QUIM II MATERIAIS P3 1S 2017

Transcrição

1 QUIM II MATERIAIS P3 1S 217 1) Compare e explique o que ocorrerá com a temperatura de duas amostras após cada uma ganhar 12J de calor em volume constantes. Sabendo-se que uma amostra é 1 mol de N 2 e a outra é 1 mol de CH 4, que estão em balões idênticos nas separados, cuja temperatura inicial é 5 K. 2) É liberado uma energia de 67 kj.mol -1 na formação do trinitro-tolueno (TNT). Sabendo-se que a densidade do TNT é igual a 1,65 g.cm -3, calcule a entalpia liberada por litro na queima completa do TNT, cuja fórmula molecular é C 7 H 5 N 3 O 6. 3) Analise e discuta a transformação cis-trans do ácido maléico (cis-1,4-butanodióico) em ácido fumárico (trans-1,4-butanodiócio), sabendo-se que na combustão do ácido maléico e do ácido fumárico é liberado, respectivamente, 1355,2 kj.mol -1 e 1334,7 kj.mol -1. ácido fumárico ácido maléico 4) Os amino-ácidos são oxidados por oxigênio molecular, dentro dos organismos vivos, produzindo uréia sólida, CO(NH 2 ) 2, gás carbônico e água líquida. a) Calcule a entalpia da oxidação da glicina sólida, C 2 H 5 O 2 N, e da alanina sólida, C 3 H 7 O 2 N, utilizando a entalpias de formação da tabela do apêndice 2. b) Compare e analise a espontaneidade entre as reações do ponto de vista entálpico e entrópico. 5) Analise os dados da Tabela de capacidades caloríficas (Cp) abaixo e responda: Substância Cp (J. o C -1.g -1 ) Água sólida 2,3 Água gasosa 2,1 Água líquida 4,184 Etanol líquido 2,42 a) Explique porque a água sólida apresenta um Cp próximo do Cp da água gasosa. b) Explique porque o Cp da água líquida é aproximadamente o dobro dos valores de capacidade calorífica da água sólida. c) Explique porque a água líquida apresenta maior capacidade calorífica específica que o etanol líquido. d) Calcule, compare e explique a diferença da capacidade calorífica molar entre a água líquida e o etanol liquido.

2 QUIM II / Materiais Prova 3 2S/216 1) Explique a teoria das Colisões e porque ela não é adequada para sistemas reais e a teoria do Complexo ativado nesse contexto. 2) O dissulfeto de carbono pode ser preparado a partir de coque (uma forma impura de carbono) e do enxofre elementar: 4 C(s) + S 8 (s) 4 CS 2 (l) H o = +358,8 kj (a) Calcule o calor absorvido na reação de 197g de carbono com excesso de enxofre. (b) Se o calor fornecido para a reação for de 415 kj, quantos mols de CS 2 serão produzido? 3) Calcule a entalpia de formação do Trinitro-tolueno (TNT, C 7 H 5 N 3 O 6 ), sabendo-se que a explosão (queima completa) de 1Kg de TNT libera 1453KJ de energia. Dados : H f (H 2 O (g) ) = -241,82 kj/mol, H f (CO 2 (g) ) = -393,51 kj/mol 4) Observe os dados da Tabela abaixo e responda: Cp (J.ºC -1.g -1 ) Cp m (J.K -1.mol -1 ) H vap º (kj/mol) Água líquida 4,184 43,5 Benzeno líquido 136 3,8 a) Complete os dados da Tabela, apresente todas as contas necessárias. b) Após o preenchimento da Tabela, explique a diferença entre os valores de Cp. c) Após o preenchimento da Tabela, explique a diferença entre os valores de Cp m. d) Explique a diferença entre o calor específico molar e a entalpia de vaporização. 4) Duas amostras, uma de 1 mol de N 2 e a outra de 1 mol de CH 4, estão em balões idênticos nas separados, cuja temperatura é 5 K. Cada um deles ganha 12 J de calor em volume constante. a) Será que a temperatura final das duas amostras é a mesma? Se não, qual dos dois chega à temperatura mais alta? Justifique o seu raciocínio. b) Esse calor medido é a entalpia, energia interna ou o calor? Justifique o seu raciocínio, baseando-se na análise das seguintes equações: C = q, sob vácuo T C v = U, para volume constante T C p = H, para pressão constante T 2

3 MATERIAIS - QUIM II P3 2S 214 1) Explique a diferença na capacidade calorífica entre a água sólida (2,3 J.( o C) -1.g -1 ), líquida (4,184 J.( o C) -1.g -1 ) e gasosa (2,1 J.( o C) -1.g -1 ). 2) Duas amostras, uma de 1 mol de N 2 e a outra de 1 mol de CH 4, estão em balões idênticos e separados, cuja temperatura é 5 K. Cada um deles ganha 12 J de calor em volume constante. a) Será que a temperatura final das duas amostras é a mesma? Se não, qual dos dois chega à temperatura mais alta? Justifique o seu raciocínio. b) Esse calor medido é a entalpia? Justifique o seu raciocínio. 3) Calcule a entalpia de reação da formação do cloreto de alumínio anidro, a partir da reação do alumínio metálico com gás cloro. Utilize as seguintes informações: a reação de um mol de alumínio metálico com ácido clorídrico aquoso com a formação de cloreto de alumínio aquoso e gás hidrogênio libera 149 kj de energia; a transformação de 1 mol de cloreto de hidrogênio gasoso em ácido clorídrico aquoso libera 74,8 kj de energia; a reação de 1 mol de gás hidrogênio com gás cloro com a formação de cloreto de hidrogênio gasoso libera 185 kj de energia; a transformação de 1 mol de cloreto de alumínio anidro sólido em cloreto de alumínio aquoso libera 323 kj de energia. 4) Sabendo-se que a explosão (queima completa) de 1Kg de Trinitro-tolueno sólido (TNT, C 7 H 5 N 3 O 6 ) libera 1453KJ de energia e a entalpia de formação padrão da água e do gás carbônico são, respectivamente, - 241,82 kj/mol e -393,51 kj/mol, responda: a) Escreva a reação balanceada da explosão de 1 kg de TNT com a sua respectiva energia liberada; b) Calcule a entalpia de formação padrão do TNT sólido. 5) Uma amostra de água do mar contém cátions de magnésio,5 mol.l -1 e cátons de cálcio,1 mol.l -1. Use as informações da Tabela 11.4 para: a) determinar e justificar a ordem em que cada íon precipita com a adição progressiva de hidróxido de sódio sólido. b) calcular o ph quando a precipitação de cada um deles começar. Suponha que não há mudança de volume com a adição de hidróxido de sódio. 3

4 Química II P3 1S/214 Questão 1. Duas amostras, uma de 1 mol N 2 e a outra de 1 mol CH 4, estão em balões idênticos mas separados, cuja temperatura é 5 K. Cada um deles ganha 12 J de calor em volume constante. Faça uma análise comparativa entre essas amostras. Questão 2. As entalpias padrão de combustão da grafita e do diamante são -393,51 KJ.mol -1 e -395,41 KJ.mol -1, respectivamente. Calcule a variação na entalpia molar da transição grafita diamante. Questão 3. Explique detalhadamente o significado do resultado obtido na questão 2. Questão 4. Analise os dados da Tabela de capacidades caloríficas (Cp) abaixo e responda: Substância Cp (J. o C -1.g -1 ) Cp (J.K. mol -1 ) Água sólida 2,3 Água gasosa 2,1 Água líquida 4,184 Etanol líquido 2,42 e) Explique porque a água sólida apresenta um Cp próxido do Cp da água gasosa. f) Explique porque o Cp da água líquida é aproximadamente o dobro dos valores de capacidade calorífica da água sólida. g) Calcule a capacidade calorífica molar da todas as substâncias e preencha a Tabela. h) Explique porque a água líquida apresenta maior capacidade calorífica específica que o etanol líquido. i) Compare e explique a diferença da capacidade calorífica molar entre a água líquida e o etanol liquido. 4

5 Química II P3 2S/213 o RT E E ln Q, nf i Q n. F t t, R = 8,315 J.K -1.mo1-1, F = C.mol -1 1) Num banho eletrolítico, conectou-se no anodo um pedaço de fio de cobre e no catodo um pedaço de arame de ferro. O peso inicial do fio de cobre era de 1,5432 g e do pedaço de arame era de,7347 g. O banho eletrolítico foi inicialmente preparado com 2, g de NaCl em 25 ml de água destilada com ph = 7. Em seguida, realizou-se uma eletrólise com um conversor de voltagem de 12 V e 5 ma. Após 2 minutos de eletrolise, responda: a) Estime o valor teórico da massa do fio de cobre e do pedaço de arame. b) Qual será o ph do meio? Explique. c) Escreva todas as reações de oxido-redução que poderiam ocorrer na eletrólise descrita. d) Explique porque não é possível ocorrer a formação do sódio metálico nesse sistema. 2) Com relação ao sistema da questão 1, quanto tempo aproximadamente seria necessário para terminar o processo de eletrólise do sistema proposto? Explique. 3) Calcule a massa estequiométrica de alumínio metálico que poderia reagir com 25 ml de ácido nítrico 2 molar. 4) Explique a resistência química dos aços inoxidáveis e porque essa resistência diminui no cordão de solda. 5) Escreva todas as etapas (mecanismo) da corrosão do ferro exposto ao ambiente e explique como a formação da ferrugem acelera o processo de corrosão. Sabendo que a etapa da formação da ferrugem é da seguinte forma: 2Fe 3+ (aq) + 4H 2 O (l) Fe 2 O 3.H 2 O (s) +6H + (aq). 5

6 Química II P3 1S/213 1) A oxidação de nitrogênio gerado no exaustor quente de motores de jatos e de automóveis ocorre pela reação: N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) Hº= +18,6 kj a. Calcule o calor envolvido na formação de 1,55 mol de NO. b. Quando a oxidação do nitrogênio a monóxido de nitrogênio foi completada em um calorímetro de bomba, o calor absorvido medido foi igual a 492 J. Calcule a massa de nitrogênio oxidada. c. Calcule o calor absorvido na oxidação de 5,45 L de nitrogênio, em 1, atm a ºC. 2) As entalpias de combustão da grafita e do diamante são, respectivamente, -393,51 kj/mol e -395,41 kj/mol. A entalpia molar da transição grafita diamante é endotérmica ou exotérmica? Calcule o valor dessa entalpia e relacione o valor obtido com a mudança na estrutura da matéria. 3) Observe os dados abaixo e responda: Cp (J.ºC -1.g -1 ) Cp m (J.K -1.mol -1 ) H vap º (kj/mol) Água líquida 4, ,5 Benzeno líquido 1, ,8 a. Interprete o Cp entre a água líquida e o benzeno e explique a diferença nesses valores. b. Interprete o Cp m entre a água líquida e o benzeno e explique a diferença nesses valores. c. Explique a diferença entre o calor específico molar e a entalpia de vaporização. d. Explique a diferença entre os valores de H vap º entre a água e o benzeno. 4) Entre a água líquida e o benzeno líquido, qual dessas substâncias apresenta maior entropia? De acordo com a sua resposta, o calor específico é diretamente proporcional ou inversamente proporcional com a entropia? Explique todo o seu raciocínio. 5) Para entender como uma reação química acontece é necessário analisar as variáveis termodinâmicas e cinéticas. Explique esta afirmação. 6

7 Tabela 1. QUIM II Prova 3 2S/212 Capacidade calorífica H vaporização H fusão Substâncias J.( o C) -1.g -1 J.K -1.mol -1 kj.mol -1 kj.mol -1 2,3 (sólido) água 4,184 (líquido) 2,1 (vapor) 44, 6,1 benzeno 1,5 (líquido) 3,8 1,59 1) Explique a diferença na capacidade calorífica entre a água sólida, líquida e gasosa. 2) Qual é a diferença entre H fusão e H vaporização com a capacidade calorífica? Explique a partir da comparação entre água e benzeno. 3) Por que a capacidade calorífica das substâncias pode ser descrita por três equações matemáticas diferentes dependendo das condições experimentais? C = q, sob vácuo C T v = U, para volume constante C T p = H, para pressão constante T 4) Analise e compare as velocidades de consumo dos reagentes e velocidade da reação global entre a reação de neutralização de ácido sulfúrico com hidróxido de alumínio com a reação de neutralização de ácido sulfúrico com hidróxido de sódio. 5) Quais são os principais fatores que influenciam a velocidade de uma reação e qual a relação desses fatores com as teoria das Colisões e a teoria do Complexo ativado? QUIM II Prova 3 1S/212 1) A glicina (NH 2 CH 2 COOH) sólida pode reagir com o oxigênio, no organismo, formando a uréia (H 2 NCONH 2 ) sólida, dióxido de carbono gasoso e água líquida. Será que essa reação é uma fonte de calor para o corpo? Justifique. 2) Quando,113 g de benzeno, C 6 H 6, queimam em excesso de oxigênio, em um calorímetro de pressão constante calibrado, cuja capacidade calorífica é de 551 J/ o C, a temperatura do calorímetro aumenta 8,6 o C. Escreva a equação termoquímica e calcule a entalpia da reação da equação balanceada. 3) Na reação reversível, em uma etapa, 7

8 2A B + C, a constante de velocidade da reação direta de formação de B é 265 L.mol -1.min -1, e a constante da velocidade da reação inversa é 392 L.mol -1.min -1. A energia de ativação da reação direta é 39,7 kj.mol -1 e a da reação inversa é 25,4 kj.mol -1. Calcule a constante de equilíbrio e discuta sobre o seu valor, relacionando com as concentrações dos produtos e reagentes e as constantes de velocidade. 4) Analise e discuta as seguintes afirmações. (a) Um catalisador muda a trajetória de uma reação de modo a torná-la mais exotérmica. (b) Um catalisador deve ser cuidadosamente escolhido de modo a aumentar a quantidade de produtos. 5) Considere a reação: C 4 H 9 Br(aq) + OH - (aq) C 4 H 9 OH(aq) + Br - (aq). Quando a concentração de C 4 H 9 Br dobra, a velocidade da reação aumenta 2 vezes. Quando as concentrações de C 4 H 9 Br e OH -1 dobram, o aumento da velocidade é o mesmo, isto é, duas vezes. Determine a ordem da velocidade de cada reagente e interprete o seu significado com relação à velocidade de reação. QUIM II Prova 3 1S/211 1) Calcule a entalpia de reação da formação do cloreto de alumínio anidro, 2 Al (s) + 3 Cl 2(g) 2 AlCl 3(s) a partir dos seguintes dados: 2Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl 3(aq) + 3H 2(g) H o = -149 KJ HCl (g) HCl (aq) H o = -74,8 KJ H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) H o = -185 KJ AlCl 3(s) AlCl 3(aq) H o = -323 KJ 2) Calcule a entalpia de formação do Trinitro-tolueno (TNT), sabendo-se que a explosão (queima completa) de 1Kg de TNT libera 1453KJ de energia. 4 C 7 H 5 N 3 O 6(s) + 21 O 2(g) 28 CO 2(g) + 1 H 2 O (g) + 6 N 2(g) Dados : H f (H 2 O (g) ) = -241,82 kj/mol, H f (CO 2 (g) ) = -393,51 kj/mol 3) Duas amostras, uma de 1 mol de N 2 e a outra de 1 mol de CH 4, estão em balões idênticos nas separados, cuja temperatura é 5 K. Cada um deles ganha 12 J de calor em volume constante. 8

9 a) Será que a temperatura final das duas amostras é a mesma? Se não, qual dos dois chega à temperatura mais alta? Justifique o seu raciocínio. b) Esse calor medido é a entalpia? Justifique o seu raciocínio. 4) Na reação reversível, em uma etapa, 2A B + C, a constante de velocidade da reação direta de formação de B é 265 L.mol -1.min -1, e a constante da velocidade da reação inversa é 392 L.mol -1.min -1. A energia de ativação da reação direta é 39,7 kj.mol -1 e a da reação inversa é 25,4 kj.mol -1. a) Explique se o valor da constante de equilíbrio deve ser maior, menor ou igual a 1, sem utilizar relações matemáticas e somente através da análise conceitual dos valores da constante de velocidade e da energia de ativação apresentados. b) Qual e a ordem da reação inversa e direta? Justifique a sua resposta. 5) Explique o que é a teoria das colisões e quais são suas contribuições e limitações com relação a sistemas reais? QUIM II Prova 3 2S/21 2Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl 3(aq) + 3H 2(g) H = -149 kj AlCl 3(s) AlCl 3(aq) H = -323 KJ HCl (g) HCl (aq) H = -74,8 KJ H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) H = -185 KJ 2 NO (g) + 3 O 2(g) 2N 2 O 5(g) H = -338,2 kj H f (NO) = +9,25 kj/mol H f (NO 2 ) = +33,18 kj/mol R =,82 L.atm.mol -1.K -1 Questão 1. Calcule o calor envolvido na reação de óxido-redução de 15 g de alumínio com 15 g de gás cloro, cujo o produto é o cloreto de alumínio sólido. Questão 2. Num experimento, qual será o calor medido da decomposição completa de 2L de gás N 2 O 5, a 2,5 atm e 2 o C, sabendo-se que os produtos formados são dióxido de nitrogênio gasoso e oxigênio gasoso? Questão 3. Analise, discuta e explique os valores da tabela abaixo relacionando com a estrutura da matéria. Sólidos (J.g -1.K -1 ) (J.mol -1.K -1 ) Alumínio, Al,897 24,2 Ferro, Fe,

10 Ouro, Au,129 25,4 Carbono grafite, C gr,685 8,23 Questão 4. Em cinética química, para uma reação do tipo aa + bb cc o que significa a ordem de uma reação? Como se determina a ordem de uma reação? O que significa reações de ordem zero, primeira ordem, segunda ordem e ordem negativa? Questão 5. De acordo com as teorias termodinâmicas e cinéticas, quais são os requisitos para que uma reação ocorra. Justifique sua resposta. QUIM II Prova 3 2S/21 2Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl 3(aq) + 3H 2(g) AlCl 3(s) AlCl 3(aq) HCl (g) HCl (aq) H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) H = -149 kj H = -323 KJ H = -74,8 KJ H = -185 KJ 2 NO (g) + 3 O 2(g) 2N 2 O 5(g) H = -338,2 kj H f (NO) = +9,25 kj/mol H f (NO 2 ) = +33,18 kj/mol R =,82 L.atm.mol -1.K -1 Questão 1. Calcule o calor envolvido na reação de óxido-redução de 15 g de alumínio com 15 g de gás cloro, cujo o produto é o cloreto de alumínio sólido. Questão 2. Num experimento, qual será o calor medido da decomposição completa de 2L de N 2 O 5, a 2,5 atm e 2 o C? 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) Questão 3. Analise, discuta e explique os valores da tabela abaixo relacionando com a estrutura da matéria. Sólidos (J.g -1.K -1 ) (J.mol -1.K -1 ) Alumínio, Al,897 24,2 Ferro, Fe, Ouro, Au,129 25,4 Carbono grafite, C gr,685 8,23 Questão 4. Em cinética química, o que significa a ordem de uma reação? Como se determina a ordem de uma reação? O que significa reações de ordem zero, primeira ordem, segunda ordem e ordem negativa? 1

11 Questão 5. De acordo com as teorias termodinâmicas e cinéticas, quais são os requisitos para que uma reação ocorra. Justifique sua resposta. Química II - Prova 3 11/12/28 1) Na reação reversível, em uma etapa, 2A B + C, a constante de velocidade da reação direta de formação de B é 265 L.mol -1.min -1, e a constante da velocidade da reação inversa é 392 L.mol -1.min -1. A energia de ativação da reação direta é 39,7 kj.mol -1 e a da reação inversa é 25,4 kj.mol -1. (a) Qual é a constante de equilíbrio da reação? (b) A reação é exotérmica ou endotérmica? (c) Qual será o efeito do aumento da temperatura nas constantes de velocidades direta e inversa e na constante de equilíbrio? 2) Indique quais das seguintes declarações sobre catálise são verdadeiras. Se a declaração for falsa, explique por quê. (a) A constante de equilíbrio de uma reação é maior na presença de um catalisador, mas as constantes de velocidade das reações diretas e inversa diminuem. (b) O catalisador não é consumido durante a reação. (c) Um catalisador muda a trajetória de uma reação de modo a torná-la mais exotérmica.. (d) Um catalisador deve ser cuidadosamente escolhido de modo a mudar o equilíbrio na direção dos produtos. 3) Complete as afirmações seguintes, relativas à produção de amônia pelo processo Haber, cuja reação total é N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g). (a) A velocidade de desaparecimento de N 2 é vezes a velocidade de desaparecimento de H 2. (b) A velocidade de formação de NH 3 é vezes a velocidade de desaparecimento de H 2. (c) A velocidade de formação de NH 3 é vezes a velocidade de desaparecimento de N 2. 4) O dissulfeto de carbono pode ser preparado a partir de coque (uma forma impura de carbono) e do enxofre elementar: 4 C(s) + S 8 (s) 4 CS 2 (l) H o = +358,8 kj (a) Qual é o calor absorvido na reação de 1,25 mol de S 8? (b) Calcule o calor absorvido na reação de 197g de carbono com excesso de enxofre. (c) Se o calor absorvido na reação foi de 415 kj, quanto CS 2 foi produzido? 5) Na preparação de ácido nítrico pela oxidação da amônia, o primeiro produto é óxido nítrico, que é depois oxidado a dióxido de nitrogênio. A partir das entalpias padrão de reação, N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) H o = +18,5 kj 11

12 N 2 (g) + 2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) H o = +66,4 kj Calcule a entalpia de reação da oxidação do óxido nítrico e dióxido de nitrogênio. 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) QUIM II Prova 3 1S/29 1a) Calcule a entalpia de decomposição do pentóxido de dinitrogênio. 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) A partir das seguintes reações: NO(g) + 3/2 O 2 (g) N 2 O 5 H = -169,2 KJ 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 1b) Num experimento, uma quantidade de N 2 O 5 foi colocado num recipiente de,75l. O calor medido da decomposição completa de N 2 O 5 foi de 545 J. Calcule a quantidade de pentóxido de dinitrogênio inicial. 1c) Qual é a lei de velocidade, o valor da velocidade inicial, e o tempo de meia vida da decomposição de N 2 O 5 do experimento do item 1b, sabendo-se que a constante de velocidade dessa decomposição, na temperatura do experimento, é de 5,2 x 1-3 s -1. 2) Concorde ou discorde das seguintes afirmativas e explique por quê. a) No equilíbrio, as constantes de velocidade das reações direta e inversa são iguais. b) O aumento da concentração de um reagente aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta a constante de equilíbrio da reação direta. c) A constante de equilíbrio de uma reação é maior na presença de um catalisador, mas as constantes de velocidade das reações diretas e inversa diminuem. d) Um catalisador muda a trajetória de uma reação de modo a torná-la mais exotérmica. 3) Os dados da reação CO (g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO (g) estão organizados na tabela abaixo: Experimento Concentração (mol/l) velocidade inicial [CO] [NO (mol.l -1 2 ].h) 1 5, x 1-4,36 x 1-4 3,4 x , x 1-4,18 x 1-4 1,7 x , x 1-3,36 x 1-4 6,8 x ,5 x 1-3,72 x 1-4? a) Qual é a lei de velocidade da reação, a constante de velocidade e a velocidade inicial do experimento 4? b) Qual é a entalpia da reação? c) Se a reação inversa puder ocorrer, o aumento da velocidade de reação com o aumento da temperatura é mais significativa na reação direta ou inversa? Por quê? 12

13 QUIM II Prova 3 2S/29 Dados: H f (NO) = +9,25 kj/mol H f (NO 2 ) = +33,18 kj/mol 2 NO (g) + 3 O 2(g) 2N 2 O 5(g) H = -338,2 kj CO (g) + 3H 2(g) CH 4 (g) + H 2 O (g) H = -26,1 kj 2H 2(g) + CO (g) CH 3 OH (l) H = -128,33 kj 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) H = - 483,64 kj 1) O metanol é um combustível líquido de queima limpa, que está sendo considerado substituto da gasolina. Suponha que ele pode ser produzido na reação controlada de oxigênio do ar com metano. (a) Determine a entalpia padrão de reação da formação de 1 mol de CH 3 OH (l) a partir de metano e oxigênio. (b) Qual é o volume de oxigênio necessário para reagir com metano e produzir metanol, quando a energia envolvida na reação for de 25 kj. Considere 25 C e 1 atm. 2) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2(g) + O 2(g) a) Calcule a entalpia da reação decomposição. b) Num experimento, uma quantidade de N 2 O 5 foi colocado num recipiente de,75l. O calor medido da decomposição completa de N 2 O 5 foi de 545 J. Calcule a concentração molar de pentóxido de dinitrogênio inicial. c) A velocidade de formação de NO 2 é vezes a velocidade de decomposição de N 2 O 5. Por quê? d) Sabendo-se que a constante de velocidade dessa decomposição, na temperatura do experimento, é de 5,2 x 1-3 s -1, qual é a lei de velocidade, o valor da velocidade inicial, e o tempo de meia vida da decomposição de N 2 O 5 do experimento do item b. 3) Concorde ou discorde das seguintes afirmativas e justifique. a) No equilíbrio, as constantes de velocidade das reações direta e inversa são iguais. b) O aumento da concentração de um reagente aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta a constante de equilíbrio da reação direta. c) A constante de equilíbrio de uma reação é maior na presença de um catalisador, mas as constantes de velocidade das reações diretas e inversa diminuem. d) Um catalisador muda a trajetória de uma reação de modo a torná-la mais exotérmica. 4) Explique pela termodinâmica o que é entalpia e qual a sua relação com a energia interna do sistema. 5) O que é exigência estérica e complexo ativado? Qual a origem dessas duas definições? Qual é a relação com as velocidades das reações? 13

14 6) Qual é a diferença entre um intermediário e um estado de transição? QUIM II Prova 3 1S/21 1) Calcule a entalpia de reação da formação do cloreto de alumínio anidro, 2 Al (s) + 3 Cl 2(g) 2 AlCl 3(s), a partir dos seguintes dados: 2Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl 3(aq) + 3H 2(g) H o = -149 KJ HCl (g) HCl (aq) H o = -74,8 KJ H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) H o = -185 KJ AlCl 3(s) AlCl 3(aq) H o = -323 KJ 2) Calcule a entalpia de formação do Trinitro-tolueno (TNT), sabendo-se que a explosão (queima completa) de 1Kg de TNT libera 1453KJ de energia. 4 C 7 H 5 N 3 O 6(s) + 21 O 2(g) 28 CO 2(g) + 1 H 2 O (g) + 6 N 2(g) Dados : H f (H 2 O (g) ) = -241,82 kj/mol, H f (CO 2 (g) ) = -393,51 kj/mol 3) Sabendo-se que a capacidade calorífica é a relação entre variação de energia com a variação de temperatura e que pode ser descrita por: C = q, ou C T v = U, ou C T p = H T a) Explique o que é a entalpia e qual a sua aplicação prática, de um modo geral. b) A partir da interpretação das equações acima e dos dados da tabela abaixo, defina o que é a capacidade calorífica em termos da estrutura química e física da matéria. Tabela 1. Capacidade calorífica molar de algumas substâncias. Matéria Cp,m (J.K -1.mol -1 ) Água (H 2 O) gasosa 34 Água (H 2 O) líquida 75 Etanol (C 2 H 5 OH) líquido 112 Etanol (C 2 H 5 OH) gasoso 66 Benzeno (C 6 H 6 ) líquido 136 4) Na reação reversível, em uma etapa, 2A B + C, a constante de velocidade da reação direta de formação de B é 265 L.mol -1.min -1, e a constante da velocidade da reação inversa é 392 L.mol -1.min -1. A energia de ativação da reação direta é 39,7 kj.mol -1 e a da reação inversa é 25,4 kj.mol -1. a) Calcule a constante de equilíbrio químico e interprete equilíbrio químico em função da cinética de reação. b) Defina e explique se a reação direta é endotérmica ou exotérmica. c) Dê duas explicações do efeito do aumento da temperatura na concentração de reagentes e produtos: uma explicação pela cinética química, sabendo-se que lnk = lna E a RT químico., e a outra explicação pelo equilíbrio 14

15 5) Explique o que é exigência estérica e complexo ativado? Qual a origem dessas duas definições? Química II - Prova 3 11/12/28 4) O dissulfeto de carbono pode ser preparado a partir de coque (uma forma impura de carbono) e do enxofre elementar: 4 C(s) + S 8 (s) 4 CS 2 (l) H o = +358,8 kj (a) Qual é o calor absorvido na reação de 1,25 mol de S 8? (b) Calcule o calor absorvido na reação de 197g de carbono com excesso de enxofre. (c) Se o calor absorvido na reação foi de 415 kj, quanto CS 2 foi produzido? 5) Na preparação de ácido nítrico pela oxidação da amônia, o primeiro produto é óxido nítrico, que é depois oxidado a dióxido de nitrogênio. A partir das entalpias padrão de reação, N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) H o = +18,5 kj N 2 (g) + 2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) H o = +66,4 kj Calcule a entalpia de reação da oxidação do óxido nítrico e dióxido de nitrogênio. 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) 1a) Calcule a entalpia de decomposição do pentóxido de dinitrogênio. 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) A partir das seguintes reações: NO(g) + 3/2 O 2 (g) N 2 O 5 H = -169,2 KJ 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 1b) Num experimento, uma quantidade de N 2 O 5 foi colocado num recipiente de,75l. O calor medido da decomposição completa de N 2 O 5 foi de 545 J. Calcule a quantidade de pentóxido de dinitrogênio inicial. 5) Na preparação de ácido nítrico, o primeiro produto é óxido nítrico, que é depois oxidado a dióxido de nitrogênio. 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) Determine se a reação é endotérmica ou exotérmica e calcule o calor da reação de 5, L de óxido nitrico, a 1 atm e 25 o C, com excesso de oxigênio. Sabendo-se que: N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) H o = +18,5 kj N 2 (g) + 2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) H o = +66,4 kj R=,821 L.atm.K -1.mol -1 1) Um experimento envolveu a seguinte reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio. 15

16 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) REAÇÃO 1 a) Calcule a entalpia da reação a partir da reação 2: 2 NO(g) + 3/2 O 2 (g) N 2 O 5 H = -169,2 KJ REAÇÃO 2 b) No experimento, calor medido da decomposição completa de N 2 O 5 foi de 545 J. Calcule a quantidade em massa de pentóxido de dinitrogênio inicial da REAÇÃO 1. Dados: H f (NO) = +9,25 kj/mol H f (NO 2 ) = +33,18 kj/mol 2 NO (g) + 3 O 2(g) 2N 2 O 5(g) H = -338,2 kj CO (g) + 3H 2(g) CH 4 (g) + H 2 O (g) H = -26,1 kj 2H 2(g) + CO (g) CH 3 OH (l) H = -128,33 kj 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) H = - 483,64 kj 1) O metanol é um combustível líquido de queima limpa, que está sendo considerado substituto da gasolina. Suponha que ele pode ser produzido na reação controlada de oxigênio do ar com metano. (a) Determine a entalpia padrão de reação da formação de 1 mol de CH 3 OH (l) a partir de metano e oxigênio. (b) Qual é o volume de oxigênio necessário para reagir com metano e produzir metanol, quando a energia envolvida na reação for de 25 kj. Considere 25 C e 1 atm. 2) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2(g) + O 2(g) a) Calcule a entalpia da reação decomposição. b) Num experimento, uma quantidade de N 2 O 5 foi colocado num recipiente de,75l. O calor medido da decomposição completa de N 2 O 5 foi de 545 J. Calcule a concentração molar de pentóxido de dinitrogênio inicial. 4) Explique pela termodinâmica o que é entalpia e qual a sua relação com a energia interna do sistema. o RT Dados: E E ln Q, R = 8,315 J.K -1.mo1-1, F = C.mol -1 nf H f (NO (g) ) = +9,25 kj/mol H f (NO 2(g) ) = +33,18 kj/mol H f (CO (g) ) = -11,53 kj/mol H f (CO 2(g) ) = -393,51 kj/mol CO (g) + 3H 2(g) CH 4 (g) + H 2 O (g) H = -26,1 kj 2H 2(g) + CO (g) CH 3 OH (l) H = -128,33 kj 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) H = - 483,64 kj 1) O metanol é um combustível líquido de queima limpa, que está sendo considerado substituto da gasolina. Suponha que ele pode ser produzido na reação controlada de oxigênio do ar com metano. Determine a 16

17 entalpia padrão de reação da formação de 1 mol de CH 3 OH (l) a partir de metano e oxigênio. Apresente todas as etapas necessárias. 2) Os dados da reação CO (g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO (g) estão organizados na tabela abaixo: Experimento Concentração (mol/l) velocidade inicial [CO] [NO (mol.l -1 2 ].h) 1 5, x 1-4,36 x 1-4 3,4 x , x 1-4,18 x 1-4 1,7 x , x 1-3,36 x 1-4 6,8 x ,5 x 1-3,72 x 1-4? a) Qual é a lei de velocidade da reação (I), a constante de velocidade (II) e a velocidade inicial do experimento 4 (III)? b) Qual é a entalpia da reação? 6.24) Explique por que as capacidades caloríficas molares do metano e do etano diferem dos valores esperados para um gás monoatômico ideal e, também, uma da outra. Os valores são 35,39 J.mol -1.K -1 para o metano e 52,63 J.mol -1.K -1 para o etano. 6.3) Duas amostras, uma de 1 mol de N 2 e a outra de 1 mol de CH 4, estão em balões idênticos nas separados, cuja temperatura é 5 K. Cada um deles ganha 12 J de calor em volume constante. Será que a temperatura final das duas amostras é a mesma? Se não, qual dos dois chega à temperatura mais alta? Justifique o seu raciocínio. 6,49) a entalpia de formação do trinitro-tolueno (TNT) é -67 kj.mol -1 e, a densidade é 1,65 g.cm -3. Calcule a densidade de entalpia (a entalpia liberada por litro) na reação 4 C 7 H 5 N 3 O 6 (s) + 21 O 2 (g) 28 CO 2 (g) + 1 H 2 O (g) + 6 N 2 (g) 17