P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 29/06/13

Transcrição

1 4 - ROVA DE QUÍMICA GERAL 9/06/3 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 0,0 Constantes e equações: 73,5 = 0 C R = 0,08 atm L mol - - = 8,345 J mol - - lnq =,303 log Q ΔG ΔG RT lnq G = H - TS V = nrt [A] [A] 0 kt ln ΔH R T T [A] [A] 0 kt Ea lnk ln A - RT ln[a] ln[a] 0 kt

2 a Questão O cianeto de hidrogênio, HCN, é liberado da combustão de materiais ricos em nitrogênio, como poliuretanos, nylon, plásticos e resinas. A intoicação por HCN se distingue da por monóido de carbono, CO, em seus efeitos iniciais, embora os finais sejam semelhantes. A dose letal por inalação de HCN é de, aproimadamente, 300 mg de HCN por quilograma de ar. Os sintomas de envenenamento por CO surgem quando 0% da hemoglobina, Hem, do sangue está ligada ao CO e quando este teor atinge 0% pode ocorrer a morte. a) O CO penetrado nos pulmões forma um compleo com a Hem no sangue, dificultando sua ligação com o oigênio, O, como representado na equação abaio. Calcule a concentração de CO, em mol L -, no equilíbrio, necessária para converter 0% da Hem-O em Hem-CO, no sangue, sabendo que a concentração de equilíbrio do O no ar é de 8,0 0-3 mol L -. CO(g) + Hem-O (aq) O (g) + Hem-CO(aq) c = 0 b) Um pedaço de 0,4 m de fibra sintética contendo 0,7 g/m de Acrilon, CH CHCN, queimou totalmente em um acidente de uma boate de 4,8 m 3, liberando HCN. Mostre, com cálculos, se a quantidade de HCN liberada na queima alcança a concentração letal, sabendo que a proporção entre o Acrilon presente na fibra e o HCN liberado na queima é de :. c) Suponha que HCN seja produzido pela reação entre 49,00 g de cianeto de sódio, NaCN, e 00 ml de uma solução aquosa de ácido sulfúrico, H SO 4,,50 mol L -, conforme equação abaio. Mostre se nestas condições, a concentração letal de HCN é atingida em um ambiente de 00 m 3. NaCN(s) + H SO 4 (aq) Na SO 4 (aq) + HCN(g) Dados: M(NaCN)= 49,00 g mol - M(HCN)= 7,03 g mol - M(CH CHCN)= 53,06 g mol - M(H SO 4 )= 98,00 g mol - Densidade do ar =,8 0 3 g/m 3

3 Resolução: a) c = 0 8,00 [CO] [CO] = 3 3 8,00 0 8,0 0 0, ,9 4,34 0 moll b) Massa do Acrilon = 0,4 m g 0,7 m =07,5 g -3 7,03 g de HCN 0 mg 0,035 mgdehcn mol g 4,8 m 3,80 3 g 3 m = 49335,8 g =49,3 kg de ar 07.5 g de Acrilon mol de Acrilon 53,0 6 deacrilon de HCN > 4,79 g (dose letal) c) 49 g de NaCN mol denacn 49,00 g denacn mol dehcn 7,03 g de HCN =05,7 g mol de Acrilon mol de HCN mol de HCN = mol de HCN mol de NaCN mol mol dehcn,50 0,00 L = 0,5 mol de H SO 4 L moldehso 4 o H SO 4 é o limitante. =0,50 mol de HCN, logo 00 m 3,80 3 g 3 = 8000 g =8,0 kg de ar m -3 7,03 g de HCN 0 mg 0,50 mol de HCN 0,035 mgdehcn mol g 0,035 mgde HCN,50 8,0 kg de ar 4 mg kgar é insuficiente atingir a concentração letal de HCN

4 a Questão O cloreto de sulfurila, SO Cl, é uma substância com vapor irritante, que é usada como reagente em sínteses orgânicas para obtenção de diversos produtos. Esta substância, quando aquecida a altas temperaturas, se decompõe em dióido de enofre, SO, e cloro gasoso, Cl, conforme equação abaio. SO Cl (g) SO (g) + Cl (g) p =,4 a 375 o C a) Calcule a pressão de cada um dos componentes e a pressão total no sistema, no equilíbrio, quando 6,70 g de SO Cl são adicionados a um recipiente de,00 L a 375 o C. b) Mostre com cálculos e eplique utilizando o principio de Le Chatêlier, o que acontecerá com o sentido da reação nas condições da letra a, se inicialmente, além dos 6,70 g de SO Cl, for também adicionado,00 atm de Cl. c) Uma determinada quantidade de SO Cl é colocada em um recipiente a 50 o C. No equilíbrio a pressão do reagente é 70,0% da pressão total que é de 0,50 atm. Calcule o valor de p para esta condição. d) Demonstre se a reação é endotérmica ou eotérmica. Dados: M(SO Cl ) = 35,0 g mol - M(SO ) = 64,0 g mol - M(Cl ) = 7,0 g mol -

5 Resolução: a) mol de SO Cl 35,0 g 6,70 g = 0,0496 mol V = nrt,00 L = 0,0496 mol 0,08 atm L mol =,64 atm SO Cl SO Cl Inicio, Variação Equilíbrio,64 - p, 4 SO SO Cl Cl () (),64 - +,4 6,4= 0 =,6 SO Cl =,64 -,6 =,0 atm =,6 atm Cl SO total =,6 +,6 +,0 = 4,3 atm b) SO Cl SO Cl Inicio,64 0,00 Variação - +,00+ Equilíbrio,64 -,00+

6 p (,00 ),4, ,4 6,4 = 0 =,3 SO Cl =,64 -,3 =,3 atm SO Cl =,3 atm =,00 +,3 =,3 atm Como,00 atm de Cl foi adicionado inicialmente, e não no equilíbrio, o sentido não será alterado, mas haverá uma maior concentração de Cl e SO Cl no equilíbrio do que na letra a e uma menor concentração de SO. c) SO Cl (g) SO (g) Cl (g) (70,0% 0,50) + + = 0,50 atm 0,75 + = 0,50 = 0,50 0,75 = 0,075 = 0,038 atm = SO = Cl SO Cl (0,038) (0,038) p 8, 0 0,75 SO Cl -3 d) Como diz o enunciado, o aumento de calor favorece a decomposição. Comparando o p a 350 C e o calculado na letra c a 75 C pode-se observar que um aumento de temperatura aumenta o valor de p, portando a reação é endotérmica. ode-se comprovar através do cálculo do H: ΔH ln R T T 8, 0 ln,4-3 ΔH 8, H =,3 0 5 J mol - H = Endotérmica

7 3ª Questão odemos entender melhor os processos celulares e a química da vida utilizando os conceitos termodinâmicos. Sabemos que em uma célula viva, o transporte dos íons sódio, Na +, e potássio, +, ocorre a 37 o C, conforme a figura abaio. a) Determine a energia livre total, ΔG, em kj mol -, relativa ao transporte dos íons Na + e +, através da membrana, representado simplificadamente abaio. Na + int + + et Na + et + + int, G = 0,00 kj mol - b) Eplique se o sistema descrito acima é, ou não, espontâneo. c) O transporte dos íons pode ser realizado utilizando a energia livre proveniente da quebra da adenosinatrifosfato, AT, em adenosinadifosfato, AD, conforme representado abaio. Calcule o ph necessário para que esta reação produza energia livre suficiente para que ocorra esse transporte. Considere que as concentrações de AT, AD e fosfato é de,00 mol L - e que o G desta reação é de + 8,98 kj mol L -. AT AD + fosfato + H +

8 Resolução: Na + e + Na + (37 C) ,5 = 30,5 30 [Na + ] int = 0,0400 / et 0,40 mol L - [ + ] int = 0,0 / et 0,00400 mol L - a) G = (kj mol - ) G = 0,00 kj mol - Na + int + + et Na + et + + int + + [Na ] et [ ] int 0,40 0,0 Q = 05(0) + + [Na ] [ ] 0,0400 0,00400 int et ΔG ΔG RT lnq G = 0,00 kj mol - + 8,345 J mol ln 05 G =,57 (7). 4,65(4) =,99 =,0 kj mol - b) Não é espontâneo, pois G > 0 No rocesso espontâneo G < 0 [H + ] [ fosfato][ad] [H ].. c) Q = [H ] [AT] ara que o transporte ocorra, G = -,0 kj mol - pelo menos. ΔG ΔG lnq ln[h ] RT lnq,0 8,98-3 8, ln Q 8,4(0) Q e 8,4(0) Q,9()0 4 [H ] ph log[h ] 3,5

9 4ª Questão O cloreto férrico, em sua forma heahidratada, FeCl 3.6H O, é usado como coagulante no tratamento de água de esgotos sanitários e industriais. O parâmetro cor verdadeira da solução está sendo utilizado em estudos cinéticos, indicando que o processo de coagulação é de ª ordem. Considere uma amostra de esgoto com valor inicial de 5 uh (unidades Hazen de cor), a 5 C. a) Calcule o valor da constante de velocidade, k, com sua respectiva unidade, sabendo que o tempo de meia vida, t ½, é de,9 min. b) Determine o tempo necessário para o valor da cor verdadeira cair em 0%. c) Calcule o valor da energia de ativação, E a, sabendo que o valor de k cai à metade, quando a temperatura diminui para 0 o C. d) Esboce, no gráfico abaio, o comportamento da velocidade, v, a 0 o C e a 5 o C, indicando cada situação. v (cor verdadeira)

10 Resolução: a) ª opção: ª opção: b) ª opção: ª opção: c) d) v 5 o C 0 o C (cor verdadeira)