1) Monóxido de carbono é um gás inodoro, incolor e muito tóxico. Um método para
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- Iago Klettenberg Caiado
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1 1) Monóxido de carbono é um gás inodoro, incolor e muito tóxico. Um método para determinar sua concentração no ar consiste em fazê-lo reagir, completamente, com pentóxido de di-iodo, a temperaturas entre 160 C e 180 C. Nesse processo, o monóxido de carbono é oxidado, formando-se também uma substância simples. Medindo-se a massa dessa substância simples, é possível calcular a concentração de monóxido de carbono no ar. a) Escreva a equação química balanceada da reação entre pentóxido de di-iodo e monóxido de carbono. O pentóxido de di-iodo é um sólido que absorve água rapidamente, em condições ambientes, transformando-se num ácido monoprótico. b) Escreva a equação química balanceada da reação entre pentóxido de di-iodo e água. Se o ácido monoprótico mencionado for aquecido a temperaturas acima de 200 C, sofrerá decomposição, regenerando o pentóxido de di-iodo e a água. c) Determine a porcentagem da massa inicial desse ácido que se transforma em água por aquecimento acima de 200 C. Mostre os cálculos. a) A oxidação do CO produz CO 2 e a substância simples produzida corresponde ao iodo diatômico (I 2 ). 5CO + I 2 O 5 5CO 2 + I 2 b) I 2 O 5 + H 2 O 2HIO 3 (ácido monoprótico) c) 2HIO 3 I 2 O 5 + H 2 O M(HIO 3 ) = 176g/mol 2 mol 1 mol M(H 2 O) = 18g/mol g 18g 100g x x = 5,1g Porcentagem: 5,1 %
2 2) O lixo produzido pelos grandes centros urbano representa um dos graves problemas que requer soluções a curto e médio prazo. Dentre as possíveis soluções, programas ambientais alertam a necessidade de reduzir a quantidade de resíduos e aumentar a reutilização e a reciclagem dos materiais. Em relação às embalagens de alumínio, a reciclagem é bastante simples e eficiente. A produção de 1 tonelada de alumínio reciclado consome somente 5% da energia necessária na obtenção da mesma massa desse metal quando obtido diretamente do seu minério bauxita. Este processo, por sua vez, requer muita energia por envolver a eletrólise ígnea do óxido de alumínio (Al 2 O 3 ), principal componente da bauxita. a) Equacione a reação da eletrólise ígnea do óxido de alumínio, indique as reações e os produtos obtidos no cátodo e no ânodo da cuba eletrolítica. b) Determine a massa de alumínio produzida em uma cuba eletrolítica com corrente constante de 1x10 5 A durante 80 h (2,88 x10 5 s). c) Determine a relação entre a massa de alumínio obtida por reciclagem e obtida por eletrólise ígnea do óxido de alumínio empregando-se a mesma quantidade de energia. Dados: Considere a constante de Faraday: C mol -1 Al = 27,0 g mol -1 O = 16,0 g mol -1 Al 2 O 3 2 Al O 2- No pólo negativo cátodo 4 Al e - 4 Al 0 No pólo positivo ânodo 6 O 2-3 O e - Equação global 2 Al 2 O 3 4 Al O 2-4 Al e - 4 Al 0 6 O 2-3 O e Al 2 O 3 4 Al O 2
3 O gás oxigênio formado na oxidação reage com o carbono de eletrodo de grafita produzindo CO 2 b) no pólo negativo catodo 4 Al e - 4 Al 0 ou Al e - Al 0 Q = i x t = 1x10 5 A x 2,88x10 5 s = 2,88x10 10 C 1 Faraday C X ,88x10 5 C X = 3x mol de eléctron mol de Al 3 F mol 3x10 5 F n mol de Al formado N = 1x10 5 mol (quantidade de alumínio produzida) n = m/ M = 1x10 5 x 27,0 = 27x10 5 g de Al formado c) A reciclagem consome 5% da energia necessária na obtenção da mesma massa m obtida na eletrólise = 26,7 g com energia E E m reciclagem / m Eletrolise utilizando a mesma quantidade de energia. Para cada 26,7g obtida significa um consumo de 5% de energia. Energia gasta na reciclagem 5% E R = E E x 5/100 para produzir a mesma quantidade Quando energia gasta na reciclagem é igual a energia consumida na eletrólise ER = EE teremos produzido 20 vezes a mesma quantidade m obtida na reciclagem com a mesma energia = 20 x 26,7g Relação entre as massa obtida na reciclagem/ massa obtida na eletrólise com a mesma energia = 20
4 3) Inventada em 1859 e é a forma mais antiga de bateria recarregável ainda em uso, utilizadas em automóvel é constituída de chumbo e cátodos de óxido de chumbo. Esses eletrodos são imersos em uma solução de ácido sulfúrico de título 38%. Na bateria em operação ocorre a seguinte reação: a) Escreva as semi-reações de oxidação e de redução que ocorrem em cada um dos eletrodos, sabendo que em ambos se forma PbSO 4 sólido. b) Explique por que a determinação da densidade da solução de ácido sulfúrico permite estimar a carga da bateria. Se for possível. a) Oxidação (anodo) ; PB (s) + HSO - 4 (aq) PbSO 4 (s) + H e - Redução (catodo) : PbO 2 (s) + 3H + + HSO - 4 (aq) +2e - PBSO 4 (s) + 2 H 2 O (l) b) A Equação dada mostra que, na descarga, há consumo de H 2 SO 4, consequentemente, a concentração e a densidade da solução de H2SO4 diminui, permitindo estimar a carga da bateria com o passar do tempo.
5 4) Um botijão de gás de cozinha, contendo butano foi utilizado em um fogão durante um certo tempo, apresentando uma diminuição de massa de 1,0 Kg. Sabendo que: C 4 H 10 (g) + 6,5 O 2 (g) = 4 CO 2 (g) + 5 H 2 O (g) H = KJ/mol a) Qual a quantidade de calor que foi produzida no fogão devida a combustão? b) Qual o volume a 25 o C e 1,0 atm de butano consumido Os cálculos devem ser feitos considerando um gás ideal a 25 o C e 1,0 atm, massas atômicas do C = 12 e H = 1 O volume molar de um gás ideal a 25 o C e 1,0 atm é igual a 24,5 l a) C4H10 (g) + 6,5 O2 (g) = 4 CO2 (g) + 5 H2O (g) 58 g produzem KJ 1000g x x = 50000KJ b) 1 mol de C4H10 = 58 g ,5 l (25 oc e 1,0 atm) 1000g V V = 422,4 l
6 5) A pressão de um sistema gasoso constituído por CO 2, O 2 e CO, em equilíbrio, é de 2 atm, dada temperatura. Tendo em conta que no sistema em questão existem 30% de CO 2 e 20% de O 2, em volume, calcule: a) a pressão parcial de CO, b) a constante de equilíbrio do sistema considerado, em termos de pressão. : O sistema já se refere ao estado em equilíbrio. Existindo 30% de CO 2 e 20% de O 2 por diferença calcula-se a porcentagem de CO: 100 (30+20) = 50% de CO em volume Lembrando que, numa mistura gasosa, as porcentagens das pressões parciais coincidem com as porcentagens dos volumes dos componentes, temos: - se a pressão total da mistura em equilíbrio é 2 atm, então - a pressão parcial do CO 2 é 30% de 2 atm = 0,6 atm - a pressão parcial do O 2 é 20% de 2 atm = 4 atm - e a pressão parcial do CO é 50% de 2 atm = 1 atm resposta do item a b) 2 CO 2 = O CO K p = p O2. p 2 CO / p CO2 Substituindo os valores: K p = 0, / 0,6 2 K p = 1,11 atm Evidentemente se considerarmos a equação inversa ( O CO 2 CO 2 ) iremos obter outro valor de K p que será também o inverso obtido, isto é, 1/ 1,11 = 0,9 atm -1
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