P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 02/07/05

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1 P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - /7/5 Nome: Nº de Marícula: Turma: Assinaura: ESCOLHA E INDIQUE NOS CÍRCULOS ABAIXO, QUATRO QUESTÕES PARA SEREM CONSIDERADAS. Quesão Valor Grau Revisão a,5 a,5 a,5 4 a,5 5 a,5 Toal, Consanes e equações: R,8 am L mol - K - 8,4 J mol - K - am 76 mm Hg PV nrt ΔG ΔG o + R T Q ΔG o ΔH o - TΔS o k k [A] [A] [A] Ea R k T k + [A] T

2 a Quesão Os halogênios iodo(i ) e bromo (Br ) reagem em fase gasosa para formar o monobromeo de iodo (IBr) a uma emperaura de o C. Sabendo que a reação enre,5 mol de I e, mol de Br, em um balão de 5 L, alcança o equilíbrio quando 97% do Br reagiu, calcule: I (g) + Br (g) IBr(g) a) A massa de IBr produzida. b) A pressão oal da misura no balão no final da reação. c) A consane de equilíbrio da reação.

3 Resolução: a) I Br IBr Inicio,5 mol, mol mol Final,5 mol, mol,94 mol n IBr,94 mol Sendo a MM IBr igual a 7 g mol - em-se: m IBr n IBr. MM IBr,94 mol x 7 g mol - 4,6 g b) A pressão no balão é proporcional à quanidade dos gases presenes no final da reação. P P + P P (n n oal I Br IBr I Br + n IBr ) RT V,8. 7,5 x,8. 7 (,5 +, + 94).,5 am 5 5 c) A consane de equilíbrio relaciona as concenrações dos reagenes e produo ao final da reação [IB r ] [I ][Br ] ( ),5x 6,6 x 94 5 Kc,5, ,4 Alernaivamene K p P IBr P.P I Br [(,94.,8.7)/5] (,5.,8.7)/5 x (, x,8.7)/5 K p,4, x,8,4,58 4,4 ou seja K p K c pois Δn

4 a Quesão Uma amosra de,484 g, conendo ferro e ouras subsâncias, reagiu com solução ácida de maneira que odo o ferro, Fe(s), passasse para a forma de Fe + (aq). O Fe + da solução resulane reagiu esequiomericamene, conforme a reação abaixo, com 45,48 ml de K Cr O 7,6 mol L -. Qual é a percenagem em massa de ferro na amosra? 6 Fe + (aq) + K Cr O 7 (aq)+ 4 H + (aq) 6 Fe + (aq) + Cr + (aq) + 7 H O(l) + K + (aq) Resolução: Cálculo de n K CrO7 que reagiu com Fe + : n K Cr O M K Cr O x V K Cr O,6 mol L - x 45,48 x - L 7 n K Cr O 7, x -4 mol Cálculo de n Fe+ : A relação de quanidade de maéria na reação acima é de 6 mol de Fe + para cada mol de K Cr O 7 reagido, assim: mol K Cr O 7 6 mol de Fe + 7, x -4 x x 4,4 x - mol de Fe + Mas, cada mol de Fe + na solução equivale a um mol de Fe na amosra, assim: n Fe 4,4 x - mol Logo: m Fe n Fe x MM Fe 4,4 x - mol x 56 g mol -,49 g Finalmene, a presença de Fe na amosra é:,484 g de amosra %,49 g x Logo x 5,5 % de ferro na amosra

5 a Quesão Ozônio, dióxido de enxofre e peroxiaceil nirao, CH COOONO, ese úlimo mais conhecido com PAN, são poluenes comumene enconrados no ar sendo responsáveis por causar danos em planas. O PAN é produzido no smog fooquímico pela reação de hidrocarboneos com óxidos de nirogênio na presença de luz solar. O PAN produz irriação nos olhos e é insável, dissociandose no radical peroxiaceil, CH COOO, e em NO, logo o PAN aua como uma espécie de reservaório para a esocagem de NO na amosfera. CH COOONO CH COOO (g) + NO Coleou-se uma amosra de ar e deerminou-se a concenração de PAN, a 5 C, em diferenes inervalos de empo, para acompanhar a cinéica de decomposição do PAN. Os resulados obidos, abelados abaixo, indicaram que a reação é de primeira ordem. Tempo (min),,,, 4, 5, 6, Moléculas de PAN por L de ar (x 4 ) 5, 4,,,6,,6, a) Qual é o valor da consane de velocidade para esa reação a 5 o C? b) Qual é a energia de aivação (E a ) para a decomposição do PAN, sabendo que o empo de meia vida a C é de 5 horas?

6 Resolução: [PAN] a) Como a reação é de primeira ordem, a relação k é válido [PAN] Sabendo que [PAN] é igual a 5, x 4 moléculas L - e que em minuos a [PAN] é de,6 x 4 mol L -, emos:,6 x 5, x 4 4 k. k,69, min A energia de aivação da reação pode ser calculada pela relação de Arrhenius: k k 7 98 Ea R 97 onde k 78, 7 O valor de k 78 pode ser calculado usando a equação do empo de meia vida para reação de primeira ordem onde [PAN] k [PAN] e [PAN] [PAN] [PAN] Logo [PAN] onde, se k consideramos o,69 k conceio Para a emperaura de C, ½ é igual a 5 h ou min.; Assim:,69 4,x min de meia vida : Subsiuindo os valores na equação de Arrehnius, x, x 4 Ea 8, ,4 Ea 8, 4 (,8 x ) Ea,4 x 5 J mol

7 4 a Quesão O ferro meálico é produzido comercialmene conforme a reação abaixo: Fe O (s) + CO(g) Fe(s) + CO (g) a) Calcule a variação da energia livre de Gibbs padrão para esa reação a 5 o C, e discua a sua esponaneidade. b) A reação no senido inverso ao represenado acima é esponânea? Explique.. Calcule a emperaura a parir da qual a esponaneidade da reação no senido inverso é alerada. c) Qual a quanidade de calor (em kj) liberado na reação de,5 g de Fe O com um excesso de monóxido de carbono, a 5 o C? É um processo endoérmico ou exoérmico? Parâmeros ermodinâmicos: Fe O (s) CO(g) Fe(s) CO (g) ΔH o f (kj mol - ) -84, -,5-9,5 S o (J K - mol - ) 87,4 97,6 7,,6

8 Resolução: a) ΔG ΔH -TΔS Onde ΔH xσ ΔH ƒ(produos) - yσ ΔΗ f (reagenes) E ΔS xσ S (produos) - yσs (reagenes) Assim, ΔΗ [( x ΔΗ ƒ Fe) + ( x ΔΗ ƒ CO )] - [ x ΔΗ ƒ Fe O ) ( x ΔΗ ƒ CO)] [( x ) + ( x -9,5)] [( x - 84,) - (x -,5)] - 8,5 (-54,) - 6, kj ΔS [( S Fe + S CO ) - [ x S Fe O ) ( x S CO)] ΔS [( x 7,) + ( x,6)] - [ x 87,4) ( x 97,6)] ΔG [(54,6 + 47,) - (87,4+59,8)] ΔS (695,4 68,) ΔS + 5, J k - Logo: ΔG x 5, ΔG ,6 ΔG -89,6 J ou -,8 kj Essa reação é esponânea a 5 C, pois ΔG <. b) A reação no senido inverso não é esponânea a 5 C, pois o valor de ΔG da mesma é,8 kj, ou seja, seu ΔG >. Essa reação só se orna esponânea em emperauras muio baixas, pois os valores de ΔH e ΔS são respecivamene posiivos e negaivo, assim: ΔG ΔH -TΔS onde ΔG > para reação esponânea

9 ΔH -TΔS < -TΔS <-ΔH TΔS >ΔH T > ΔΗ ΔS para a reação ser esponânea 6 J Logo T > 7 k 5,J k c) mol de Fe O libera 6, kj de energia na forma de calor, sendo,5 g Fe O equivalene a n Fe O m Fe O MM m Fe O,5 g 6 mol,56 x mol Assim mol Fe O 6, kj,56 x - x x,4 kj

10 5ª Quesão O cloreo de bismuo, BiCl, reage com água formando um sólido branco de oxicloreo de bismuo, BiOCl, como represenado abaixo: BiCl (aq) + H O(l) BiOCl(s) + HCl(aq) a) Escreva a expressão para a consane de equilíbrio da reação acima. b) Adicionando-se mais HCl(aq) à misura em equilíbrio, o que aconece com o BiOCl? Explique. c)o que a adição de mais água provoca no sisema em equilíbrio? Explique.

11 Resolução: a) kc [HCl] [BiCl ] b) Ao se adicionar HCl (aq) na reação em equilíbrio, pare do BiOCl(s) é ransformado em BiCl (aq). Isso ocorre, pois o HCl(aq) adicionado é espécie química comum ao equilíbrio acima (produo reação), e logo, segundo o principio de Le Chaelier, a reação e deslocada no senido dos reagenes aé que nova siuação de equilíbrio seja alcançada. c) A adição de água eoricamene não afea o sisema em equilíbrio, pois essa espécie química não faz pare da expressão do equilíbrio químico. Embora essa afirmação seja razoável a primeira visa, a diluição com água provocará uma diluição igual nas espécies que fazem pare do equilíbrio, afeando, num primeiro momeno, o valor da relação enre as concenrações (Qc), provocando o deslocameno do equilíbrio para que o valor da consane de equilíbrio seja alcançada. Por exemplo, considere que a quanidade de água adicionada no sisema seja dobrada, diminuindo pela meade, num primeiro momeno, as concenrações das espécies HCl e BiCl ; logo: Inicialmene : [HCl] Kc [BiCl ] I Adição de água : [HCl] Qc BiCl [HCl] 4 BiCl [HCl] [BiCl ] Logo: Qc < kc, assim, a reação será deslocada no senido dos produos.