P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 30/11/13

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1 P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 30//3 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão a 2,5 2 a 2,5 3 a 2,5 4 a 2,5 Total 0,0 Constantes e equações: F = C mol - 273,5 K = 0 C R = 0,082 atm L mol - K - = 8,345 J mol - K - atm L = 0,325 J U = q + w ΔG nf ΔE ΔG ΔG RT lnq ΔG ΔH TΔS lnq = 2,303 log Q PV = nrt K ln K 2 ΔH R T T 2 [A] [A] [A] ln[a] 0 [A] 0 kt kt ln[a] 0 kt RT ΔE ΔE lnq nf k ln k 2 E a R T E a ln k ln A RT T 2

2 a Questão A NASA, agência espacial americana, descobriu gelo de água em Saturno, em 200, quando uma tempestade fez com que água gelada fosse detectada na atmosfera do planeta, juntamente com partículas de gelo de amônia, NH 3, e de hidrossulfeto de amônio, NH 4 HS. O composto NH 4 HS foi colocado em um frasco no vácuo, a uma certa temperatura. Nessas condições o NH 4 HS se dissociou, conforme equação a seguir, até que a pressão total do sistema atingiu 0,658 atm em equilíbrio. NH 4 HS(s) H 2 S(g) + NH 3 (g) a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, K p, da reação. b) Uma certa quantidade de gás de amônia, NH 3, foi introduzida na mistura em equilíbrio, sem mudança de temperatura, até um novo equilíbrio ser alcançado com pressão de NH 3 de 0,92 atm. Calcule a pressão do ácido sulfídrico, H 2 S, neste novo equilíbrio. c) Calcule a fração em mol do H 2 S, S H 2, da mistura gasosa na condição do novo equilíbrio do item b. d) Explique o que ocorre com a pressão total caso uma quantidade adicional de NH 4 HS fosse inserida no sistema acima em equilíbrio. Considere o comportamento ideal dos gases.

3 Resolução: a) NH 4 HS(s) H 2 S(g) + NH 3 (g) P(H 2 S) P(NH 3 ) b) NH 4 HS(s) H 2 S(g) + NH 3 (g) I 0,329 (0,329 + x) R y y E P(H 2 S) = (0,329 y) (0,329+ x - y) =0,92 K P = P(H 2 S) x 0,92 0,082 = P(H 2 S) x 0,92 P(H 2 S) = 0,75 P(H 2 S) = 0,8 atm c) P Total = 0,75 + 0,92 =,0385 d) A pressão total do sistema não se altera com um aumento de NH 4 HS, já que ele é um sólido e não um gás.

4 2 a Questão Em uma aula de laboratório de química geral, um aluno misturou uma solução aquosa de bicarbonato de sódio, NaHCO 3, com uma solução aquosa de ácido acético, C 2 H 4 O 2, que reagiu a 25 C e,00 atm, segundo a equação: NaHCO 3 (aq) + C 2 H 4 O 2 (aq) C 2 H 3 O 2 Na(aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) a) Calcule o trabalho, w, realizado pelo sistema, quando 2,00 mol de NaHCO 3 reage completamente com C 2 H 4 O 2. b) Calcule a quantidade de calor, q, envolvido na reação completa de 50,0 ml de solução 4,20 mol L - de NaHCO 3 com C 2 H 4 O 2.Utilize os dados da tabela abaixo. c) Em outra situação, calcule o rendimento percentual da reação, utilizando-se 20,0 ml de solução 0,300 mol L - de NaHCO 3 reagindo com 0,0 ml de solução 0,250 mol L - de C 2 H 4 O 2, sabendo que foram produzidos 5,0 ml de CO 2. d) Calcule a variação da energia livre padrão, G, da reação, utilizando os dados termodinâmicos da tabela. Dados termodinâmicos a 25 o C: ΔH o f (kj mol - ) S o (J K - mol - ) NaHCO 3 (aq) -69,9 9,2 C 2 H 4 O 2 (aq) -487,0 60,0 C 2 H 3 O 2 Na (aq) -708,8 23,0 H 2 O(l) -285,9 69,9 CO 2 (g) -393,5 23,6 Considere o comportamento ideal dos gases e a pressão constante.

5 Resolução: A) w = - Δn R T w = - 2 x 0,082 x 298 = -49,0 atm L ou w = - Δn R T w = - 2 x 8,34 x 298 = -4,96 x 0 3 J ou -4,96 kj B) ΔH o = [ΔH o f (C 2 H 3 O 2 Na (aq) ) + ΔH o f (H 2 O (l) ) + ΔH o f (CO 2(g) )] [ΔH o f (NaHCO 3(aq) ) + ΔH o f (C 2 H 4 O 2(aq) ) ] ΔH o = [(-708,8) + (-285,9) + (-393,5)] [(-69,9) + (-487,0)] ΔH o = [-388,2] [-78,9] ΔH o = -209,3 kj mol - c = n/v.: n = c x v.: n = 4,20 mol L - x 0,050 L = 0,2 mol de NaHCO 3,00 mol de NaHCO 3 209,3 kj 0,20 mol de NaHCO 3 X X = -43,9 kj C) Relação estequiométrica entre NaHCO 3, C 2 H 4 O 2 e CO 2 é ::. NaHCO 3 c = n/v.: n = c x v.: n = 0,300 mol L - x 0,020 L = 6,0 x 0-3 mol de NaHCO 3 C 2 H 4 O 2 c = n/v.: n = c x v.: n = 0,250 mol L - x 0,00 L = 2,5 x 0-3 mol de C 2 H 4 O 2 O C 2 H 4 O 2 é o reagente limitante desta reação, logo serão produzidos 2,5 x 0-3 mol de CO 2. PV=nRT.: V = nrt/p.: V = 2,5 x 0-3 x 0,082 x 298 /,00 V = 0,06 L 0,06 L de CO 2 00 % 0,05 L de CO 2 X % X = 24,5 % de rendimento D) ΔS o = [ΔS o (C 2 H 3 O 2 Na (aq) ) + ΔS o (H 2 O (l) ) + ΔS o (CO 2(g) )] [ΔS o (NaHCO 3(aq) ) + ΔS o (C 2 H 4 O 2(aq) ) ] ΔS o = [(23,0) + (69,9) + (23,6)] [(9,2) + (60,0)] ΔS o = [406,5] [25,2] ΔS o = 55,3 J mol - ΔG o = ΔH o - TΔS o ΔG o = -209,3 x 0 3 J mol - (298 K x 55,3 J K - mol - ) ΔG o = -255,5 x 0 3 J ou -255,5 kj

6 3 a Questão O anestésico lidocaína, LD, é hidrolisado no organismo, em excesso de água, em um processo de primeira ordem. Os produtos da reação são uma anilina, A, e um ácido amino carboxílico, AAC, que são excretados pela urina. O tempo de meia-vida, t /2, da LD no processo de hidrolise é de 90 min. a) Escreva a equação da lei de velocidade incluindo o valor da constante de velocidade. b) Considerando a concentração inicial de LD de 6,0 x 0-4 mol por litro de sangue, calcule o tempo necessário para que essa concentração reduza para 0% do valor inicial. c) Esboçe os gráficos a seguir: c) velocidade da hidrólise em função da concentração de LD; c2) relação linear entre a concentração de LD e o tempo; c3) relação linear entre o valor da constante de velocidade e temperatura. d) Calcule, com base na reação abaixo, a 37 C, o valor do ph da solução preparada pela mistura de,00 x 0-5 mol de A com água, formando 00,00 ml de volume final.

7 Resolução a) O formato da lei é v = k[ld], pois a reação é de primeira ordem. De t /2 tira-se o valor de k: t /2 = 0693/k k = 0.693/90 = 0,0077 Assim a lei é: v = 0,0077[LD] b) Como a reação é de primeira ordem: ln ([LD] t /[LD] 0 ) = -kt onde: [LD] t = 0.0[LD] 0 Assim: ln ([LD] t /[LD] 0 ) = ln (0.0[LD] 0 /[LD] 0 ) = ln (0,0) ln (0,0) = -kt = -0,0077t -2,3 = -0,0077t t = 2,3/0,0077 = 898,7 min = 3,0 x 0 2 min c) Os gráficos são: i ii iii v ln[ld] ln k [LD] t /T d) A concentração inicial da base é [A] 0 =,0 x 0-5 mol/0,00 L =,0 x 0-4 mol L -. Assim tem-se: K b = 5,0 x 0-0 = ([AH + ] [OH - ])/[A]

8 Como K b << [A] 0, pode-se fazer a seguinte aproximação: [A] = [A] 0 E como [AH + ] = [OH - ] Tem-se: 5,0 x 0-0 = x 2 /,0 x 0-4 x = [OH - ] = (5,0 x 0-0,0 x 0-4 ) /2 = (5,0 x 0-4 ) = 2,23 x 0-7 Assumindo K w =, também a 37 o C [H + ] =,0 0-4 /[OH - ] =,0 0-4 /2,23 x 0-7 = 4,48 x 0-8 ph = - log (4,48 x 0-8 ) = 7,35

9 4ª Questão O ácido hipocloroso, HClO, se ioniza formando ClO -, que é usado no tratamento de água potável devido às suas propriedades desinfetantes. Considere os potenciais padrão das semirreações de redução e a célula eletroquímica representados abaixo, operando a 25 C, para fazer o que se pede: Pt(s)OH - (aq) O 2 (g) ClO - (aq), Cl - (aq) Pt(s) O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e - 4OH - (aq) ClO - (aq) + H 2 O(l) + 2e - Cl - (aq) + 2OH - (aq) E 0 = + 0,400 V E 0 = + 0,890 V a) Desenhe a célula eletroquímica indicando os itens abaixo: os polos positivo e negativo o anodo e o catodo a localização de cada uma das espécies presentes o sentido do fluxo de elétrons b) Diga qual é o papel da platina no sistema. c) Escreva a reação global da célula eletroquímica. d) Calcule o valor da constante de equilíbrio da reação global na célula eletroquímica. e) Calcule a variação da energia livre, G, da reação, no momento em que concentração de cada uma das espécies em meio aquoso é,00 mol L - e a pressão do O 2 é de 2,00 atm. Explique se nessas condições a célula opera espontaneamente.

10 a) Resolução: b) Quando as reações de eletrodo não envolvem diretamente um condutor sólido, é necessário usar um condutor metálico quimicamente inerte, tal como a platina, para fechar o circuito elétrico, fornecendo ou removendo os elétrons do compartimento. c) Anodo: 4OH - (aq) O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e - E 0 = - 0,400V Catodo: 2ClO - (aq) + 2H 2 O(l) + 4e - 2Cl - (aq) + 4OH - (aq) E 0 = + 0,890V Reação Global: 2ClO - (aq) O 2 (g) + 2Cl - (aq) E 0 = + 0,490V d) ln K = (nfe 0 ) / RT ln K = (4 x x 0,490) / (8,345 x ( ,5) ln K = 76,30 K = x 0 33 a 25 o C e) E = E 0 (RT/nF) x ln Q E = 0,490 ((8,345 x (25+273,5))/(4 x 96500)) ln (2,00) E = 0,4856 V ΔG = - n F E ΔG = - 4 x x 0,4856 =,87 x 0 5 J = 87 x 0 3 J = 87 kj