P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/11

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1 P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/11 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Dados gerais: G = - n F E G = G o + RT ln Q F = C mol -1 R = 8,314 J mol -1 K -1 ΔE [A] ΔE [A] 0 kt RT nf lnq ln[a] ln[a] 0 kt 1 [A] 1 [A] 0 kt Ea 1 lnk lna R T k ln k 1 Ea R 1 T 1 1 T

2 1 a Questão Um recipiente fechado de 1,00 L contém 1,000 mol de pentóxido de dinitrogênio, N O 5. Na temperatura de 35 ºC, o N O 5 se decompõe 15,8% em 0,0 minutos como representado na equação 1. Sabendo que a velocidade da reação de decomposição do N O 5 aumenta três vezes quando sua concentração é triplicada, responda o que se pede. eq. 1 N O 5 (g) 4NO (g) + O (g) a) Complete a tabela abaixo: Tabela: Concentração de N O 5 em função do tempo, à 35 C [N O 5 ] (mol L -1 ) t (minutos) 0 0 0,650 Calcule: b) a constante de velocidade da reação, à 35 C; c) a quantidade, em mol L -1, de dióxido de nitrogênio, NO, em 0,0 minutos, à 35 C; d) o tempo de meia vida, t ½, da reação de decomposição do N O 5, à 35 C;

3 Resolução: a) Tabela: [N O 5 ]t mol L -1 t minutos 1, ,84 0 0,650 50,1 O cálculo de k se encontra na letra b. ln [N [N O 5 O ]t ]inicial ln 0,650 = -8, ,000 5 kt t -0,431 = -8, t t = 50,1 min b) k? Para 0,0 minutos 1,000-0,158 ln k x 0,0 1,000 k = 8,60 x10 3 min -1

4 c) N O 5 (g) 4NO (g) + O (g) 1,000 - x 4x x 1,000 x = 0,84 x = 0,0790 [NO]t = 4 x 0,0790 = 0,316 mol L -1 d) t 1 = 0,693 / k = 0,693 / 8, = 80,6 min Ou: ln 0,500 = -8, x t t = 80,6 min

5 a Questão Três experimentos foram realizados, nos quais variou-se as concentrações iniciais dos íons persulfato, S O 8 -, e iodeto, I -, que reagem em solução aquosa, à 5 C, segundo a reação: Experimento S O 8 - (aq) + 3 I - (aq) SO 4 - (aq) + I 3 - (aq) Concentração - inicial de S O 8 (mol L -1 ) Concentração inicial de I - (mol L -1 ) Velocidade inicial da reação (mol L -1 s -1 ) 1 0,038 0,060 1,4 x ,076 0,060,8 x ,076 0,030 1,4 x10-5 a) Escreva a lei de velocidade, indicando a ordem da reação em função de cada um dos reagentes. Explique. O gráfico abaixo representa a variação da constante de velocidade da reação utilizando as concentrações do experimento 3, em diferentes temperaturas. A constante de velocidade, k, está em L mol -1 s -1. b) Calcule o valor aproximado da energia de ativação, em kj mol -1, da reação. c) Calcule o valor aproximado da constante de velocidade, k, à 30 o C. d) Calcule a velocidade inicial da reação, à 30 o C.

6 e) Diga o que ocorre com a velocidade da reação e com a energia de ativação quando variamos a temperatura ou quando adicionamos um catalisador. Resolução: a) Explicação Teórica: S O 8 - : A medida em que é dobrada a concentração inicial deste reagente, mantendo a concentração inicial de I - caracterizando primeira ordem em relação a este reagente. constante, a velocidade inicial também é dobrada, I - : A medida em que é a concentração inicial deste reagente é variada para a metade do seu valor inicial, mantendo a concentração inicial de S O 8 - constante, a velocidade inicial também cai a metade, caracterizando primeira ordem em relação a este reagente. Explicação por Cálculo: Mantendo [I - ] constante: Mantendo [S O 8 - ] constante: Lei da Velocidade: ou b) Pelo gráfico: Ea 5 x 10 kj mol 1 aproximadamente c) k 1, 01x10 L mol 1 s -1 aproximadamente

7 d) e) Catalisador: aumenta a velocidade e diminui a energia de ativação. Temperatura: aumenta a velocidade, mas não altera a energia de ativação.

8 3 a Questão Para examinar o efeito da variação da concentração de íons em solução, um químico construiu as seguintes células galvânicas: 1ª célula: eletrodo de Pb mergulhado em uma solução aquosa de Pb + e eletrodo padrão de hidrogênio H + /H, como referência; ª célula: eletrodo de Cu mergulhado em uma solução aquosa de Cu + e eletrodo padrão de hidrogênio H + /H, como referência. Considere que estas células estão, à 5 o C, responda o que se pede. a) Escreva a notação científica de cada uma das células galvânica. b) Explique o que acontece com a diferença de potencial, E, da 1ª. célula, quando Pb + é removido da solução, na forma de PbS(s), após a adição de sulfeto de sódio, Na S. c) Para a ª célula galvânica escreva as semi-reações que ocorrem no cátodo e no ânodo, a reação global e calcule a diferença de potencial, ΔE. d) Calcule a diferença de potencial, E, da ª. célula, quando uma quantidade suficiente de sulfeto de sódio, Na S, é adicionada à solução contendo Cu +, de modo a formar CuS(s), sabendo que a concentração de íons Cu + diminui para 1,0 x mol L -1 e que as demais espécies permanecem nas condições padrões. Dados: Potenciais padrão de redução à 5 C: Pb + (aq)/pb(s) = - 0,13 V Cu + (aq)/cu(s) = 0,34 V H + (aq)/h (g) = 0,00 V

9 Resolução: a) Pb(s)/Pb + (aq) (1 mol L -1 )//H + (aq) (1 mol L -1 ) H (g) /(1 atm) /Pt(s) Pt(s)/ H (g) (1 atm)/ H + (aq) (1 mol L -1 )// Cu + (aq) (1 mol L -1 )/Cu(s) b) Ao precipitar o PbS, as concentrações dos íons Pb + (produto) diminuirão e, com isso, o E será maior que em condições padrão. Pb(s) + H + (aq) Pb + (aq) + H (g) Na S PbS ΔE RT ΔE lnq nf [Pb ] Q [H ] Ou seja, o termo RT nf lnq E, aumentará o potencial da célula (E) diminuirá, em concentrações baixas de Pb +, e, ao subtrair do c) H (g) H + (aq) + e - E = 0,00 V - Anodo e - + Cu + (aq) Cu(s) H (g) + Cu + (aq) H + (aq) + Cu(s) E = 0,34 V - Catodo E =0,34 V - Reação global d) H (g) + Cu + (aq) H + (aq) + Cu(s) ΔE ΔE e RT nf [H ] 1,0 mol L 1 [Cu lnq onde ] 1,0 x10 Q -16 mol [H [Cu L 1 ] ] P H ΔE 0,34 V R 8,314 Jmol -1 K 1 T 98K n mol e 8,314x 98 (1,0) 0,34 ln x (1,0 x10 ΔE 16 0,13V V )

10 4ª Questão Considere a seguinte célula galvânica, os potenciais padrão de redução, à 5 o C, e as informações do gráfico. Fe(s) Fe + (aq) Cr 3+ (aq), Cr + (aq) Pt(s) Fe + (aq) + e - Fe(s) E o = -0,440 V Cr 3+ (aq) + e - Cr + (aq) E o =? V a) Escreva a reação global que ocorre nesta célula galvânica. b) Determine o potencial padrão de redução do catodo, E o, em volts. c) Determine o valor de G, à 5 o C, no início desta reação quando, ela está na condição padrão. d) Determine o valor da constante de equilíbrio, K, à 5 o C.

11 Resolução: a) Cr 3+ (aq) + e - Cr + (aq) Fe(s) Fe + (aq) + e - Cr 3+ (aq)+ Fe(s) Fe + (aq) +Cr + (aq) b) Quando Q = 1, ln 1 = 0 e E = E o = 0,033V Como E o = E o catodo - E o anodo = 0,033 = E o catodo (-0,440V) Logo E o catodo = 0,033 0,440 = -0,407 V Opção: cálculo do E pelo coeficiente linear do gráfico. c) G = G o + RT ln Q Quando ln 1 = 0 G = G o = - n F E G = - x x 0,033=-6,4x10 3 J= -6,4 kj d) Quando E = 0, ln Q =,6 = lnk (do gráfico) aproximadamente K = e,6 = 13,5