubilidade do soluto varie o máximo possível com a temperatura. 19. Mesma ideia da questão anterior. Quanto maior for a variação da solubilidade com a temperatura, mais eficiente vai ser o processo de recristalização. 20. Verifique qual (ou quais?) dos processos produz uma solução de aspecto diferente (com ou sem corpo de fundo) para cada um dos sais. Esse (ou esses?) processo é aquele que é capaz de distinguir um sal do outro. 21. Lembre-se de que a solubilidade dos gases em líquidos sempre diminui com o aumento da temperatura. 22. Calcule o número de mols de CO2 dentro da garrafa, e em seguida calcule qual seria o volume ocupado por essa quantidade de gás, sabendo que 1 mol de gás a 30 C e 1 atm ocupa 25 L. Como ele forneceu esse dado, não precisa usar PV = nrt. CASD Vestibulares Química Soluções 11

12 23. Essa questão é muito parecida com a anterior, só que agora temos que calcular a solubilidade do O2 usando a lei de Henry: S = kp, onde k = 1, mol/l.atm (constante da lei de Henry para o O2 a 25 C) e P = 1 atm (pressão parcial do O2). Quando souber a quantidade de O2 dissolvida (em mol), calcule o volume ocupado por essa quantidade de O2 usando PV = nrt. 24. Lembre-se de que a solubilidade dos gases em água aumenta com o aumento da pressão e com a diminuição da temperatura. 25. Note que A boia na solução de cloreto de sódio, enquanto B afunda. Qual tem a maior densidade? 26. Note que a solubilidade de X em água é muito baixa e que a substância X tem maior densidade do que a água. 27. Os valores aproximados de solubilidade do ácido benzoico obtidos a partir do gráfico são: Temperatura ( C) Solubilidade (g/100 g de H2O) 20 0,5 30 0, Para saber a massa de cristais formada em cada amostra, calcule a massa do soluto que precipita quando a temperatura é reduzida. Vai ser a massa de soluto adicionada (25 g) menos a massa que permanece dissolvida na temperatura de recristalização. 28. Note que 500 g é a massa da solução, ou seja, massa de sacarose mais massa de água. Podemos chamar a massa de sacarose de x e a massa de água de y. Como a massa da solução é 500 g: x + y = 500 Agora, esta solução está saturada a 50 C, ou seja: existem 260 g de sacarose para cada 100 g de água. Matematicamente: x y = = 2,6 Resolva o sistema formado por essas duas equações e encontre a massa de água e a massa de sacarose no sistema. Em seguida, quando a temperatura baixar, a solubilidade da sacarose vai diminuir. Ou seja, parte dela vai se separar da solução na forma de cristais. 29. Pelo gráfico de solubilidade, note que uma solução com 100 g de água saturada tanto em cloreto quanto clorato tem 40 g de cloreto e 170 g de clorato. Ao resfriar a solução para 25 C, veja pelo gráfico quais os novos valores da solubilidade do cloreto e do clorato para saber a massa de cada um que precipitou. 30. Quando a curva de solubilidade apresenta bicos, como neste caso, isso indica que o soluto muda a sua estrutura. Nesse caso, o bico ocorre a aproximadamente 30 C, o que quer dizer que, abaixo desta temperatura, o soluto passa a ter águas de hidratação. Assim, o corpo de fundo será Na2SO4 10 H2O, e não apenas Na2SO Essa é uma questão interdisciplinar com calorimetria. Temos que encontrar qual a temperatura final do lago, após receber as águas do Rio Quente. Sabendo qual é o calor perdido pelas águas do Rio Quente (Q = - 7, cal), a massa das águas (m = g) e o calor específico da água (c = 1 cal/g C), podemos encontrar a variação de temperatura das águas quentes substituindo os valores na seguinte equação: Q = m c ΔT Sabendo que a temperatura inicial das águas quentes é 48 C, sabemos agora a temperatura final das águas quentes e, consequentemente, a temperatura final do lago. Como a temperatura inicial do lago é 25 C, basta fazer a diferença da solubilidade do nitrato de sódio nessas temperaturas (olhando os valores no gráfico). 32. Lembre-se que a solubilidade de um gás em água é sempre proporcional à pressão parcial do gás. Quando a pressão aumenta de Pa para Pa, a solubilidade também vai ser 5/3 maior, para todas as temperaturas. Para saber a temperatura em que a solubilidade é zero, temos que encontrar a equação da reta representada no gráfico: S = a t + b S é a solubilidade, t é a temperatura e a e b são os coeficientes que devem ser determinados. Como fazer isso? Basta encontrar dois pontos por onde a reta passa. Podemos pelo gráfico que, quando t = 5, S = 22 e quando t = 15, S = 16. Substituindo na equação, obtemos um sistema para encontrar os valores de a e b: 22 = 5a + b { 16 = 15a + b 33. Segundo a lei de Henry, a solubilidade do O2 depende apenas da temperatura e da pressão parcial de O2. Se aumenta a pressão parcial de O2, a solubilidade aumenta. Se a temperatura diminui, a solubilidade aumenta. Se nem a temperatura e nem a pressão parcial se alterarem, a solubilidade permanece inalterada. GABARITO Exercícios de revisão: resposta na resolução Exercícios propostos e E 3. B CASD Vestibulares Química Soluções 12

13 4. B 5. D 6. E 7. D 8. B 9. B 10. B g 12. A 13. a) 80 C b) 80 g 14. a) 6,16 mol/l b) 40 L 15. C 16. E 17. B 18. A 19. E 20. C 21. B 22. C 23. E 24. a) permanecer não-dissolvida. Como X é mais denso que a água, vai permanecer sob a água: 27. a) Amostra 1: 500 g de água Amostra 2: 1250 g de água b) Na amostra 1, foi obtida maior quantidade de cristais (22,5 g) do que na amostra 2 (15,625 g) ,5 g 29. a) 40 g de cloreto e 170 g de clorato b) Pureza do clorato: 97,2 % c) Absorve calor (endotérmica), pois a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura. 30. a) Na2SO4 10 H2O b) 200 g/l 31. Variação: 5 g/100 cm³ de solução 32. a) b) 5,5 g/100 g de água 25. a) O polímero A é o náilon e o B é o policarbonato, pois B tem maior densidade do que A. b) 23,4 g/100 g de água 26. a) A substância está no estado líquido, pois a temperatura de 25 C está entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição. b) 55,8 g c) Como X é pouco solúvel em água, praticamente toda a quantidade adicionada vai 33. B b) Solubilidade em função da temperatura: S(t) = 0,6t + 25 A solubilidade é zero para t = 41,6 C "Se sonhar um pouco é perigoso, a solução não é sonhar menos e sim sonhar mais." Marcel Proust, escritor francês "Se você não faz parte da solução, então faz parte do precipitado." Autor desconhecido CASD Vestibulares Química Soluções 13

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