QUI 01 PROF. Claudio Equilíbrio químico e ph

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1 facebook.com/proj.medicina QUI 01 PROF. Claudio Equilíbrio químico e ph RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES DE AULA 1. (Unifesp 017) Certo produto utilizado como tira-ferrugem contém solução aquosa de ácido oxálico, HCO 4, a % (m V). O ácido oxálico é um ácido diprótico e em suas soluções aquosas ocorrem duas reações de dissociação simultâneas, representadas pelas seguintes equações químicas: Primeira dissociação: HCO4(aq) HCO4(aq) H (aq); Ka 5, Segunda dissociação: HCO4(aq) CO4(aq) H (aq); Ka 6,4 10 Equilíbrio global: HCO4(aq) CO4(aq) H (aq); K a? a) Expresse a concentração de ácido oxálico no produto em gl e em mol L. b) Escreva a expressão da constante K a do equilíbrio global e calcule seu valor numérico a partir das constantes C 1; H 1; O 16. K a e 1 K a. Dados:. (Fac. Santa Marcelina - Medicina 017) Em indústrias de galvanização, os efluentes são comumente contaminados com íons metálicos provenientes das cubas eletrolíticas. Esses íons podem ser eliminados dos efluentes por precipitação, formando hidróxidos metálicos insolúveis. A equação a seguir representa a precipitação de íons Cu : 3 (aq) (aq) (aq) ( ) (s) (aq) (aq) Cu (CN) 7 C O OH H O Cu (OH) 6 CNO 7 C Os íons fulminato (CNO ) seguir: produzidos na reação podem ser eliminados do efluente por adição de íons hipoclorito, conforme a equação a (aq) (aq) ( ) (g) (aq) 3(aq) CNO 3 C O H O N 3 C HCO a) De acordo com o princípio de Le Chatelier, a adição de um ácido ao efluente favorecerá ou prejudicará a precipitação dos íons Justifique sua resposta. 3. (Unicid - Medicina 017) Considere os equilíbrios: 1. SO(g) O(g) SO3(g). O(g) N(g) NO(g) 5 Kc 9,9 10 a 5 C Kc 4, a 5 C Com base nos valores de Kc, informe a direção preferencial de cada um desses sistemas. Cu?

2 4. (Unicamp 017) O sangue que circula por todo o nosso corpo é muito resistente a alterações, mas acaba sendo o depósito de muitos resíduos provenientes da ingestão de alguma substância. No caso dos fumantes, o contato com a nicotina após o consumo de um cigarro leva à variação de concentração de nicotina no sangue ao longo do tempo, como mostra o gráfico abaixo. a) Considere o momento em que a quantidade de nicotina no sangue de um fumante atinge seu valor máximo. Se nesse momento o ph do sangue for de 7,4, qual espécie estará em maior concentração (mol L) : o H ou a nicotina total? Justifique sua resposta. 8 b) A constante de equilíbrio da equação acima é 1,0 10. Qual das formas da nicotina estará em maior concentração no sangue: a forma protonada ou a desprotonada? Justifique sua resposta. 1 Dados: massa molar da nicotina 16, g mol, log10 4 0,6. 5. (Fac. Santa Marcelina - Medicin 017) Analise os gráficos dos sistemas 1 e. Os gráficos mostram a variação da concentração de reagentes e de produtos em dois sistemas, em que ocorrem, respectivamente, as reações genéricas A B e X Y, até que ambos entrem em equilíbrio dinâmico. a) Considerando que ambos os equilíbrios ocorrem na mesma temperatura, determine qual das reações apresenta a maior constante de equilíbrio. Justifique sua resposta. b) Considere que, em um recipiente de 5 litros, foi adicionado 0,3 mol da substância A. Calcule a concentração da substância B no sistema em equilíbrio e a constante de equilíbrio para o sistema 1, sabendo que apenas 0% de A se converteu em B. 6. (Uscs - Medicina 016) Considere o seguinte equilíbrio químico, a 5 C : 7 (aq) ( ) 4 (aq) (aq). Cr O H O CrO H laranja amarelo b) Considere uma solução aquosa de KCrO7 0,1mol L. Ao ser adicionado HC (aq) a essa solução, qual a cor predominante da solução? Justifique sua resposta com base no princípio de Le Chatelier.

3 7. (Unifesp 016) Na indústria, a produção do ácido nítrico (HNO 3 ) a partir da amônia (NH 3 ) se dá em três etapas: etapa 1: 4 NH3(g) 5 O(g) 4 NO(g) 6 H O(g) ΔH 0 etapa : NO(g) O(g) NO(g) ΔH 0 etapa 3 : 3 NO(g) H O( ) HNO3(aq) NO(g) ΔH 0 A fim de verificar as condições que propiciam maior rendimento na produção de NO na etapa 1, um engenheiro realizou testes com modificações nos parâmetros operacionais desta etapa, indicadas na tabela. teste modificações da etapa 1 1 aquecimento e aumento de pressão aquecimento e diminuição de pressão 3 resfriamento e aumento de pressão 4 resfriamento e diminuição de pressão a) Com base nas três etapas, escreva a equação balanceada para a reação global de obtenção do ácido nítrico cujos coeficientes estequiométricos são números inteiros. Essa reação tem como reagentes NH 3 e O e como produtos HNO 3, HO e NO, sendo que o coeficiente estequiométrico para o HNO 3 é 8. b) Qual teste propiciou maior rendimento na produção de NO na etapa 1? Justifique sua resposta. 8. (Unesp 016) O metanol, CH3OH, é uma substância de grande importância para a indústria química, como matéria-prima e como solvente. Esse álcool é obtido industrialmente pela reação entre os gases CO e H, conforme a equação: CO(g) H (g) CH3OH(g) ΔH 103kJ mol de metanol Para realizar essa reação, os gases reagentes, misturados na proporção estequiométrica e em presença de catalisador (geralmente prata ou cobre), são comprimidos a 306 atm e aquecidos a 300 C. Nessas condições, o equilíbrio apresenta um rendimento de 60% no sentido da formação de metanol. Escreva a expressão da constante K p desse equilíbrio e explique o papel do catalisador na reação entre os gases CO e H. Com base no princípio de Le Chatelier, justifique a importância da compressão desses gases para a produção de metanol e explique o que aconteceria com o rendimento do equilíbrio no sentido da formação de metanol, caso a reação ocorresse em temperaturas superiores a 300 C. GABARITO Resposta da questão 1: a) Cálculo da concentração de ácido oxálico no produto em gl e em mol L : g g g % (m V) g L 100 ml L 10 L HCO4 90 n Ácido oxálico m g 0, mol M 90 g mol HCO4 1 [HCO 4] 0, mol L b) Expressão da constante K a do equilíbrio global: K Global 4 [C O ][H ] [H C O ] 4 A constante de equilíbrio da reação global pode ser obtida a partir do produto das constantes de equilíbrio das etapas.

4 4 4(aq) 4(aq) (aq) a 1 [HCO 4 ] 4 4(aq) 4(aq) (aq) a [HCO 4] Global 4(aq) 4(aq) (aq) H C O HC O H K HC O C O H K H C O C O H [CO 4 ][H ] KGlobal [HCO 4 ] [HCO 4] [H ] [CO 4 ][H ] [C O 4 ][H ] [HCO 4 ] [HCO 4] [HCO 4 ] Ka 1 Ka KGlobal KGlobal Ka K 1 a 3 KGlobal 5,9 10 6,4 10 3, Resposta da questão : a) A adição de um ácido (H ) íons Cu na forma de Cu (OH) : [HC O ][H ] [C O ][H ] consumirá os ânions OH e o equilíbrio será deslocado para a esquerda, prejudicando a precipitação dos Cu(CN) 3 7 C O (aq) (aq) OH(aq) H O( ) Cu (OH) (s) 6 CNO(aq) 7 C (aq) Deslocamento Diminuirá para a esquerda Resposta da questão 3: a) Kc alto indica deslocamento para o lado dos produtos, pois o Kc é diretamente proporcional a SO 3. Kc baixo alto indica deslocamento para o lado dos reagentes, pois o Kc é inversamente proporcional a O e N. Resposta da questão 4: a) A concentração máxima de nicotina no sangue pode ser obtida do gráfico: (massamolar da nicotina) ng 0 10 g; 1mL 10 L M g C (nicotina)(g L) 3 10 L 1 (nicotina) (nicotina) (massamolar da nicotina) 9 (nicotina) 16, g mol C (g L) C (mol L) M 0 10 g C 3 (nicotina)(mol L) 16, g mol 10 L C (nicotina) 7 7 (mol L) 1, mol L C (mol L) 1,3 10 mol L 1

5 Cálculo da concentração de cátions H no sangue: ph log 10[H ] ph; [H ] 10 ph 7,4 8,0 0,6 0,6 Dado: log10 4 0, (8,00,6) [H ] 10 mol L ( 8,00,6) [H ] 10 mol L 8,0 0,6 [H ] (10 10 ) mol L 4 8,0 [H ] 4 10 mol L 7 8,0 Conclusão: 1,3 10 mol L 4 10 mol L. Concentração de nicotina Concentração de cátions H no sangue b) De acordo com o texto: C10H15 N H C10H14 N. 7,4 ph 7,4 [H ] 10 mol L 8 0,6 Keq 1,0 10 ; 10 4 C10H15N H C10H14N [C10H14N ] [H ] Keq [C10H15N ] 7,4 8 [C10H14N ] 10 1,0 10 [C10H15N ] [C 7,4 10H15N ] 10 0,6 10 [C 8,0 10H14N ] 10 [C10H15N ] 4 [C10H14N ] [C10H15N ] 4 [C10H14N ]. A concentração da forma protonada da nicotina equivale o quádruplo da forma desprotonada da nicotina, ou seja, estará em maior quantidade no sangue. Resposta da questão 5: a) Considerando ambos os equilíbrios:

6 A B [B] K1 [A] [A] [B] K1 1 Conclusão : K K1 X Y [Y] K [X] [Y] [X] K 1 A reação X Y apresenta a maior constante de equilíbrio. b) Em um recipiente de 5 litros, foi adicionado 0,3 mol da substância A: na 0,3 mol [A] 0,06 mol L V 5 L A B 0,01mol L 1 1 0,048 0,06 mol L 0 mol L (início) 0,0 0,06 mol L 0,01 mol L (durante) (0,06 0,01) mol L 0,01 mol L (equilíbrio) K [B] 0,01 [A] 0,048 K 0,5 Resposta da questão 6: b) A adição de HC (aq) a essa solução desloca o equilíbrio para a esquerda, consequentemente, a cor predominante será o laranja. laranja amarelo 7 (aq) ( ) 4 (aq) (aq) deslocamento para a esquerda aumenta a concentração Cr O H O CrO H Resposta da questão 7: a) Essa reação tem como reagentes NH 3 e O e como produtos HNO 3, HO e NO, sendo que o coeficiente estequiométrico para o HNO 3 é 8, então, multiplicando a etapa 3 por 4, a etapa por 6, a etapa 1 por 3 e somando, vem: 1NH 3(g) + 15O (g) 1NO(g) NO(g) + 6O (g) 1NO (g) 1NO (g) + 4HO( ) 14 HO(g) 8HNO (aq) + 4NO(g) 3 Global 3 3 1NH (g) + 1 O (g) 8HNO (aq) + 14H O(g) + 4NO(g) b) O teste 4 propiciou maior rendimento na produção de NO na etapa 1. A etapa 1 apresenta variação de entalpia negativa ( ΔH 0), logo é exotérmica sendo favorecida pelo resfriamento.

7 1NH (g) + 5 O (g) 4 NO (g) + 6 H O (g) 3 1 volume 5 volumes 4 volumes 6 volumes 6 volumes 10 volumes 6 volumes 10 volumes A diminuição de pressão desloca o equilíbrio no sentido do maior volume, ou seja, para a direita. Resposta da questão 8: Expressão da constante CO(g) H (g) CH OH(g) K p 3 CH3OH p pco ph K p desse equilíbrio: Importância da compressão ou aumento de pressão: o equilíbrio é deslocado no sentido do menor volume, o que acarreta maior rendimento no sentido da produção de metanol. CO(g) H (g) CH3OH(g) 1 vol vol 1 vol 3 volume 1 volume 3 volume 1 volume P V k P V k Deslocamento para a direita 3 volume 1 volume Deslocamento 1 CO(g) H (g) 1 CH3OH(g) Caso a reação ocorresse em temperaturas superiores a 300 C, o processo exotérmico seria desfavorecido e o processo endotérmico seria favorecido. O equilíbrio deslocaria para a esquerda ocorrendo diminuição no rendimento da produção de metanol. Exotérmico (favorecido pela diminuição da temperatura) CO(g) H (g) CH3OH(g) Δ H 103kJ mol de metanol Endotérmico (favorecido pela elevação da temperatura) Observação: a velocidade aumenta com a elevação da temperatura, porém o rendimento no sentido da produção de metanol diminui.