P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 05/12/07

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Maria dos Santos Canto Schmidt
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1 P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 05/12/07 Nome: GABARITO Nº de Matrícula: Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a 2,5 2 a 2,5 3 a 2,5 4 a 2,5 Total 10,0 Constantes e equações: R = 0,082 atm L mol -1 K -1 = 8,314 J mol -1 K -1 G = G o + R T ln Q G o = H o - T S o [A] = [A] 0 kt 1 [A] ln = [A] [A] 1 [A] kt = kt E = E RT nf lnq

2 1 a Questão Uma pilha eletroquímica é montada com dois eletrodos: o primeiro constituído por um fio de prata imerso em uma solução aquosa contendo íons Ag + e o segundo, constituído por um fio de platina imerso em uma solução aquosa contendo íons Fe 2+ e Fe 3+. Pergunta-se: a) Qual é a reação global da pilha nas condições-padrão? b) Calcule E para essa pilha. c) Calcule E da pilha quando a concentração de Ag + for 0,1 mol L -1 e as concentrações de Fe 2+ e Fe 3+ forem ambas 1,0 mol L -1, a 25 C. d) Nas condições do item (c), a direção da reação global continua sendo a mesma do item (a)? Explique. Dados: a 25 C: Ag + (aq) + e - Ag(s) E = +0,80V Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq) E = +0,77V

3 Resolução: a) Anodo: Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) + e - ; 0,77V Catodo: Ag + (aq) + e - Ag(s) ; 0,80V Ag + (aq) + Fe 2+ (aq) Ag(s)+ Fe 3+ (aq) ; 0,03 V b) E = 0,03 V RT c) E = E lnq E = 0,03 - nf 0, log 1 1x 0,1 E = - 0,03V d) Não. Passa a ser eletrólise.

4 2 a Questão A água dissocia-se conforme a reação abaixo: 2H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) H o = 55,9 kj ; S o = -80,5 J K -1 ; K w = 1,0 x a) Identifique os dois pares ácido-base conjugados desta dissociação segundo o conceito de Bronsted Lowry. b) Calcule o valor de G o, em kj, para a dissociação da água, a 25 C, e comente o resultado obtido. c) Qual é o valor do G, em kj, para a dissociação da água pura, ou seja, quando ela for uma solução neutra, a 25 o C? Justifique. d) Comente a respeito da espontaneidade das reações de neutralização entre um ácido forte e uma base forte (representada abaixo) com a variação de temperatura. H 3 O + (aq) + OH - (aq) 2H 2 O(l)

5 Resolução: + H2O H3O a) e H O OH 2 b) Duas maneiras b.1) G = H - T S G = 55,9 298 x (-0,0805) G = + 79,9 kj b.2) G = - R T ln kw G o = - 8,314 x ln (1,0x ) G o + 79,9 kj c) G = 0 no equilíbrio G = G o + R T ln Q G = 79,9 + 8,314 x ln (1,00x ) G = 0 d) G = 79,9 ; S = 80,5 ; H = 55,9 A reação de neutralização é espontânea em todas as temperaturas.

6 3 a Questão Considere a decomposição da amônia, NH 3, em um reator de 10 L e o respectivo gráfico que mostra a variação da concentração do NH 3 (em milimol por litro) em função do tempo de reação (em segundos), a C. 2NH 3 (g) N 2 (g) + 3H 2 (g) 2,2 2,0 1,8 1,6 [NH 3 ] em mmol L -1 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Tempo (s) a) Escreva a lei de velocidade da reação indicando o valor numérico da constante de velocidade. b) Calcule a pressão total no reator após 1000 s de reação.

7 Resolução: a) Quando a variação da concentração de NH 3 em função do tempo se comporta de forma linear com inclinação negativa tem-se que a reação de decomposição em questão é um processo de ordem zero. Logo, a lei de velocidade assume a forma: v = k[nh 3 ] 0 = k O valor de k é obtido da inclinação da curva, ou seja: k = [NH 3 ]/ t = (2,1 1,2) x 10-3 mol L -1 / (600 0) s = 1,5 x 10-6 mol L -1 s -1 Assim: v = 1,5 x 10-6 b) A pressão total do sistema será dada pela lei de Dalton, considerando a pressão parcial de NH 3 após 1000 s de reação e as pressões parciais dos produtos N 2 e de H 2 : Onde P = nrt/v = [ ]RT P total = P NH3 + P N2 + P H2 Após 1000s de reação, a concentração de NH 3 restante é calculada pela equação integrada: [NH 3 ] 1000 = [NH 3 ] 0 kt O valor de [NH 3 ] 0 é obtido pelo coeficiente linear do gráfico, ou seja 2,1 x 10-3 mol/l -1 Logo: [NH 3 ] 1000 = 2,1 x 10-3 mol/l -1 1,5 x 10-6 mol L -1 s -1 x 1000 s = 6 x 10-4 mol/l -1 Considerando a estequiometria da reação: NH 3 N 2 H 2 0 s: 2,1 x 10-3 mol/l -1 0 mol/l -1 0 mol/l s: 6,0 x 10-4 mol/l -1 7,5 x 10-4 mol/l -1 2,25 x 10-4 mol/l -1 Assim: P total = ([NH 3 ] [N 2 ] [H 2 ] 1000 ) x RT P total = (6,0 x ,5 x ,25 x 10-3 ) mol/l -1 x atm L mol -1 K -1 x 598 K P total = 0,18 atm.

8 4 a Questão Em um laboratório havia um frasco com ácido sulfúrico. Este frasco estava com o rótulo deteriorado e, além do nome do produto, lia-se apenas sua densidade: 1,728 g ml -1. Um volume de 10 ml deste ácido foi diluído para 500 ml. Uma amostra de 25 ml da solução diluída foi reagido completa e estequiometricamente com 20,03 ml de uma solução de NaOH de concentração 27,28 g L -1. Pede-se: H 2 SO 4 (aq) + 2NaOH(aq) Na 2 SO 4 (aq) + 2H 2 O(l) a) A concentração, em mol L -1, no frasco de ácido sulfúrico. b) A porcentagem de ácido sulfúrico, em massa, no frasco original. c) O ph da solução ácida formada após a diluição para 500 ml, antes da neutralização. H 2 SO 4 (aq) 2H + (aq) + SO 4 2- (aq)

9 Resolução: a) 27,28 g 1000 ml NaOH x 20,23 ml x 0,5519 g 0,5519g n NaOH = = 0, g/mol mol NaOH 1H SO 2 x 4 2NaOH x = 0, ,01380 mol H SO 2 4 na amostra de 25mL 0, x 25mL x = 0,1380 mol H2SO4 na 500 ml na amostra de 10mL solução 500mL e igual quantidade 0,1380 x mol 10 ml x = 13, ml mol L -1 H SO 2 4 b) 1,728 g 1mL x = 1728 g de solução H2SO x 1000 ml m(g) 1L 13,80 mol = m(g) = 1352 g de H SO g 100% x = 78,25% 1352 X c) H 2 SO 4 2H + (aq) + SO 4 2- (aq) 0,1380mol 0,5L 0,1380mol 2x 0,5L 0,276 2 x 0,276 0,276 ph = -log [H + ] = -log (2 x 0,276) = 0,26 4 0,1380mol 0,5L

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