DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA BÁSICA

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1 Campus de Lhanguene, Av. de Moçambique, km 1, Maputo, C.P.: 4040, Te.l: , Fax: , DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA BÁSICA Docentes: Prof. Doutor José Antonio. P. de Barros & Lic o. Adérito José Cavele Parte I: Noções preliminares 1. A fórmula empírica para o carbonato de lítio é Li 2 CO 3. Uma fórmula unitária de Li 2 CO 3 consiste em quantos átomos de cada elemento? 2. 2,3,7,8-tetraclorodibenzeno-p-dioxina é um tóxico poderoso obtido pela produção de certos herbicidas. Conhecido simplesmente como dioxina, tem a fórmula molecular C 12 H 4 O 2 Cl 4. Quantos átomos de C, H, O e CI estão presentes na molécula de dioxina? 3. Ácido oxálico, H 2 C 2 O 4, é um composto moderadamente tóxico encontrado em ruibardo e outras plantas. Qual é a análise elementar do ácido oxálico (percentagem de cada elemento)? 4. Indique as massas de cada um dos itens seguintes em unidade de massa atómica: (a) 1 átomo de carbono, (b) 1 átomo de ouro, (c) 200 átomos de cloro, (d) 6,02 x átomos de magnésio. 5. Calcule a massa molar de cada uma das seguintes substâncias: a. H 2, Cl 2, N 2 b. NaOH, KCl, MgS c. C 12 H 22 O 11, CH 3 COOH, H 2 SO 4, LiAlH 4, K 2 Cr 2 O 7, d. Al 2 (SO 4 ) 3, (NH4) 2 Cl 6. Indique a quantidade da matéria, em moles, existente em: a. 20g de NaOH b. 35,5g de Cl 2 c. 208g de BaCl 2

2 7. Uma amostra de cloro gasoso contém 8,98 x átomos de Cl. Quantos mols de átomos de cloro estão contidos nesta amostra? 8. Um pedaço de ouro tem uma massa de 12,6 g. Quantos mols de átomos de ouro estão presentes? 9. Quantos átomos estão presentes em um pedaço de ferro que tem uma massa de 65,0 gramas? (Massa atômica: Fe =55,8). 10. Uma dada embalagem de sal de cozinha comercial com reduzido teor de sódio, o chamado "sal light", traz a seguinte informação: "Cada 100g contém 20 g de sódio...". Calcule a percentagem (em massa) de NaCl nesse sal. (Massas molares [g/mol] Na = 23 ; NaCl = 58); 11. O carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ), utilizado na fabricação do vidro, é encontrado em quantidades mínimas. Ele, entretanto, pode ser obtido a partir de produtos naturais muito abundantes: o carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e o cloreto de sódio (NaCl) como mostra a equação: CaCO 3 + NaCl Na 2 CO 3 + CaCl 2 Determine quantos moles de Na 2 CO 3 estão presentes em 159 g desse sal. (massas atómicas Na = 23; C = 12; O = 16); 12. De um cilindro contendo 640 g de gás metano (CH 4 ) foram retiradas 12, moléculas. Quantos moles do gás restaram no cilindro? (massas atômicas: C= 12 ; H= 1) 13. O crómio é obtido por aluminotermia, usando o óxido de crómio III (Cr 2 O 3 ), proveniente do minério cromita (FeO.Cr 2 O 3 ), de acordo com a equação da reacção: Cr 2 O 3 + Al Cr + Al 2 O 3 Calcule a massa de crómio obtida a partir de uma tonelada de óxido de crómio (III). 14. Calcule a massa de oxigénio necessária para reagir com 2,4 x moléculas de hidrogénio na obtenção de água. 15. Uma amostra de nitrogénio gasoso contém 4,63 x átomos de N. Quantos moles de átomos de N apresenta? 16. Calcule a massa atómica do elemento X, dado que 2,02 x l0 6 átomos de X têm uma massa de 1,70 x 10 8 u.

3 17. Qual é a massa em gramas de cada um dos itens seguintes: (a) 1 mol de átomos de Cl, (b) 1 mol de átomos de Ag, (c) 3,46 moles de átomos de enxofre, (d) 6,02 x átomos de cálcio 18. Calcule a massa atômica do elemento Z, dado que 2,14 x 10-3 mol de átomos de Z têm uma massa de 9,11 x 10-2 g 19. Quantos átomos estão presentes em: (a) 27,0 g de Al? (b) 23,0 g de Cr? (c) 146 g de Lu? (d) 0,00143 g de Mg? 20. Quantos mols estão presentes em cada item? (a) 52,0 g de Cr, (b) 44,0 g de CO 2 (c) 1,00 g de CH 4 (d) 122 g de C 6 H 12 O Qual é a massa expressa em gramas de: (a) 0,475 mol de NO 2 (b) 8,85 x moléculas de NO 2, (c) 1 molécula de NO Análise de clorato de potássio, um composto químico usado na confecção de roupas a prova de fogo, indica que é 31,90% K, 28,93% Cl e 39,17%O em massa. Qual é a fórmula empírica do clorato de potássio? 23. O ácido ascórbico (vitamina C) tem a seguinte análise elementar: 40,91% C, 4,58% H e 54,51% O em massa. Qual é sua fórmula empírica? 24. Adenina, uma importante substância bioquímica, tem massa molecular de 135,1 e contém 44,45% C, 3,73% H e 51,82% N em massa. Qual é sua fórmula molecular? 25. Enuuncie as leis de Lavoisier e de Proust.

4 Parte II: Cálculo estequiométrico com reacção química 1. O alumínio é obtido pela eletrólise da bauxita. Nesse processso, ocorre a formação de oxigénio que reage com um dos elétrodos de carbono utilizados no processo. A equação não balanceada que representa o processo global é: Al 2 O 3 + C CO 2 + Al A partir de dois moles de Al 2 O 3, quantos litros de CO 2 medidos em CNTP e quantos gramas de Al, são produzidos nesse processo. 2. Em alguns fogos de artifício, o alumínio metálico em pó é queimado, libertando luz e calor. Este fenômeno pode ser representado pela equação: Al(s) + O 2 (g) Al 2 O 3 (s); Qual o volume de O 2 nas CNTP, necessário para reagir com 1,0g do metal? (massa atómica: Al=27); 3. A quantidade de dióxido de enxofre libertado numa fundição pode ser controlada fazendo-o reagir com carbonato de cálcio, conforme a equação da reacção representada a seguir: CaCO 3 (s) + SO 2 (g) + O 2 (g) CaSO 4 (s) + CO 2 (g) Calcule a massa de carbonato de cálcio, expressa em kg, necessária para absorver 3,2 toneladas de SO 2. Dados: Massas Molares: CaCO 3 = 100g/mol CaSO 4 = 136g/mol SO 2 = 64g/mol CO 2 = 44g/mol O 2 = 32g/mol. 4. Um produto comercial empregado na limpeza de esgotos contém pequenos pedaços de alumínio, que reagem com NaOH para produzir bolhas de hidrogênio. A reacção que ocorre é expressa pela equação: Al + NaOH + H 2 O H 2 + NaAlO 3. Calcular o volume de H 2, medido a 0 C e 1 atmosfera de pressão, que será libertado quando 0,162g de alumínio reagirem totalmente. Dados: Massas atômicas: Al=27; H=1; Volume molar em CNTP = 22,4 litros 5. A equação balanceada a seguir representa a reacção de decomposição térmica do KClO 3.

5 Determine, em litros, o volume de O 2 produzido pela decomposição térmica de 245,2g de KClO 3, nas CNTP, expressando o resultado com dois algarismos significativos. Massas atómicas: K = 39 u Cl = 35,5u O = 16 u 6. Descargas eléctricas provocam a transformação do oxigénio (O 2 ) em ozono (O 3 ). Quantos litros de oxigénio, medidos nas CNTP, são necessários para a obtenção de 48,0 g de ozono? (Massa atómica: O = 16,0 g) 7. O medicamento Pepsamar Gel, utilizado no combate à acidez estomacal, é uma suspensão de hidróxido de alumínio. Cada ml de Pepsamar Gel contém 0,06 g de hidróxido de alumínio. Calcule a massa de ácido clorídrico do suco gástrico que é neutralizada, quando uma pessoa ingere 6,50 ml desse medicamento. Dados: massas atómicas: Al = 27; O = 16; H = 1. HCl + Al(OH) 3 AlCl 3 + H 2 O 8. Uma das maneiras de produzir gás metano é reagir carbeto de alumínio (Al 4 C 3 ) com água, de acordo com a equação não-balanceada: Al 4 C 3 (s) + H 2 O(l) Al(OH) 3 (aq) + CH 4 (g) Reagindo-se 288,0 gramas de carbeto de alumínio completamente com a água, calcule o volume, em litros, de gás metano produzido por essa reacção, nas CNTP. Dados: Al = 27; C = 12; O = 16; H = A uréia - CO(NH 2 ) 2 - é uma substância utilizada como fertilizante e é obtida pela reacção entre o gás carbónico e amónia, conforme a equação: CO 2 (g) + NH 3 (g) CO(NH 2 ) 2 (s) + H 2 O(g) Sabendo-se que 89,6 litros de gás amónia reagem completamente no processo com o gás carbónico, nas CNTP, calcule a a massa de uréia obtida, em gramas. Dados: C= 12; N = 14; O = 16; H = Fazendo reagir ácido clorídrico em excesso com carbonato de cálcio foram obtidos 3,1 litros de gás na CNTP. Qual a massa em gramas do gás obtido? HCl + CaCO 3 - CaCl 2 + H 2 O + CO 2 (gás)

6 11. As indústrias de cerveja utilizam o gás carbônico na fermentação da maltose (C 12 H 22 O 11 ), presente na cevada, com o objetivo de produzir água gaseificada para fabricação de refrigerantes. As equações das reacções químicas deste processo são mostradas abaixo: C 12 H 22 O 11 + H 2 O 4C 2 H 5 OH + CO 2 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 a. Qual a massa de ácido carbônico obtida a partir de 3,26 kg de maltose? b. Qual o volume ocupado por 4 mols de gás carbônico nas CNTP? 12. Uma maneira de remover dióxido de carbono de naves espaciais é o uso de cal (CaO), que se transforma em carbonato de cálcio (CaCO 3 ). Durante uma viagem espacial foram produzidos 50 kg de CaCO 3. Calcule a quantidade de dióxido de carbono expirada pelos astronautas. (Dados: massas atómicas C= 12 ; Ca = 40 ; O = 16) 13. Na reacção: C(g) + O 2 (g) CO 2 (g) Foram obtidos 44,8 litros de CO 2 nas CNTP. Qual a massa em gramas de carbono que reagiu? 14. Nas estações de tratamento de água, eliminam-se as impurezas sólidas em suspensão através do arraste por flóculos de hidróxido de alumínio, produzidas na reacção representada por: Al 2 (SO 4 ) 3 + Ca(OH) 2 Al(OH) 3 + CaSO 4 Para tratar 1,0 x 10 6 m 3 de água foram adicionadas 17 toneladas de Al 2 (SO 4 ) 3. Qual a massa de Ca(OH) 2 necessária para reagir completamente com esse sal? (Dados: massas molares: Al 2 (SO 4 ) 3 = 342 g/mol; Ca(OH) 2 = 74 g/mol) 15. Fosgênio, COCl 2, é um gás venenoso. Quando inalado, reage com a água nos pulmões para produzir ácido clorídrico (HCl), que causa graves danos pulmonares, levando, finalmente, à morte, por causa disso, já foi até usado como gás de guerra. A equação química dessa reacção é: COCl 2 + H 2 O CO 2 + HCl

7 Calcule a massa de ácido clorídrico que se forma nos pulmões se uma pessoa inalar 198 mg de fosgênio. 16. O gás oxigénio (O 2 ), quando submetido a faíscas eléctricas, é transformado em gás ozono (O 3 ), de acordo com a equação: O 2(g) O 3(g) Se submetermos 60 L de O 2 a esse processo, que volume de O 3 se obtém, nas CNTP? 17. As máscaras de oxigénio utilizadas em aviões contêm superóxido de potássio (KO 2 ) sólido. Quando a máscara é usada, o superóxido reage com o CO 2 expirado libera O 2, necessário à respiração, segundo a equação química (não balanceada): Calcule: KO 2(s) + CO 2(g) K 2 CO 3(s) + O 2(g) a) a massa de KO 2, expressa em miligramas, necessária para reagir com 0,10 mol de CO 2. b) o volume de O 2 liberado nas CNTP, para a reacção de 0,4 moles de KO 2. (massas atómicas: C = 12, O = 16; K = 39; volume molar dos gases (CNTP) = 22,4 L). 24. Dada a reacção: Fe + HCl FeCl 3 + H 2 Calcule o número de moléculas de gás hidrogénio e o volume de H 2, produzidos pela reacção de 112g de ferro. 18. Considere a equação da reacção de combustão do acetileno (não-balanceada): C 2 H 2(g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) Admitindo-se CNTP e comportamento de gás ideal, qual é a soma do número de moles dos produtos obtidos, quando 112 litros de C 2 H 2 reagem com excesso de oxigénio. 19. Dada a reacção não-balanceada: Zn + HCl ZnCl 2 + H 2 Qual o número de moles de átomos de zinco que reagem completamente com 20 mols de ácido clorídrico (HCl)?

8 20. Quando o sulfeto de chumbo, PbS, e o óxido de chumbo, PbO, são aquecidos juntos, os produtos são chumbo metálico e dióxido de enxofre, SO 2 : PbS(s) + 2PbO(s) 3Pb(l) + SO 2 (g) Se 14,0 g de óxido de chumbo reagem de acordo com a equação acima, quantos (a) moles de átomos de chumbo, (b) gramas de chumbo, (c) átomos de chumbo e (d) gramas de dióxido de enxofre são formados? (Massas atômicas: Pb =207; S = 32,1; O=16,0) 21. Quando sulfeto de hidrogénio, H 2 S, queima em excesso de oxigénio, os produtos são água e dióxido de enxofre. Se 16,0g de água é formada em tal reacção, quantos (a) moles de moléculas de O 2, (b) moléculas de O 2, (c) gramas de O 2 são consumidos? (d) quantos gramas de H 2 S são consumidos? 22. Duas substancias X e Y se combinam na proporção de 3 para 1, respectivamente, formando um composto de fórmula XY. A partir de 20g de X, qual é a quantidade da substancia XY obtida? moles de A se combinam com 3 moles de B para formar AB. Quantos moles de B são consumidos na reacção deste com 6 moles de A. 24. A reacção da grafita, C (grafita), com o enxofre, S 8 (rômbico), para formar sulfeto de carbono, CS 2 (liq.), (utilizado como solvente), pode ser representada pela equação não balanceada, a seguir: C (grafite) + S 8 (rômbico) CS 2 (liq) A partir da reacção, responda: a) Qual a quantidade de matéria de sulfeto de carbono, CS 2 (liq.), obtida na reacção completa de 0,5mol de grafita? b) Qual a massa de enxofre, S 8 (rômbico), necessária para fornecer 228g de sulfeto de carbono? 25. Em 1990 foram consumidos, na provincial de Gaza, cerca de 164 mil de cigarros. A massa de um cigarro que é queimada correspondente a aproximadamente 0,85g. Considerando que 40% da massa do cigarro seja do elemento carbono, quantas toneladas de dióxido de carbono (CO 2 ) os fumantes lançaram na atmosfera.

9 Parte III: Cálculo estequiométrico envolvendo reagentes limitante g de NaOH são adicionados a 504g de HNO 3. Indique as massas dos produtos obtidos e a massa do reagente em excesso. (Dados: Massas molares HNO 3 = 63g/mol; NaNO 3 = 85g/mol) NaOH + HNO 3 > NaNO 3 + H 2 O 2. 3,65 g de H 2 e 26,7 g de O 2 são misturados e reagem. Quantos gramas de H 2 O são formados? 3. Termita é uma mistura de alumínio e óxido de ferro (Fe 2 O 3 ). Quando aquecida a uma temperatura suficientemente alta, reage para formar ferro fundido (líquido) e óxido de alumínio sólido (Al 2 O 3 ). Se uma mistura de 10,0 g de Al e 50,0 g de Fe 2 O 3 reage, quantos gramas de ferro são produzidos? (Massas atómicas: Fe = 55,8; Al = 27,0; O = 16,0.) 4. Dióxido de enxofre, SO 2, reage com oxigénio gasoso sob condições apropriadas para formar trióxido de enxofre, SO 3. Para cada um dos seguintes casos, determine o maior número de moléculas de SO 3 que podem ser produzidas a partir das quantidades dadas dos reagentes: (a) 100 moléculas de SO 2 e 100 moléculas de O 2 (b) 400 moléculas de SO 2 e 100 moléculas de O 2 ; (c) 381 moléculas de SO 2 e 185 moléculas de O 2 (d) 185 moléculas de SO 2 e 381 moléculas de O Considere a reacção do problema anterior, para cada um dos seguintes casos, determine o maior número de gramas de SO 3 que poderia ser produzido das quantidades dadas dos reagentes: (a) 0,300 mol de SO 2 e 0,300 mol de O 2 (b) 0,700 mol de SO 2 e 0,300 mol de O 2 (c) 2,61 g de SO 2 e 1,40 g de O 2 (d) 28,4 g de SO 2 e 12,1 g de O 2 6. Suponha que 0,460 moles de ferro, Fe, reagem com 0,290 moles de oxigénio, O 2, para formar óxido de ferro, Fe 2 O 3. Qual substância está presente em excesso? Quantos gramas desta substância encontram-se em excesso?

10 7. Sob apropriadas condições, octano, C 8 H l8, queima em oxigénio para formar dióxido de carbono e água. Se 12,0 g de octano e 50,0 g de oxigénio são misturados e reagem, qual reagente está em excesso? De quanto será esse excesso? 8. Num recipiente foram colocados 15,0g de ferro e 4,8g de oxigénio. Qual é a massa de Fe 2 O 3, formada após um deles ter sido completamente consumido? (Fe = 56; O = 16)

11 Parte IV: Cálculo estequiométrico envolvendo grau de pureza e rendimento (grau de conversão) 1. A obtenção de etanol, a partir de sacarose (açúcar) por fermentação, pode ser representada pela seguinte equação da reacção: C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 2 H 5 OH + CO 2 Admitindo-se que o processo tenha rendimento de 100% e que o etanol seja anidro (puro), calcule a massa (em g) de açúcar necessária para produzir 40 kg de etanol, suficiente para encher um tanque de um automóvel. (Massas molares: sacarose = 342 g/mol; etanol = 46 g/mol) 2. Hidreto de lítio pode ser preparado segundo a reacção expressada pela equação química: Li(s) + H 2 (g) LiH(s) Admitindo que o volume de hidrogénio é medido nas CNTP, calcule: a) A massa de hidreto de lítio que pode ser produzida na reacção com 11,2L de hidrogénio; b) O rendimento (em percentagem) da reacção se, com as quantidades de reagentes acima indicadas, ocorrer a formação de 6,32g de LiH. Massas molares (g/mol): Li = 6,90; H = 1, A reacção entre amônia e metano é catalisada por platina. Formam-se cianeto de hidrogênio e hidrogênio gasosos. a) Escreva a equação química balanceada da reacção. b) Calcule as massas dos reagentes para a obtenção de 2,70kg de cianeto de hidrogénio, supondo-se 80% de rendimento da reacção. (massas molares, em g/mol: H = 1; C = 12; N =14) 4. O dióxido de nitrogênio (NO 2 ) contribui para a formação da chuva ácida como resultado de sua reacção com o vapor de água da atmosfera. Os produtos dessa reacção são o ácido nítrico e o monóxido de nitrogénio (NO). a. Escreva a equação química balanceada da reacção. b. Calcule a massa do ácido nítrico que se forma, quando 13,8g de NO 2 reagem com água em excesso.

12 5. O sulfato de cálcio (CaSO 4 ) é matéria-prima do giz e pode ser obtido pela reacção entre soluções aquosas de cloreto de cálcio e de sulfato de sódio (conforme reacção abaixo). Sabendo disso, calcule a massa de sulfato de cálcio obtida pela reacção de 2 mols de cloreto de cálcio com excesso de sulfato de sódio, considerando-se que o rendimento da reacção é igual a 75 %. CaCl 2 (aq) + Na 2 SO 4 (aq) CaSO 4 (s) + NaCl(aq) 6. Num processo de obtenção de ferro a partir da hematita (Fe 2 O 3 ), considere a equação não-balanceada: Fe 2 O 3 (s) + C (s) Fe (s) + CO Utilizando-se 4,8 toneladas de minério e admitindo-se um rendimento de 80%, calcule a quantidade do ferro produzido. Massas atômicos: C = 12; O = 16; Fe = O cobre é um metal encontrado na natureza em diferentes minerais. Sua obtenção pode ocorrer pela reacção da calcosita (Cu 2 S) com a cuprita (Cu 2 O), de acordo com a equação da reacção: Cu 2 S + Cu 2 O Cu + SO 2 Numa reacção com 60% de rendimento, determine a massa de cobre em g obtida a partir de 200g de calcosita com 20,5 % de impureza (massas atómicas Cu = 63,5; S = 32 ; O = 16) 8. Uma amostra contendo 2,10 g de carbonato de magnésio (MgCO 3 ) foi tratada com ácido clorídrico (HCl) obtendo-se 476 ml de gás carbónico, medidos nas CNTP. Determine o rendimento da reacção (massas atómicas: Mg = 24; C = 12; O = 16). MgCO 3 + HCl MgCl 2 + H 2 O + CO 2 9. Calcule o volume, em litros, de CO 2 medido nas CNTP, obtido pela pirólise de 600 g de CaCO 3 contendo 75% de pureza. 10. Qual a massa de água obtida pela reacção de 20,16 L de gás oxigénio com etanol, numa combustão completa, em CNTP? (m. at. C=12; H = 1; O =16).

13 11. Para obtenção do gás nitrogénio em laboratório, utiliza-se a decomposição térmica do nitrito de amónio, segundo a reacção : (m. at. N= 14 ; O= 16 ; H= 1) NH 4 NO 2 N 2 + H 2 O Sabendo-se que a partir de 3,2 g de nitrito de amónio obteve-se 0,896 litros de gás nitrogênio, em CNTP, calcule o rendimento da reacção. 12. É possível obter gás oxigénio em laboratório pela decomposição térmica do clorato de potássio, segundo a equação da reacção : KClO 3 KCl + O 2 Usando-se clorato de potássio a 100% de pureza e considerando que a reacção tenha um rendimento de 100% qual massa de KClO 3 necessária para se obter um volume de 6,72 L de O 2, em CNTP? 13. Retira-se uma amostra de 200g de NaOH com 80% de pureza contido em um frasco. Qual é a massa de H 2 SO 4 necessária para neutralizar o NaOH presente nessa amostra. 14. Calcule a massa de CaO produzida pela decomposição térmica de 200g de CaCO 3 com rendimento de 80% g de enxofre reagem com oxigénio produzindo 128g de SO 2. Determine o rendimento da reacção. 16. Encontrou-se uma amostra de mármore (CaCO 3 ), cuja pureza era de 60%. Decompondose 50g dessa amostra, obteve-se cal virgem (CaO) e libertação de gás carbónico (CO 2 ). Admitindo-se um rendimento de 70% para essa reacção, qual a quantidade de gás carbónico, em mol, obtida? 17. Fazendo-se reagir 4 litros de N 2 com 9 litros de H 2 em condições de pressão e temperatura constantes, estime a quantidade do NH 3 formado e indique os reagentes em excesso e limitante. 18. Combustível e importante reagente na obtenção de amônia e compostos orgânicos saturados, o hidrogênio pode ser obtido pela reacção: NaH (s) + H 2 O (l) NaOH (aq) + H 2 (g) Quantos litros do gás, nas condições ambiente, podem ser obtidos pela hidrólise de 60,0g de hidreto de sódio?