P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 18/10/04

Transcrição

1 P - PROV DE QUÍIC GERL - 8//4 Nome: Nº de atrícula: GBRITO Turma: ssinatura: Questão Valor Grau Revisão a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total, Constantes R 8,34 J mol - K - R,8 atm L mol - K - atm L,35 J Equações de Cinética t kt + t ln kt kt + t ln k k E R T T a

2 a Questão PRTE Um estudante deve propor como tarefa escolar, um processo de reciclagem de gás carbônico (CO ), um dos responsáveis pelo efeito estufa. Resolveu estudar a transformação desta substância em metano, à temperatura e pressão padrão, de acordo com a reação a seguir: CO (g) + 4 H (g) CH 4 (g) + H O(l) Os itens a e b abaio devem ser respondidos com base na avaliação que o estudante faria em relação à espontaneidade da reação levando em consideração as variações de entropia, ΔS, e de entalpia, ΔH da reação. a) Com base na equação acima, o que poderia o estudante concluir à respeito da variação de entropia da reação? Justifique sua resposta. b) Para avaliar a variação de entalpia da reação, o estudante usou as informações contidas na tabela abaio. Calcule a variação de entalpia da reação. Com base no seu resultado, qual seria a conclusão do estudante? Justifique sua resposta. Substância ΔH o f (kj mol - ) CH 4 (g) - 74,8 H O(l) - 85,8 CO (g) - 393,5 H (g) c) Com base nas avaliações feitas nos itens a e b, o que poderia o estudante afirmar sobre a espontaneidade da reação? Justifique sua resposta. d) Esboce um gráfico (energia X curso da reação) representando a variação de entalpia para esta reação. PRTE B "O grande astrofísico britânico rthur Eddington uma vez proclamou que se a sua teoria contrariar alguma lei da física, tudo bem, é possível que a lei deva ser modificada. as se essa lei for a Segunda Lei da Termodinâmica, pode jogar sua teoria no lio. segunda lei da termodinâmica é, talvez, a lei natural mais fascinante. (teto etraído da coluna de arcelo Gleiser no Jornal Folha de São Paulo, de 9 de maio de ). Eplique a a Lei da Termodinâmica.

3 Resolução: a) entropia deve diminuir, porque a numero de mols de gás na reação diminuiu de 5 para. b) ΔΗ R ΔΗ f (produtos) - ΔΗ f (reagentes) - 74,8 + (- 85,8) - 393,5 + 4 (-646, ,5) - 5,9 kj reação e eotérmica liberando 5,9 kj de calor. c) Para verificar a espontaneidade de uma reação química devemos avaliar o sinal do parâmetro termodinâmico energia livre de Gibbs, ΔG: ΔG ΔH - TΔS Como ΔS< e ΔH< (itens a e b), ΔG poderá ser positivo ou negativo dependendo da temperatura. reação será espontânea em temperaturas baias e não espontânea em temperaturas altas. Portanto, apenas com as avaliações feitas nos item a e b, o estudante não poderia afirmar nada sobre a espontaneidade da reação. d)

4 a Questão lguns motores a combustão funcionam por meio da queima de hidrocarbonetos em um pistão. São dadas as reações de combustão do metano, CH 4 (g), do octano, C 8 H 8 (g), a atm.: CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O (g) ΔH - 89 kj (Reação ) C 8 H 8 (g) + 5 O (g) 8 CO (g) + 9 H O (g), ΔH kj (Reação ) Calcule as variações de energia interna (ΔU) a 35 K nas reações de combustão de, mol de: a) metano (Reação ). b) octano (Reação ). Obs.:admita que ΔH não varia com a temperatura. O pistão da figura abaio é um conjunto formado por um cilindro e um êmbolo móvel que é conectado às engrenagens do motor. No pistão, a reação de combustão ocorre fazendo com que a energia que é produzida na forma de trabalho seja usada para o seu funcionamento. Pistão Reação química Cilíndro Engrenagem do motor Êmbolo móvel c) Qual dos hidrocarbonetos (metano ou octano) é o melhor combustível? Justifique sua resposta. d) Eplique a a Lei da termodinâmica.

5 Resolução: a) Cálculo de q q ΔΗ - 89, 78 kj Cálculo de w Como Δn o trabalho é nulo w Logo: ΔU q e ΔU - 78 kj b) Cálculo de q q ΔH , - 87 kj Cálculo de w Δn 3,5 como são, moles de octano, tem-se: Δn 3,5,,7 (epansão) w PΔV Δn RT - 37 J Logo: ΔU - 89 kj C) O octano, porque sua queima gera energia na forma de trabalho. d) ª lei da termodinâmica trata da conservação da energia, isto é: a variação da energia interna de um sistema é igual a soma das energias nas formas de calor e trabalho que tenham sido geradas.

6 3 a Questão elevadas temperaturas o dióido de nitrogênio, NO (g), se decompõe em óido nítrico, NO(g), e oigênio molecular, O (g). NO (g) NO(g) + O (g) Foram obtidos os seguintes dados com relação à variação da concentração de NO (g) com o tempo, a 3 o C: Tempo (s) NO (mol L - ) /NO 8, -3 5,59-3 4, ,48-3 4,93-3 a) Complete a tabela acima e comprove graficamente que esta reação é de segunda ordem. Justifique sua resposta. b) Determine o valor da constante de velocidade. c) Qual é a concentração de NO (g) após, minutos de reação? d) Qual é o tempo de meia vida da reação?

7 Resolução: a) Tempo (s) NO (mol L - ) /NO 8, , , , , NO 4 3 )k 3 4 t(s) relação NO t é linear que é característica de uma reação de ª ordem. Ou, V k NO (a velocidade é diretamente proporcional a concentração do NO ao quadrado). inclinação da reta, dá a valor de k b) k,54 mol L s 4 4

8 c) min 6s min t kt + NO NO NO s s NO 3 3,3, ,54 8,, d) / s s k t kt kt kt kt 3,5 8,,54. 3 / / / +

9 4 a Questão Os laboratórios farmacêuticos recomendam que alguns medicamentos sejam guardados em geladeira e abrigados da luz. Isto porque tanto a temperatura quanto a luz podem acelerar a reação de decomposição do princípio ativo e com isso reduzir o tempo de validade do remédio. O arope de um antibiótico genérico fictício cuja reação de decomposição é de a ordem deve ser armazenado em temperaturas abaio de o C. O arope é preparado pela dissolução de, g do medicamento até ml com água. O gráfico abaio mostra a variação do logaritmo neperiano da constante de velocidade (em dias - ) de decomposição com o inverso da temperatura. (/T), K -,9 3 3, 3, 3,3 3,4 3,5 3,6-3 -,4 ln k -,8 -, -,6 Use o gráfico acima e responda: a) Por que razão o arope deve ser guardado na geladeira? Eplique b) Qual o valor da constante de velocidade, k, a C? c) Qual o valor da energia de ativação da reação? O que ocorre com este valor quando a temperatura aumenta? d) Qual a concentração do arope, em g ml -, após três dias fora da geladeira a 35 C?

10 Resolução: a) baias temperaturas, a reação é mais lenta. O valor da sua constante de velocidade é menor e o tempo de meia-vida maior. 3 b) C 83 k 3,5 k, k, d 83 c) inclinação da reta, dá o valor de Logo, E a 9,6 kj kj Ea e é igual a 364 J aproimadamente. R Este valor é uma característica da reação e não se altera com a temperatura. d) concentração inicial do arope é de 5, g L - ou 5, -3 g ml -. ln t ln k t 35 C, k,4d - e a concentração após 3 dias é de,46-3 mol L -