P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 03/09/07

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1 1 - ROVA DE QUÍMICA GERAL 03/09/07 Nome: 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 = 760,0 mmhg V = nrt

2 1 a Questão O superóxido de potássio, KO 2, é utilizado em submarinos e naves espaciais para remover dióxido de carbono, CO 2, e água do ar exalado. A remoção de água gera oxigênio, O 2, segundo a reação: 4KO 2 (s) + 2H 2 O(l) 3O 2 (g) + 4KOH(s) Reação 1 O hidróxido de potássio, KOH, formado na reação 1 remove dióxido de carbono segundo a reação 2: KOH(s) + CO 2 (g) KHCO 3 (s) Reação 2 a) Qual é o reagente limitante, quando 60,0 g de KO 2 reagem com 15,5 g de H 2 O? Mostre com cálculos. b) Calcule a quantidade máxima, em grama, de CO 2 que poderia ser removido utilizando-se 100,0 g de KO 2? c) Calcule o rendimento da reação nas condições do item b, sabendo que foram. produzidos 25,0 g de O 2

3 Resolução: a) 4KO 2 (s) + 2H 2 O(l) 3O 2 (g) + 4KOH(s) KO 2 (MM = 71,0 g mol -1 ) 71,0 g 1 mol 60,0 g x x = 0,845 mol KO 2 H 2 O (MM = 18,0 g mol -1 ) 18,0 g 1 mol 15,5 g x x = 0,861 mol H 2 O A proporção estequiométrica é: 4mol KO 2 2 mol H 2 O 0,845 mol x x = 0,422 mol H 2 O ara reagir com 0,845 mol de KO 2 seriam necessários 0,422 mol de H 2 O. Como temos 0,861 mol de H 2 O, esse é o reagente que está em excesso. Logo, KO 2 é o reagente limitante, pois, está presente em quantidade inferior à necessária pela estequiométrica, para reagir com toda água. b) 4KO 2 (s) + 2H 2 O(l) 3O 2 (g) + 4KOH(s) KOH(s) + CO 2 (g) KHCO 3 (s) KO 2 (MM = 71,0 g mol -1 ) 71,0 g 1 mol 100,0 g x x = 1,41 mol KO 2 Na reação 1, a proporção estequiométrica é: 4mol KO 2 4 mol KOH 1,41 mol KO 2 1,41 mol KOH

4 Na reação 2, a proporção estequiométrica é: 1mol KOH 1 mol CO 2 1,41 mol KOH 1,41 mol CO 2 CO 2 (MM = 44,0 g mol -1 ) c) 44,0 g 1 mol x 1,41 mol x = 61,97 g CO 2 4KO 2 (s) + 2H 2 O(l) 3O 2 (g) + 4KOH(s) A proporção estequiométrica é: 4mol KO 2 3 mol O 2 1,41 mol x x = 1,06 mol O 2 O 2 (MM = 32,0 g mol -1 ) 32,0 g 1 mol 25,0 g x x = 0,781 mol O 2 1,06 mol é a quantidade máxima de O 2 que poderia ser obtida e 0,781 mol é a quantidade obtida experimentalmente. Logo, o rendimento será: 1,06 mol 100% 0,781 mol x x = 73,7 %

5 2 a Questão O vinagre é uma solução que além do ácido acético, CH 3 COOH, possui vários outros componentes. Uma amostra de vinagre, com densidade igual a 1,10 g ml -1 possui 4% em massa de ácido acético. a) Calcule a concentração, em mol L -1, de ácido acético no vinagre. b) Responda por que não é possível calcular a fração molar do ácido acético em uma amostra de vinagre somente com os dados fornecidos. c) Uma cozinheira misturou 1,0 g de bicarbonato de sódio, NaHCO 3, em um copo contendo 100,0 ml do vinagre. O NaHCO 3 reagiu com o CH 3 COOH segundo a reação abaixo: CH 3 COOH(aq) + NaHCO 3 (s) CH 3 COONa(aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) Sabendo que o rendimento da reação acima é de 90%, calcule a quantidade, em mol, de ácido acético que não reagiu. Observação: Considere que o volume da mistura é igual ao volume de vinagre no copo, ou seja, 100 ml.

6 Resolução: a) Considerando 1 L (1000 ml) de vinagre, temo-se que a massa de solução é: m vinagre = V vinagre x d vinagre = 1000 ml x 1,10 g ml_1 = g Desta massa, 4% em massa, ou seja 44,00 g é ácido acético. Logo, a concentração em mol L -1 pode ser calculada por: M = m/(mm x V) = 44,00 g / (60 g mol L -1 x 1 L) = 0,733 mol L -1 b) Como o cálculo da fração molar de qualquer componente de uma solução envolve computar a quantidade em mol de todos os componentes da solução (vinagre neste caso), é impossível fazer tal cálculo, pois é dada a natureza nem a quantidade de todos as substâncias que fazem parte do vinagre. c) A quantidade, em mol, de bicarbonato de sódio adicionado foi: n bicarb. de sódio = m bicarb. de sódio / MM bicarb. de sódio = 1,00 g/ 84 g mol -1 = 0,012 mol. á a quantidade, em mol, de ácido acético no copo é dada por: n ac. acético = M ac acético x V ac. acético = 0,733 mol L -1 x 0,100 L = 0,0733 mol. Como a estequiometria da reação é 1 CH 3 COOH para 1 NaHCO 3, sendo este último o reagente limitante, o rendimento deve ser calculado em função deste reagente: n bicarb de sódio reagido = 0,90 x mol = 0,011 mol = n ac acético reagido Logo: n ac acético restante = n ac acético inicial n ac acético reagido = 0,0733 0,011 = 0,0623 mol

7 3 a Questão Um recipiente de volume V, a uma determinada temperatura, contém uma mistura gasosa de metano, CH 4, acetileno, C 2 H 2, e oxigênio, O 2. Inicialmente, a pressão parcial do O 2 é de 200 mmhg e a soma das pressões parciais do CH 4 e do C 2 H 2 é igual a 63 mmhg. A reação de combustão da mistura produz CO 2 e H 2 O, no mesmo recipiente, conforme as reações abaixo: CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) 2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) 4CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Considere que as reações completas produzem CO 2, cuja pressão parcial é de 96 mmhg, na mesma temperatura. Calcule a fração molar do CH 4, na mistura inicial, considerando que os gases se comportam idealmente. Resolução: No início a pressão é de: = O + 2 CH + 4 C2H 2 T = 263 mmhg Após a reação a pressão do CO 2 é igual a pressão do CH 4, mais duas vezes a pressão do C 2 H 2 : 96 = (63 96 = 63 + CO2 CH4 = 96 = = 33 CH4 + 2 ) + 2 = (63 33) = 30 mmhg Finalmente, calcular a fração molar do CH 4 χ CH 4 = CH T 4 = = 0,114 0,11

8 4 a Questão O tetróxido de dinitrogênio, N 2 O 4, se decompõe segundo a reação abaixo: N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) K = 4, a 25 o C O progresso da reação pode ser facilmente monitorado uma vez que o N 2 O 4 é um gás incolor e o NO 2 apresenta coloração marrom escuro. Considere um recipiente, a 25 C, contendo inicialmente apenas N 2 O 4 a uma pressão de 0,650 mmhg e responda aos itens abaixo: a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio, K, para a reação acima. b) Calcule a pressão parcial de N 2 O 4 e NO 2, no equilíbrio, a 25 o C. c) Quando o equilíbrio for atingido, nesta mesma temperatura, a pressão total da mistura será igual, maior ou menor que a pressão inicial no recipiente? Mostre com cálculos e justifique.

9 Resolução: a) 2 NO2 = Kp = 4,63x10 N2O4 3 b) N 2 O 4 = 2 NO 2 0,650 x 2x 2 [ 2X] 3 K = = 4, ,650 X 4X 2 = 4, x 0,650 4, X 4X 2 + 4, X 3, = 0 X = X = X = 3 4,63x10 ± ,63x10 ± ± = = 0, N 2 O 4 = 2 NO 2 0,650 0,625 2 x 0,625 0,025 1,25 c) total = 0, ,25 = 1,275 mmhg > inicial = 0,650 mmhg A pressão total do sistema aumenta porque essa dissociação se da com o aumento do número de moles. (1 2)