I (Lab.) a) Qual o ph numa água pura, recém-fervida, a 303K? Esta água é mais ou menos ácida a 303K do que a 298K? Justifique a sua resposta.

Transcrição

1 I N S T I T U T O S U P E R I O R T É C N I C O QUÍMICA GERAL - CURSO DE CIVIL Semestre de Inverno º Teste 4 de Fevereiro de Duração: h Notas: Justifique sucintamente todas as suas respostas. É aconselhada a consulta da Tabela Periódica, da Tabela de Constantes da IUPAC e da Tabela de Potenciais Electroquímicos. I (Lab.) a) Qual o ph numa água pura, recém-fervida, a 33K? Esta água é mais ou menos ácida a 33K do que a 98K? Justifique a sua resposta. T / K K w b) No trabalho laboratorial sobre corrosão usou dois indicadores: ferricianeto de potássio e fenolftaleína. Diga qual era a finalidade de cada um deles e descreva os processos anódicos e catódicos que se passavam quando dois pregos estavam ligados a uma bateria. Identifique o gás que se libertava junto de um dos pregos. II 1) O chumbo apresenta uma estrutura cúbica de faces centradas (CFC). a) Desenhe a célula unitária desta estrutura, realçando os planos de máxima compacidade. b) As ligas de chumbo e estanho são usadas na preparação de soldas de baixo ponto de fusão. Calcule a densidade de uma liga de chumbo contendo 5% de átomos de estanho e % de lacunas atómicas. Admita que a aresta da célula unitária do chumbo se mantém igual no caso da liga (R M (Pb)= 1.75Å). ) Tendo em conta os factores que afectam a dureza de um composto iónico, compare a dureza do NaCl com a do MnO, admitindo o mesmo tipo de estruturas. Raios iónicos (Å) : Cl - = 1.81Å; Na =.95Å; O - = 1,4Å; Mn =,8Å. III

2 a) Calcule a constante de equilíbrio da reacção de dissociação iónica da água a 15 º C usando os dados da tabela seguinte e as aproximações que considere necessárias. T / K K w Comente quanto à termicidade (exo ou endo) desta reacção. b) Considere a seguinte reacção de síntese da água H (g) O (g) H O (g) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para esta reacção. Numa situação de equilíbrio reduziu-se o volume do recipiente a metade. O sistema permanece ou não em equilíbrio? Em caso negativo diga em que sentido evoluirá o sistema para readquirir o equilíbrio. IV 1. Considere a seguinte pilha Fe (s) Fe (aq.,,5 M) H (aq.,,1 M) H (g.,, atm) Pt (s) a) Calcule a sua força electromotriz a 5ºC. Identifique o cátodo e o ânodo, escreva a reacção catódica, a reacção anódica, a reacção espontânea da pilha e indique o sentido do movimento dos electrões no circuito exterior e dos iões na ponte salina. ) Descreva muito sucintamente o processo de corrosão de uma barra de ferro enterrada verticalmente na areia (caso de um pilar de pontão). Faça um pequeno desenho esquemático. Dados: E o (O, H O) = 1,3 V E o (Fe, Fe o ) = -,44 V N A = 6, 1 3 mol -1 1F= C.mol -1 1 Å = 1-8 cm R=,857 L atm mol -1 K -1 = 8,31451 J mol -1 K -1 I 4, val. II 6, val. III 5, val. IV 5, val. Nota: A resolução a seguir apresentada é uma de entre as muitas possíveis e não deve ser tomada como receita.

3 I (Lab.) a) Qual o ph numa água pura, recém-fervida, a 33K? Esta água é mais ou menos ácida a 33K do que a 98K? Justifique a sua resposta. T / K K w Uma água pura, recém-fervida para assegurar que não contém nenhum CO que lhe conferiria uma certa acidez, é neutra independentemente da temperatura. A condição de neutralidade é a de que [H 3 O ]=[OH - ] o que acontece sempre que a água é pura: H O H 3 O (aq) OH - (aq) O ph da água às duas temperaturas é diferente mas é sempre neutra: ph (98K) = log 1 ( ph (33K) = log 1 ( ) =7 14 1,47 1 ) =6,9 b) No trabalho laboratorial sobre corrosão usou dois indicadores: ferricianeto de potássio e fenolftaleína. Diga qual era a finalidade de cada um deles e descreva os processos anódicos e catódicos que se passavam quando dois pregos estavam ligados a uma bateria. Identifique o gás que se libertava junto de um dos pregos. O ferricianeto de potássio servia para detectar a presença de iões Fe - fica azul na presença deles - e a fenolftaleína para detectar o excesso de iões OH - ([OH - ] > [H 3 O ]). A presença de Fe indica zonas anódicas no ferro e o excesso de iões OH - indica zonas catódicas. No caso dos pregos ligados a uma bateria, a reacção anódica seria: Fe(s) Fe (aq) e E as reacções catódicas seriam: Ferricianeto fica azul H 3 O 1e ½ H H O e O 4 H 3 O 4e 6 H O (ou O H O 4e 4OH - ) em ambas há consumo de H 3 O logo aumento da concentração de OH - fenolftaleína avermelha II 1) O chumbo apresenta uma estrutura cúbica de faces centradas (CFC). a) Desenhe a célula unitária desta estrutura, realçando os planos de máxima compacidade.

4 Os planos de máxima compacidade são todos aqueles que cruzam as faces do cubo segundo as diagonais das faces. Na figura estão representados desses planos. b) As ligas de chumbo e estanho são usadas na preparação de soldas de baixo ponto de fusão. Calcule a densidade de uma liga de chumbo contendo 5% de átomos de estanho e % de lacunas atómicas. Admita que a aresta da célula unitária do chumbo se mantém igual no caso da liga (R M (Pb)= 1.75Å). A densidade de uma substância é dada pela razão entre a massa volúmica dessa substância e a massa volúmica da água pura a d face 4ºC. Logo, é dada pelo valor numérico da massa volúmica a expressa em g/cm 3 uma vez que a massa volúmica da água a 4ºC é de 1g/cm 3. A massa volúmica, ρ, pode ser calculada usando o a cubo representado em a): ρ = massa do cubo / Volume do cubo. A relação entre a aresta do cubo e a diagonal da face deduz-se do teorema de Pitágoras: a a = (4R) a = 4R / Logo, o volume do cubo vem: V cubo = 16 R 3 O número de átomos no cubo é de 4 (1/8 8=1 nos vértices e 1/ 6=3 nas faces): 4 73/1 de Pb, 4 5/1 de Sn e 4 /1 lacunas (% de Pb=1-5-=73, assumindo que todas as %s estão definidas relativamente às posições na rede.) ρ liga Logo a densidade da liga é 9,91. = 3 [,73 7,,5 118,71 ]/(6. 1 ) 3 4 = 9,91 gcm (1,75 1 ) Tendo em conta os factores que afectam a dureza de um composto iónico, compare a dureza do NaCl com a do MnO, admitindo o mesmo tipo de estruturas. Raios iónicos (Å) : Cl - = 1.81Å; Na =.95Å; O - = 1,4Å; Mn =,8Å. A dureza de um composto iónico é tanto maior quanto maior for a energia reticular U q a q c /(r a r c ) onde q a é a carga do anião e q c é a carga do catião. U MnO /(,81,4)=1,8 e U NaCl 1 1 /(,951,81)=,36 Dureza(MgO)> Dureza (NaCl). III a) Calcule a constante de equilíbrio da reacção de dissociação iónica da água a 15 º C usando os dados da tabela seguinte e as aproximações que considere necessárias. T / K K w Comente quanto à termicidade (exo ou endo) desta reacção. )

5 ln Kw T G = T = = R Admitindo que e são constantes com a temperatura, podemos escrever: ln( ln(1,47 1 ) = 8, , ) = 8, ,31451 Daqui resulta = Jmol -1 (reacção endotérmica) e = -73,91 Jmol -1 K -1 Virá então K 43K w R = e = e ,91 8, ,31451 = 9, b) Considere a seguinte reacção de síntese da água H (g) O (g) H O (g) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para esta reacção. Numa situação de equilíbrio reduziu-se o volume do recipiente a metade. O sistema permanece ou não em equilíbrio? Em caso negativo diga em que sentido evoluirá o sistema para readquirir o equilíbrio. K p = p( H p( H ) O) p( O ) Quando se reduz o volume do recipiente a metade estamos a duplicar todas as pressões parciais e o quociente da reacção virá: 4 peq( HO) Q p = = K p / < K p 4 peq( H) peq( O) Logo o sistema deixa de ficar em equilíbrio e para o recuperar tem de aumentar o quociente da reacção, ou seja, tem de reagir no sentido de produzir produtos e gastar reagentes (sentido directo. IV 1. Considere a seguinte pilha Fe (s) Fe (aq.,,5 M) H (aq.,,1 M) H (g.,, atm) Pt (s) a) Calcule a sua força electromotriz a 5ºC. Identifique o cátodo e o ânodo, escreva a reacção catódica, a reacção anódica, a reacção espontânea da pilha e indique o sentido do movimento dos electrões no circuito exterior e dos iões na ponte salina. As reacções de eléctrodo, escritas como reduções, são:

6 Fe (aq) e Fe(s) E esq 8, = E ln V =, 58 V Fe / Fe 96485,5 H (aq) e 1/ H (g) E dir 8, , = E ln V =, 1567 V H H ,1 f. e. m. = Edir. Eesq. =,157 (,58) =,351V > O cátodo é o eléctrodo da direita e o ânodo é o da esquerda. Reacção catódica: H (aq) e ½ H (g) Reacção anódica: Fe(s) Fe (aq) e No fio condutor entre o ânodo e o cátodo os electrões fluem do ânodo para o cátodo. Na ponte salina, os catiões fluem do ânodo para o cátodo e os aniões fluem do cátodo para o ânodo. ) Descreva muito sucintamente o processo de corrosão de uma barra de ferro enterrada verticalmente na areia (caso de um pilar de pontão). Faça um pequeno desenho esquemático. Barra de ferro Zona mais arejada / 1/ areia Zona menos arejada O mecanismo de corrosão principal será por arejamento diferencial. A zona mais arejada funcionará de cátodo e ocorrerá a reacção: Reacção catódica: O (g) 4H 3 O (aq) 4e 6 H O A zona menos arejada funcionará de ânodo e a reação será: Reacção anódica: Fe(s) Fe (aq) e