P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 20/05/06

Transcrição

1 - ROVA DE QUÍMICA GERAL - 0/05/06 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 0,0 Constantes: R 8,34 J mol - K - 0,08 atm L mol - K - atm L 0,35 J ln[ A] t t + ln[ A t + [ A] t [ A ] 0 ] 0 ln Ea R T T ln ΔΗ R T T ΔE ΔU q + w ΔG ΔH - TΔS ΔG ΔG + RT lnq

2 a Questão A sacarose, um açúcar de carbonos, é hidrolisada segundo a reação abaixo: C H O (s) + H O(l) C 6 H O 6 (aq) a) Como se pode medir experimentalmente a velocidade de uma reação química? b) Defina velocidade de reação. c) Calcule a constante de velocidade a 0 C sabendo que a 37 C a constante de velocidade é,0 x 0-3 L mol - s - e que a reação é de ª ordem. d) Qual é a percentagem de sacarose que reagiu, num reator de,0 L, após hora de reação, a 37 C, sabendo que a concentração inicial é de 0,0 g L -. Dado: E a 08 J mol -

3 Resolução: a) Acompanharia/mediria a formação/concentração dos produtos ou o desaparecimento do reagente b) É a variação da concentração de produtos (+) ou reagentes (-) em função do tempo c) ln E a 6,97 L mol s R T T d) MM ( x ) + ( x ) + ( x 6) 34 g mol - mol 34 g 0,058 mol 0 g ª ordem A t t + A 0 x 0 At 3 L mol s t 3600s s +.L 0,058mol x 0-3 L mol s 3,6 + 7,4 0,84 Após h : Reagiu : A t 0,048 mol/l 0,058 0,048 0,0 0,058 7,7% 00%

4 a Questão Em uma das etapas da síntese comercial do ácido sulfúrico tem-se a seguinte reação: catalisador SO (g) + O (g) SO 3 (g) a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, K p, da reação acima, nas condições padrão. b) Considerando um reator de,50 L a 5 C, diga em que direção a reação acima ocorrerá no momento em que a composição da mistura reacional for 0,40 mol de SO, 0,8 mol de O e 0,7 mol de SO 3. c) Usando o princípio de Le Châtelier, diga o que acontece com a concentração de SO 3 quando há um aumento de temperatura. Justifique. d) Qual é o efeito do aumento da temperatura e da presença de um catalisador na energia de ativação? e) O que ocorre com a constante de equilíbrio na presença de um catalisador? Comente. Dados: Substância ΔH o f (J mol - ) S o (J K - mol - ) SO (g) -96,8 48, O (g) 0 05,0 SO 3 (g) -395,7 56,6

5 ΔH Reação n ΔH f - n ΔH f R [x(-395,7]-[x(-96,8)] (-79,4)-(-593,6) -97,8 J Resolução: ΔS Reação [x(56,6)]-[(05,0) + (x(48,)] ΔG ΔH -TΔS [53,]-[70,] -88J/K -0,88J/K ΔG -97,8-(98.(-0,88) -97,8 + 56,0-4,8 J ΔG RT log K p -4, x 8,34 x log K p b) SO O Q SO 3 4,85 log K p K p 0 4,85 7, x 0 4 n RT V 0,8 x 0,08 x 98,76 atm,50 0,40 x 0,08 x 98 3,9atm,50 SO3 SO O 0,7,50L x 0,08 x 98 7,04 atm (7,04),85 < K (3,9) (,76) Logo a reação irá para a direita Ou ΔG ΔG +,303 RT log Qp -4,8 +,303. 8,3 x log,85-4,8 +,5-40,3 <0 p

6 c) aumentando a temperatura favorece a reação endotérmica (reação inversa). ara favorecer a reação exotérmica (reação para a direita) é necessária baixas temperaturas. ortanto esta mistura em equilíbrio terá baixas concentrações de SO 3 a altas temperaturas; isto é a conversão de SO para SO 3 é mais favorecida a baixas temperaturas. d) A energia de ativação continua a mesma com o aumento da temperatura. A presença do catalisador baixa a energia de ativação mudando o mecanismo e a velocidade da reação. e) Não é alterada. A adição de um catalisador na reação aumenta ambas as constantes de velocidade, d e c. Como d e c aumentam pelo mesmo fator, a sua razão d/c que é o valor da constante de equilíbrio não é alterada.

7 3 a Questão Gasolina e álcool têm sido muito usados no Brasil como combustíveis. Na comparação entre combustíveis, dois aspectos devem ser levados em conta: o calor liberado em sua queima e o preço. Considere as reações de combustão do álcool () e da gasolina (), representadas pelas equações abaixo: () CH 3 CH OH(l) + 3O (g) CO (g) + 3H O(l); ΔH R -367,3 J mol - () C 8 H 8 (l) + 5O (g) 6CO (g) + 8H O(l); ΔH R -094,4 J mol - a) Calcule a variação de energia interna na queima de mol de etanol à pressão constante e à 5 C. b) Sabendo-se que a densidade do álcool é 0,79 g L - e que a densidade da gasolina é 0,70 g L -, diga qual desses dois combustíveis é o mais econômico em relação à variação de entalpia. Considere que o preço do álcool é 65% do preço da gasolina. c) Considere agora que o preço do álcool é 75% do preço gasolina e compare o resultado com a resposta do item anterior. Mostre com cálculos.

8 Resolução: a) w - Δn RT w - (-). 8,34 J. K - mol - 98 K,48 J mol - ΔU q + w ΔU - 367,3 J mol - +,48 J mol ,8 J mol - para mol de EtOH ara mol de EtOH: ΔU - 79,6 J mol - b) m Al 0,79 g L -. L 0,79 g 0,79 x 0 3 g 3 0,79 x 0 g 46 g mol nal 7,7 mol q Al -367,3 J mol -. 7,7 mol J m gas 0,70. 0,70 x 0 3 g n 0,70 x gas 6,4 mol q gas -5470,7. 6, J Se o álcool for vendido a 65% do preço da gasolina ,65-834,8 J o álcool é mais eficiente. c) se for 75% , J a gasolina é mais eficiente.

9 4 a Questão Uma caverna com um ambiente químico muito peculiar foi descoberta no México. Nessa caverna, gás sulfídrico reage com oxigênio produzindo ácido sulfúrico, segundo a reação abaixo. H S(g) + O (g) H SO 4 (l) a) Calcule ΔH o, ΔS o, ΔG o e diga se a reação é espontânea ou não. b) A reação é mais favorecida pela entropia ou pela entalpia? Justifique. c) Explique o efeito da temperatura sobre essa reação. Dados: Substância ΔH o f (J mol - ) S o (J K - mol - ) H S(g) -0,63 05,79 O (g) 0 05,4 H SO 4 (l) -83,99 56,90 Resolução: a) (ΔH o ) reação [(-83,99) (-0,63)] J -793,36 J (ΔS o ) reação [(56,90) (05,79 + x05,4)] J/K -459,7 J/K -0,4597 J/K (ΔG o ) reação [-793,36 98 x (-0,4597)] J -656,56 J Como (ΔG o ) reação é negativo, a reação é favorável a formação do ácido sulfúrico b) A variação da entropia é negativa, como esperado, já que a uma redução do número de mols das espécies gasosas, ou seja, considerando a variação da entropia ela não é favorável ao produto. or outro lado, (ΔH o ) reação é negativo, ou seja, a reação é exotérmica, levando o sistema a uma posição mais favorável do ponto de vista energético. Assim sendo, a força-motriz da reação é a entalpia. c)como o ΔH < 0 (negativo), o ΔS < 0 (negativo) e o ΔG <0 (negativo) a reação é espontânea a baixas temperaturas