P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 31/03/07

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1 1 - ROVA DE QUÍMICA GERAL 31/03/07 Nome: GABARITO Nº de Matrícula: Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Dados R 0,081 atm L mol -1 K -1 T (K) T ( C) + 73,15 1 atm 760,0 mmhg V nrt n a + V ( V nb) nrt

2 1 a Questão Uma solução aquosa inicial (1,00 L) contém 10,0 g de NaCl, 6,00 x 10-1 mol de KNO 3 e uma quantidade desconhecida de b(no 3 ). A essa solução são adicionados 818, ml de solução aquosa de NaOH (d 1,087 g ml -1 e 8,00% de NaOH em massa) para reagir com o b(no 3 ) de forma completa e estequiométrica, formando b(oh), segundo a reação abaixo. b(no 3 ) (aq) + NaOH(aq) NaNO 3 (aq) + b(oh) (s) a) Calcule a concentração molar (mol L -1 ) do b(no 3 ) na solução aquosa inicial. b) Calcule a fração molar do NaCl na solução aquosa inicial. c) Calcule a massa de b(oh) produzida na reação. Obs. O NaCl e o KNO 3 não reagem com NaOH.

3 Resolução: a) A quantidade presente de b(no 3 ) na solução inicial pode ser conhecida através do cálculo da quantidade de NaOH gastos para a reação completa de formação de b(oh). n NaOH gasto na reação (V NaOH x d Sol.NaOH x % NaOH ) / MM NaOH (818, ml x 1,087 g ml -1 x 8/100)/40 g mol -1 1,78 mol Como a estequiometria de reação é de 1 mol de b(no 3 ) para mol de NaOH, a solução inicial continha 0,89 mol de b(no 3 ), o que implica na concentração molar de 0,89 mol L -1 (para 1,00 L de solução). b) ara se calcular a fração molar do NaCl deve-se considerar todos os componentes que formam a solução inicial: X NaCl n NaCl /(n NaCl + n KNO3 + n bno3 + n HO ), onde: n NaCl 10,0 g / 58 g mol -1 0,17 mol n KNO3 0,600 mol (60,6 g de KNO 3 em 1 L de solução) n bno3 0,89 mol (94,8 g de b(no 3 ) em 1 L de solução) n HO [V solução x d solução (m NaCl + m KNO3 + m b(no3) )] / MM HO ( ,4) g / 18 g mol -1 71,6/18 40,1 mol Logo: X NaCl 0,17/(0,17 + 0, , ,1) 0,17/41,8 0,00411 c) A massa de b(oh) pode ser calculada por meio da quantidade de b(no 3 ) reagido, pois a relação estequiométrica entre estas duas espécies é de 1 mol para 1 mol. Assim, 0,89 mol de b(oh) são formados, o que equivale a: m b(oh) n b(oh) x MM b(oh) 0,89 mol x 41, g mol -1 14,7 g.

4 a Questão O etanol, C H 6 O, pode ser obtido a partir da sacarose, C 1 H O 11, contida em matérias primas como a cana de açúcar, segundo a reação abaixo: C 1 H O 11 (s) + H O(l) 4C H 6 O(l) + 4CO (g) A cana de açúcar contém 0% em massa de sacarose. ara a produção de etanol foi utilizado.190 kg de cana de açúcar e 30 L de água. a) Defina reagente limitante e indique o reagente limitante da reação nas condições acima descritas. b) Qual é a quantidade máxima de etanol (em mol) que pode ser produzida? c) Defina rendimento percentual de reação e calcule-o para a reação do problema quando são produzidos 167 kg de etanol. Dado: Densidade da água 1,0 g ml -1.

5 Resolução: a) Reagente limitante é aquele que está presente na menor quantidade (em proporção estequiométrica) na reação. C 1 H O 11 (s) + H O(l) 4C H 6 O(l) + 4CO (g) Cana contém sacarose (0%) 100 kg cana 0 kg sacarose 190 kg 438 kg 1 mol sacarose 34 g 1,81 x g 30L H O (d 1g/mL) 1 g água 0,001L g 30L MM(H O) 18 Temos 1,666 x 10 3 mol H O A proporção estequiométrica é 1 sacarose: 1 água Como temos 1,8 x 10 3 mol de sacarose e 1,666 x 10 3 de água, a SACAROSE é o limitante, pois, está presente em quantidade inferior à necessária pela estequiométrica, para reagir com toda água. b) 1,8 x 10 3 mol de sacarose x mol 514 mol 1 mol sacarose 4 mol etanol valor experimental c) Rendimento percentual é dado pela formula x 100, sendo, valor teórico portanto a razão entre o valor obtido em um experimento dividido pelo valor que seria esperado pela estequiométrica da reação, multiplicado por cem Teórico 514 mol de etanol Rendimento x100 71% g 1 mol experimento 167 kg 3630 mol

6 3 a Questão O trifluoreto de cloro, ClF 3, é um gás altamente tóxico, que pode ser usado, por exemplo, para converter óxido de níquel, NiO, em fluoreto de níquel, NiF, segundo a reação abaixo: 6NiO(s) + 4ClF 3 (g) 6NiF (s) + Cl (g) + 3O (g) a) Calcule a massa de NiO necessária para reagir com o gás ClF 3, a 5ºC, em um frasco de 1,5 L, considerando que a pressão parcial do ClF 3 é de 350 mmhg e que o rendimento da reação é de 80%, quando o equilíbrio é atingido. b) Nas condições descritas no item (a), calcule as pressões parciais de todos os gases presentes na mistura em equilíbrio. c) Calcule K p para essa reação a 5 o C. d) Explique as principais diferenças entre gases ideais e reais.

7 Resolução: a) ClF 3 0,461 atm T 98 K V 1,50 L V 0,461x 1,50 nclf 3 0,083 mol RT 0,08 x 98 NiO 6 mol NiO 4 mol ClF 3 x 0,083 x 0,044 mol 0,044 mol 100% x 80% x 0,0339 mol 74,7 g 1 mol x 0,0339 mol x,53 g b) ClF 3 0,083 mol 100% x 80% x 0,06 mol 6NiO(s) + 4ClF 3 (g) 6NiF (s) + Cl (g) + 3O (g) 0,083-0,06 +0, ,0170 0, ,0113 0,0170

8 Cl O ClF n n 3 Cl O n RT V RT V ClF 3 RT V 0,0113 x 0,08 x 98 1,5 0,0170 x 0,08 x 98 1,5 0,00570 x 0,08 x 98 1,5 0,184 atm 0,77 atm 0,099 atm c) K p 3 Cl O 4 ClF x 3 (0,184) (0,77) 4 (0,099) 3 9,66 d) As moléculas de um gás ideal supostamente não ocupam espaços e não se atraem. Entretanto as moléculas reais têm volumes finitos e se atraem.

9 4 a Questão No processo Solvay, carbonato de sódio, Na CO 3, é obtido pela decomposição do bicarbonato de sódio, NaHCO 3, segundo a reação abaixo: NaHCO 3 (s) Na CO 3 (s) + CO (g) + H O(g) K p 0,3 a 100 o C a) Qual é a expressão da constante de equilíbrio (K p ou K c ) para a reação do processo Solvay? b) Qual é a pressão total (em atm) no equilíbrio quando uma amostra de NaHCO 3 for parcialmente decomposta em um recipiente fechado a 100 o C? Desconsidere o volume ocupado pelos componentes sólidos da reação. c) Esboce um gráfico que relacione as pressões parciais dos componentes da reação, em função do tempo. Resolução: a) K CO.H O Kc [CO] [HO] p b) CO x K 0,3 x x 0,3 0,48atm H O p T CO + H O 0,48 + 0,48 0,96 atm c)