Nome.. nº Sala... Duração : 1h 30m. Responder às perguntas 1, 2, 3 na folha do enunciado

Transcrição

1 Química II 1º teste A 8 de Abril de 2015 Mestrado Integrado Eng. Química Mestrado Integrado Eng. Biológica Nome.. nº Sala... Duração : 1h 30m Responder às perguntas 1, 2, 3 na olha do enunciado 1A. Classiique como erdadeiras (V) ou alsas (F) as airmações seguintes: As substâncias seguintes estão listadas por ordem crescente de entropia molar a 25ºC H 2 O (l) < NH 3 (g) < F 2 (g) No equilíbrio a entropia de qualquer sistema é máxima O gráico de E a s 1/T é uma recta A ordem de uma reacção traduz a molecularidade do passo lento A elocidade de uma reacção deine-se como uma ariação de concentração por unidade de tempo só se o sistema or echado A ariação de energia de Gibbs associada a uma reação exotérmica é sempre negatia Uma reacção de 1ª ordem dá-se num só passo elementar, unimolecular. Cada resp. certa: + 0,2 alores; cada resp. errada: 0,2 alores 2A. Escolha a opção correcta a) cargas elétricas em moimento produzem trabalho e não produzem calor b) cargas elétricas em moimento produzem calor Resposta: a) d) nenhuma das anteriores resp. certa: + 0,6 alores; resp. errada: 0,3 alores 3A. O H do etanol líquido a 298,15 K é 277,0 kj/mol. Considere as opções seguintes e escolha a airmação correcta a) pode dizer-se que não está entalpicamente estabilizado b) pode dizer-se que é termodinâmicamente Resposta: c) estáel ace aos seus elementos constituintes c) não há inormação para aaliar a estabilidade termodinâmica resp. certa: + 0,6 alores; resp. errada: 0,3 alores 8 de Abril de º Teste A de Química II com soluções 1

2 Responda às perguntas 4 a 8 em olhas de teste separadamente 1 0 T - A NOTA: No im do enunciado encontra todos os dados necessários à resolução dos problemas seguintes 4A. Considere a dissolução do nitrato de amónio em água. a) Calcule a ariação de entalpia que acompanha a dissolução de 15,0 g de NH 4 NO 3 (s) em 100 ml de água. b) Calcule a ariação de temperatura que ocorre no processo anterior assumindo que não há trocas de calor com o exterior. Cotação: a) 0,7 alores; b) 0,7 Resolução: a) NH 4 NO 3 (s) NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq) H = -132,51-167,16+365,56 = + 65,85 kj/mol MM (NH 4 NO 3 ) = 80,04 g/mol n (NH 4 NO 3 ) = 15/80,04 = 0,19 mol H = 0,19x65,85= 12,5 kj b) Q = -12,5 kj Q = mc T m (total) = m(h 2 O) + m(nh 4 NO 3 ) = 115 g T = -26 Resposta: A temperatura sore uma diminuição de 26 em relação ao alor inicial. 5A. Considere a seguinte igura álida para uma reação a pressão e temperatura constantes. Discuta-a com base nos critérios de espontaneidade para uma transormação, reerindo o critério de espontaneidade ilustrado pelas curas I e II, identiicando a posição do equilíbrio e discutindo o alor relatio de Q e K nos troços A e C das curas. Justiique as airmações. Cotação: 0,9 alores 8 de Abril de º Teste A de Química II com soluções 2

3 Resolução: O critério de espontaneidade ilustrado pela cura I é S unierso > 0. O critério de espontaneidade ilustrado pela cura II é G sistema < 0. De acordo com o 2º princípio da termodinâmica uma transormação eolui no sentido do aumento da entropia do unierso. De acordo com a deinição de energia de Gibbs, se S uni 0, então G sist 0, isto é, uma transormação eolui espontaneamente no sentido da diminuição da energia de Gibbs do sistema. A tranormção ai ocorrendo até se atingir a posição de equilíbrio, em que S unierso é máximo (cura I) e G sistema mínimo (cura II). Em ambas as curas no troço A, Q < K, ainda não se atingiu o equilíbrio e a transormação ocorre da esquerda para a direita. No troço C, Q > K, ultrapassou-se o a posição de equilíbrio e a transormação ocorre no sentido inerso. De acordo com a deinição de energia de Gibbs, se S total 0, então G sist 0, isto é, uma transormação eolui espontaneamente no sentido da diminuição da energia de Gibbs do sistema. 6A. Considere a reacção de oxidação de C 2 H 6 (g) com O 2 (g). a) Escrea e acerte a equação que traduz a reação. b) Preeja os sinais de r H o, r S o e r G o e justiique a resposta. c) Calcule a constante de equilíbrio a 25 C e comente o seu alor tendo em conta os dados anteriormente calculados. d) Como aria a constante de equilíbrio para temperaturas superiores a 298,15 K? Cotação: a) 0,3 b) 0,7; c) 0,7; d) 0,3 Resolução: a) 2 C 2 H 6 (g) +7 O 2 (g) 4 CO 2 (g) + 6 H 2 O (g) b) Não só a reacção sendo de combustão é exotérmica, como há um aumento do nº de moles no estado gasoso dos reagentes para os produtos. Assim é de preer que S o (sistema) > 0. Uma reacção exotérmica tem r H o < 0. Assim, como r G o = r H o - T S o, então r G o < 0. c) r G 0 = - RT lnk r G 0 = n G 0 (prod) - n G 0 (reag) = [4(- 394,359) + 6(-228,59)] [2 (-31,89)] = , 196 kj ln K = K >>>>1 a reação é completa O alor de K é muito eleado. Sendo S o (sistema) > 0, e r H o < 0, o alor de r G o é negatio a qualquer temperatura. Esta reacção aorece os produtos no equilíbrio a qualquer temperatura. d) De acordo com o princípio de Le Chatelier, e com a eq. de Van t Ho, para uma reacção exotérmica, o aumento de temperatura diminui K. 7A. O radon radioactio 222 Rn ocorre naturalmente como produto de decaimento radioactio do urânio. O tempo de meia ida do 222 Rn é 3,8 dias. Suponha que tem num recipiente 4,0x10 13 átomos de 222 Rn. a) Ao im de 30 dias quantos átomos permanecem? b) Calcule o rendimento da transormação. Cotação: a) 0,6; b) 0,3 8 de Abril de º Teste A de Química II com soluções 3

4 Resolução: a) A constante de elocidade é k = 0,693 /t 1/2 = 0,18 d -1 ln [Rn] t / 4,0x10 13 átomos = -(0,18 d -1 )(30 d) = -5,5 [Rn] t = 2x10 11 átomos b) η =[ (4,0x x10 11 ) / 4,0 x10 13 ] x 100 = 99.5% 8A. Considere a reação seguinte: H 2 PO 2 - (aq) + OH - (aq) HPO 3 2- (aq) + H 2 (g) Sabendo que a equação cinética da reação é = k[h 2 PO 2 - ][OH - ] 2 determine o eeito das seguintes modiicações na elocidade de decomposição do H 2 PO 2 - (aq): a) Triplicar a concentração de H 2 PO 2 - (aq) a ph constante b) Alterar o ph do meio reacional de 13 para 14, mantendo constante a concentração de H 2 PO 2 - (aq) Cotação: a) 0,5; b) 0,7 Resolução: a) A elocidade triplica porque a reação é de 1ª ordem em H 2 PO 2 - (aq) b) Uma ariação de ph é de 13 para 14 corresponde a uma ariação de 10 unidades na concentração de OH -. Uma ez que a reacção é de ordem 2 em relação ao OH -, isso implica que a elocidade da reacção aumenta de 10 2, isto é 100 ezes. b) resolução alternatia: ph + poh = 14 ph = 14 ; poh = 0 ; [OH - ] = 1 mol/l ph = 13 ; poh = 1 ; [OH - ] = 1/10 mol/l A elocidade é 100 ezes superior, porque a reação é de 2ª ordem em OH - (aq) 9A. Considere o mecanismo reacional que se eriica para a reação redox abaixo indicada em meio básico. Qual é a lei de elocidades que corresponde ao mecanismo proposto? OCl - (aq) + H 2 O (l) HOCl (aq) + OH - (aq) equilíbrio rápido I - (aq) + HOCl (aq) HOI (aq) + Cl - (aq) lento OH - (aq) + HOI (aq) H 2 O (l) + OI - (aq) rápido Cotação: 1,0 k 1 k -1 k 2 k 3 Resolução: Passo lento: = k 3 [I - ][ HOCl] Equilíbrio rápido: Keq = [HOCl][OH - ]/[OCl - ] (não se considera a ariação da concentração da água na expressão da constante de equilíbrio porque é o solente) Eq de elocidades : = k 3 k 1 /k -1 [I - ] [OCl - ]/[OH - ] = k [I - ] [OCl - ]/[OH - ] onde k = k 1 k 3 /k -1 8 de Abril de º Teste A de Química II com soluções 4

5 Dados: R = 8,314 J/K.mol Calor especíico da H 2 O: 4,18 J/g. K Tabela de dados termodinâmicos a 298 K Hº (kj/mol) Sº (J/K.mol) Gº (kj/mol) NH 4 NO 3 (s) -365,56 151,08-184,02 NH + 4 (aq) -132,51 113,4-79,31 NO - 3 (aq) -167,16 56,5-131,23 H 2 O (l) -285,83 69,91-237,18 H 2 O (g) -241,82 188,72-228,59 C 2 H 6 (g) -83,85 229,2-31,89 CO 2 (g) -393, ,74-394,359 8 de Abril de º Teste A de Química II com soluções 5