P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 13/04/2013

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1 P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 13/04/2013 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 Dados R = 0,0821 atm L mol -1 K -1 T (K) = T ( C) + 273,15 1 atm = 760 mmhg V m = 22,41 L mol -1 (273 K e 1,00 atm) PV = nrt P i = i P S = K H P

2 1 a Questão O composto dicloreto de dienxofre, S 2 Cl 2, é muito utilizado na vulcanização a frio da borracha e pode ser produzido pela reação de enxofre fundido, S 8, com cloro, Cl 2, conforme a equação química abaixo: S 8 (l) + 4Cl 2 (g) 4S 2 Cl 2 (l) Considere que foram misturados 32,0 kg de S 8 com 71,0 kg de Cl 2 e faça o que se pede. a) Defina rendimento teórico e rendimento percentual de uma reação química. b) Calcule o rendimento teórico, em quilogramas. c) Calcule a massa de reagente restante. d) Calcule a quantidade de matéria, em mol, de S 2 Cl 2 formada, supondo que a reação tenha um rendimento de 96,5%. e) Calcule a massa, em quilogramas, de produto formado, quando se utiliza a mesma quantidade do reagente S 8 com 15,0% de impurezas. Dados: M(S 8 ) = 256,52 g mol -1 M(Cl 2 ) = 70,906 g mol -1 M(S 2 Cl 2 ) = 135,036 g mol -1

3 Resolução: a) Rendimento Teórico: é a quantidade máxima (quantidade de matéria, massa ou volume) do produto que pode ser obtida a partir de dada quantidade de reagente. Rendimento Percentual: é a fração do rendimento teórico realmente obtido, expresso em porcentagem. b) Definir quem é o reagente limitante: 1 mol S 8 4 mol Cl 2 (1 mol x 256,52 g mol -1 ) (4 mol x 70,906 g mol -1 ) 32,0 kg x kg x = 35,4 kg de Cl 2 Como o Cl 2 está em excesso, o reagente limitante é o S 8. Cálculo do rendimento teórico: 1 mol S 8 4 mol S 2 Cl 2 (1 mol x 256,52 g mol -1 ) (4 mol x 135,036 g mol -1 ) 32,0 kg x kg x = 67,4 kg de S 2 Cl 2 c) A massa do reagente em excesso, Cl 2, era de 71,0 kg, porém reagiu 35,4 kg. Logo: 71,0 kg 35,4 kg = 35,6 kg de Cl 2 restante. d) 67,4 kg de S 2 Cl % x 96,5 % x = 65,0 kg de S 2 Cl 2 n = m / M n(s 2 Cl 2 ) = 65,0 x 10 3 g / 135,036 g mol -1 = 482 mol de S 2 Cl 2 e) Considerando rendimento de 100 %: 32,0 kg de S % x 85,0 %

4 x = 27,2 kg de S 8 1 mol S 8 4 mol S 2 Cl 2 (1 mol x 256,52 g mol -1 ) (4 mol x 135,036 g mol -1 ) 27,2 kg x kg x = 57,3 kg de S 2 Cl 2 (para rendimento de 100 %) Para quem considerou o rendimento de 96,5 %: 32,0 kg de S % x 85,0 % x = 27,2 kg de S 8 1 mol S 8 4 mol S 2 Cl 2 (1 mol x 256,52 g mol -1 ) (4 mol x 135,036 g mol -1 ) 27,2 kg x kg x = 57,3 kg de S 2 Cl 2 57,3 kg S 2 Cl % x 96,5 % x = 55,3 kg de S 2 Cl 2

5 2 a Questão A Lei /12 diminuiu a tolerância para o resultado do teste do etilômetro, também conhecido como teste do bafômetro, de 0,1 mg L -1 de álcool no ar expelido para 0,05 mg L -1. Uma reação que permite determinar a concentração de álcool expelido, pela mudança de cor, é a reação do vapor de etanol, C 2 H 5 OH, com dicromato de potássio, K 2 Cr 2 O 7, conforme a equação abaixo: K 2 Cr 2 O 7 (aq) + 4H 2 SO 4 (aq) + 3C 2 H 5 OH(g) Cr 2 (SO 4 ) 3 (aq) + 7H 2 O(l) + 3C 2 H 4 O(g) + K 2 SO 4 (aq) a) Calcule o volume mínimo, em litros, de uma solução de K 2 Cr 2 O 7 0,10 mol L -1 necessário para reagir completamente com 0,050 mg de C 2 H 5 OH. b) Calcule a massa, em miligramas, de C 2 H 5 OH necessária para produzir 0,784 mg de Cr 2 (SO 4 ) 3. c) Se através do teste do bafômetro, ficar constatado que o motorista apresenta uma concentração de 4,5 x 10-6 mol L -1 de C 2 H 5 OH no ar expelido, mostre com cálculos se este responderá a processo criminal. Dados: M (K 2 Cr 2 O 7 ) = 294 g mol -1 M (C 2 H 5 OH) = 46 g mol -1 M (Cr 2 (SO 4 ) 3 ) = 392 g mol -1

6 Resolução: a) 1 mol C 2 H 5 OH 46 g X 5,0 x 10-5 g X = 1,1 x 10-6 mol 1 mol K 2 Cr 2 O 7 3 mol C 2 H 5 OH X 1,1 x 10-6 mol C 2 H 5 OH X = 3,7 x 10-7 mol K 2 Cr 2 O 7 c = n / v.: v = n / c.: v = 3,7 x 10-7 mol / 1,0 x 10-1 L v = 3,7 x 10-6 L b) 1 mol Cr 2 (SO 4 ) g X 7,84 x 10-4 g X = 2,00 x 10-6 mol 1 mol Cr 2 (SO 4 ) 3 3 mol C 2 H 5 OH 2,00 x 10-6 mol Cr 2 (SO 4 ) 3 X X = 6,00 x 10-6 mol C 2 H 5 OH 1 mol C 2 H 5 OH 46 g 6,00 x 10-6 mol C 2 H 5 OH X X = 2,8 x 10-4 g ou 0,28 mg c) 1 mol C 2 H 5 OH 46 g 4,5 x 10-6 mol C 2 H 5 OH X X = 2,1 x 10-4 g ou 0,21 mg Resposta: O motorista responderá processo criminal, pois a concentração encontrada é de 0,21 mg L -1, ou seja, superior ao permitido pela lei (0,05 mg L -1 )

7 3 a Questão A ureia, CO(NH 2 ) 2, é uma substância utilizada como fertilizante e pode ser obtida pela reação entre o gás carbônico, CO 2, e a amônia, NH 3, conforme a equação: CO 2 (g) + 2NH 3 (g) CO(NH 2 ) 2 (s) + H 2 O(g) a) Calcule o volume de NH 3 a 1,00 atm e 273 K, necessário para reagir com excesso de CO 2, produzindo 120 g de CO(NH 2 ) 2, considerando rendimento de 100%. b) Defina a Lei de Dalton. c) Em outro experimento, 150 g de CO(NH 2 ) 2, um soluto não volátil, foram completamente dissolvidos em 500 g de água, em um sistema aberto, a 25 ºC. Calcule a pressão de vapor da solução resultante, sabendo que a pressão de vapor da água pura é 0,0313 atm, nesta temperatura. Considere o comportamento ideal dos gases e das soluções. Dados: M(CO(NH 2 ) 2 ) = 60,06 g mol -1 M(CO 2 ) = 44,01 g mol -1 M(NH 3 ) = 17,03 g mol -1 M(H 2 O) = 18,02 g mol -1

8 Resolução: a) Forma correta outra opção Cálculo do mol de NH 3 Cálculo do mol de NH 3 2 mol de amônia 1 mol de ureia 2 mol de amônia 1 mol de ureia x 120 / 60,06 x 120 / 60,06 x = 3,996 mol de NH 3 x = 4,00 mol de NH 3 Cálculo do volume da NH 3 Cálculo do volume da NH 3 P. V = n.r.t P.V = n.r.t 1,00 x V = 3,996. 0, ,00 x V = 4,00 x 0,0821 x 273 V = 89,6 L de NH 3 V = 89,7 L de NH 3 Outra opção de cálculo do volume da NH 3 1 mol de amônia 22,41 L 1 mol de amônia 22,41 L 3,996 mol de amônia x 4,00 mol de amônia x x = 89,6 L de NH 3 x = 89,6 L de NH 3 b) Dalton descobriu que a pressão de uma mistura de gases é a soma das pressões que cada gás teria se ocupasse sozinho o volume da mistura. Sendo P t a pressão total e P a, P b, P c... P n. P t = P a + P b + P c +...+P n c) Cálculo do mol de uréia n ureia = 150 / 60,06 = 2,498 mol Cálculo do mol da água n água = 500 / 18,02 = 27,75 mol Cálculo do mol total n T = 2, ,75 = 30,248 Cálculo da pressão da água P água = 27,75 / 30,248 x 0,0313 P água = 0,9174 x 0,0313 P água = 0,0287 atm

9 4 a Questão Para anunciar o resultado do Conclave da escolha do papa, o Vaticano utiliza reações químicas. A decomposição do clorato de potássio, KClO 3, mostrada na equação abaixo, é uma das reações envolvidas na produção da fumaça branca. 2KClO 3 (s) 2KCl(s) + 3O 2 (g) Considere que a decomposição completa do KClO 3 foi realizada no sistema abaixo. Um volume de 0,250 L de O 2 foi produzido e coletado totalmente no recipiente 1, a 25 C, resultando em uma pressão total de 0,724 atm. A pressão de vapor da água nestas condições é 0,0313 atm. a) Calcule a fração em mol (antigamente conhecida como fração molar) do O 2 no recipiente 1, desconsiderando a solubilidade do mesmo na água. b) Calcule a massa, em grama, do KClO 3 decomposto. c) Considere, agora, que o O 2 se dissolve parcialmente na água e calcule a sua solubilidade nestas condições. Considere o comportamento ideal dos gases. Dados: K H (O 2 ) = 1,29 x 10-3 mol L -1 atm -1, a 25 C M(KClO 3 ) = 122,5 g mol -1

10 Resolução: Cálculo da pressão parcial de O 2 : P(T) = P(H 2 O) + P(O 2 ) P(O 2 ) = P(T) - P(H 2 O) P(O 2 ) = 0,724 atm 0,0313 atm P(O 2 ) = 0,6927 atm Cálculo da fração em mol: x(o 2 ) = P(O 2 ) / P(T) x(o 2 ) = 0,6927 atm / 0,724 atm x(o 2 ) = 0,957 Ou Outra opção de resolução: PV = nrt para H 2 O n(h 2 O) = PV/RT n(h 2 O) = 0,0313 atm x 0,250 L / 0,0821 x ( ) K n(h 2 O) = 3,198 x 10-4 mol PV = nrt para O 2 n(o 2 ) = PV/RT n(o 2 ) = 0,6927 atm x 0,250 L / 0,0821 x ( ) K n(o 2 ) = 7,078 x 10-3 mol x(o 2 ) = n(o 2 ) / n(t) x(o 2 ) = n(o 2 ) / (n(o 2 ) + n(h 2 O)) x(o 2 ) = 7,078 x 10-3 / (7,078 x ,198 x 10-4) x(o 2 ) = 0,957 Cálculo da quantidade de matéria de O 2 PV = nrt n(o 2 ) = PV/RT n(o 2 ) = 0,6927 atm x 0,250 L / 0,0821 x ( ) K n(o 2 ) = 7,078 x 10-3 mol

11 Cálculo da quantidade de matéria de KClO 3 2 mol KClO 3 3 mol O 2 n (KClO 3 ) n(o 2 ) x 7,078 x 10-3 x = 4,719 x 10-3 mol de KClO 3 Cálculo da quantidade de massa de KClO 3 n = m/m m KClO 3 = n x M m KClO 3 = 4,719 x 10-3 x 122,5 m KClO 3 = 0,578 g de KClO 3 SO 2 = κo 2 x P O 2 SO 2 = 1,29 x 10-3 x 0,6927 SO 2 = 8,94 x 10-4 mol L-1