Teste de Laboratórios de Química I e soluções

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1 É OBRIGATÓRIO IDENTIFICAR TODAS AS FOLHAS DE EXAME AS FOLHAS NÃO IDENTIFICADAS SÃO ANULADAS Teste de Laboratórios de Química I e soluções 4 de Janeiro de 2013 Duração: 1h 30m Mestrado Integrado em Engenharia Química RM: II-1: II-2: II-3: II-4: Total: Mestrado Integrado em Engenharia Biológica Nome... nº Sala... Responder às perguntas seguintes na folha do enunciado 1. Indique se é verdadeira ou falsa cada uma das seguintes afirmações 1. A exactidão dos resultados experimentais traduz-se na concordância entre o valor medido e o valor verdadeiro da quantidade medida. 2. Considere uma solução aquosa de Fe(OH) 3. Quando o produto [Fe 3+ ][OH ] 3 for superior a K ps a solução diz-se sobressaturada. 3. Uma solução de NaOH é uma solução padrão primário. F 4. Para graus de sobressaturação baixos a velocidade de crescimento de cristais é sempre inferior à velocidade de nucleação. 5. No ataque do arame de ferro zincado em meio ácido, a válvula de Bunsen foi utilizada porque o Fe 2+ pode ser reduzido pelo O 2 atmosférico. 6. A preparação de uma solução padrão primária exige a utilização da balança analítica. 7. No final de uma filtração com trompa de água o 1º passo é fechar a água da trompa de água. F 8. Para um balão volumétrico com erro de ± 0,1 ml, exprimir o volume como 250,00 ml é correcto. 9. Com base nos valores de E 0 é favorável a oxidação de S 2 O 2 3 a S 4 O 2. 6 pelo iodo. E 0 (S 4 O 6 2 / S 2 O 3 2 ) = 0,024 ; E 0 (I 3 /I ) = 0, Solução padrão primário é uma solução de uma substância primária. 11. Iodato de potássio e tiossulfato de sódio são exemplos de duas substâncias primárias. F 12. O estado de oxidação do oxigénio em BaO 2. 8H 2 O é 2. F F F Cotação: Cada resposta certa: +0,4valores; errada: - 0,2 valores. 1

2 Parte II Responda a estas questões nas folhas de ponto em folhas separadas 2 II. 1. O BaCl 2 (em solução aquosa) pode ser utilizado para detectar a presença de iões SO 4 por formação de um precipitado branco. a) Escreva a equação que traduz este teste. R: Ba 2+ (aq) + SO 2-4 (aq) BaSO 4 (s) b) Sabendo que o produto de solubilidade (K ps ) do precipitado branco formado é de 1,07x10-10, calcule a solubilidade do composto (em g/100 ml). A Massa Molar do precipitado branco = 233,4 g/mol. R: 2.41x10-4 g/100ml c) Que quantidade de precipitado branco teria que pesar para preparar 200mL de uma solução saturada? R: Pesaria 4.82x10-4 g do sólido para dissolver 200 ml de água. Cotação: a) 0,4; b) 1,8; c) 1,2 II. 2. Pretende-se determinar a concentração de uma solução de ácido clorídrico HCl por titulação com uma solução de um padrão primário, o carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ). Para isso pesou-se rigorosamente 0,2174 g de Na 2 CO 3, adicionou-se a esta massa aproximadamente 70 ml de água destilada e 1 ml de indicador ácido base (alaranjado de metilo). Gastaram-se na titulação 18,30 ml de HCl. Sabendo que a reação que ocorre é: Na 2 CO HCl 2NaCl + CO 2 + H 2 O a) a) Calcule o número de moles de Na 2 CO 3 dissolvido. R: n (Na 2 CO 3 ) = 2,051x10-3 b) Calcule a concentração da solução de HCl. n(hcl) = 4,102x10-3 Conc. (HCl) = 0,2242 M Cotação: a) 1,8; b) 2,0 2

3 II.3. Uma solução de peróxido de hidrogénio foi acidificada a valores de ph inferiores a 1, tendo de seguida sido dividida em 4 tubos de ensaio. No primeiro, adicionou-se Na 2 SO 3 e de seguida BaCl 2, tendo-se formado um precipitado. No segundo, juntou-se uma solução de KI e, de seguida, umas gotas de cozimento de amido, tendo a solução ficado azul escura. No terceiro, foi adicionada uma solução ácida de FeSO 4 e, no seguimento, umas gotas de NaOH, tendo-se formado um precipitado. No quarto, acrescentou-se uma solução ácida contendo dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ) e libertaram-se umas bolhas de gás. Nota: o estado de oxidação máximo do crómio é Cr 6+ Considerando os valores das tabelas 1 e 2 explique: a) Qual é o precipitado que se forma no primeiro tubo de ensaio? Escreva a equação química. R: Como o potencial de redução padrão do par peróxido de hidrogénio/água tem um valor superior ao do par sulfato/sulfito (tabela 1), esta espécie que se encontra inicialmente em solução oxida-se formando-se sulfato; como o sal de bário (tabela 2) é muito insolúvel, o sulfato precipita devido à presença em solução do catião bário. b) Qual a razão para a solução ficar azul escuro, após a adição de amido no segundo tubo de ensaio? R: Como o potencial de redução padrão do par peróxido de hidrogénio/água tem um valor superior ao do par I - 3 /I - (tabela 1), o iodeto (espécie que estava na solução inicial) oxida-se e a espécie resultante forma com o amido um derivado com uma forte cor azul. c) Qual é o precipitado que se forma no terceiro tubo de ensaio? Escreva a equação química. R: Como o potencial de redução padrão do par peróxido de hidrogénio/água tem um valor superior ao do par Fe 3+ /Fe 2+ (tabela 1), esta espécie que se encontra inicialmente em solução oxida-se formando-se Fe3+; como o hidróxido de Fe 3+ (tabela 2) é muito insolúvel forma-se um precipitado de cor alaranjada. d) Que gás se liberta no quarto tubo de ensaio? Justifique sucintamente R: Como o potencial de redução padrão do par dicromato/cr 3+ tem um valor superior ao do par dioxigénio/peróxido de hidrogénio (tabela 1), esta espécie oxida-se formando-se dioxigénio, que é um gás. Tabela 1. Potenciais de redução padrão Eº (meio ácido) a 25ºC. a 3

4 Par redox Eº () SO / SO 3 0,17 I 3 /I 0,54 O 2 /H 2 O 2 0,68 Fe 3+ /Fe 2+ 0,77 Cr 2 O 2 7 /Cr 3+ 1,33 H 2 O 2 /H 2 O 1,77 a Os valores de Eº aparecem normalmente tabelados para as reacções parciais de redução, tomando-se como referência o eléctrodo padrão de hidrogénio, para o qual se considera Eº = 0,00. Tabela 2. Produtos de solubilidade a 25ºC Sal K ps Na 2 SO BaSO 4 1, Fe(OH) Fe(OH) Cotação: a) 1,0 b) 1,0 ; c) 1,0; d) 1,0 II.4. Um sólido consiste numa mistura de FeSO 4 e de (Fe) 2 (SO 4 ) 3 e pretende-se determinar a % de cada um. Para isso, pesou-se g do sólido e dissolveu-se em 50 ml ácido sulfúrico 4 M. Terminada a dissolução a solução foi transferida para um balão volumétrico de 250,0 ml, adicionando-se água recentemente destilada até ao traço (solução A). Durante estes processos teve-se sempre o cuidado de evitar o contacto da solução com oxigénio do ar. Pipetaram-se 25,00 ml da solução A para um Erlenmeyer, adicionaram-se 20 ml de solução de ácido sulfúrico (2 M) e 2 ml de ácido fosfórico concentrado. Procedeu-se à titulação com KMnO 4 (0,01205 M) como solução titulante, tendo-se gasto 15,3 ml. a) Determine as % de FeSO 4 e de (Fe) 2 (SO 4 ) 3 no sólido. 4

5 b) Determine a % de ferro total (ou seja, Fe 2+ + Fe 3+ ) no sólido. Justifique sucintamente os cálculos efectuados. Dados: Tabela de potenciais de redução padrão Eº (meio ácido) a 25ºC. a Par redox Fe 3+ /Fe 2+ MnO 4 /Mn 2+ Eº/ 0,77 1,51 a Os valores de Eº aparecem normalmente tabelados para as reacções parciais de redução, tomando-se como referência o eléctrodo padrão de hidrogénio, para o qual se considera Eº = 0,00. M(FeSO 4 ) = 151,91 g mol 1 e M((Fe) 2 (SO4) 3 ) = 399,88 g mol 1 Cotação: a) 2,0; b) 2,0 a) nº de mole de MnO 4 gastos na titulação = 0,0153 0,01205 = 1,84(36) 10 4 mol Como a estequiometria da reacção é de 1 mol de MnO 4 por 5 moles de Fe 2+ : nº de mole de Fe 2+ titulados = 9,21(8) 10 4 mol Foram titulados 25,00 ml de solução A, cujo total são 250,0 ml, pelo que: nº de mole de Fe 2+ totais = 9,21(8) = 9,21(8) 10 3 mol A massa molar é 151,91 1,40(0) g de FeSO 4 na amostra de sólido. Como a massa total é de 3,5453 g vem: 1,400/3, = 39,5% de FeSO 4 E 5

6 100 39,5 = 60,5 % de (Fe) 2 (SO4) 3 b) Nos 3,5453 g de amostra têm-se 1,400 g de FeSO 4 e (3,5453-1,400) = 2,14(53) g de (Fe) 2 (SO 4 ) 3 Em 1,400g de FeSO 4 : 1,400 g 151,91g de FeSO 4 X 55,845 g de Fe existem 0,514(7) g de Fe Em 2,1453 g de (Fe) 2 (SO 4 ) 3 : 2,14(53) 399,88 g de (Fe) 2 (SO 4 ) 3 X 55,845 2 g de Fe existem 0,599(2) g de Fe 6

7 0, ,5992 = 1,11(39) g de Fe 1,11(39) / 3, = 31,4 % de Fe na amostra. 7