13 Síntese do amoníaco e balanço energético Pág 167A 4 (C) 5 (D) O saldo energético é apenas de 766 + (-760) 6 kj/mol Pág 167B 61 CH 4 + O " H O + CO H + O " H O C OH (l) + 3 O " 3 H O + CO 61 Determinar a massa de metano E libertada n(ch 4 ) E libertada pela combustão de uma mol de metano 5400 n(ch 4 ) n(ch 4 ) 6,00 mol 900 (CH 4 ) A r (C) + 4 A r (H) (CH 4 ) 1 + 4 1 (CH 4 ) 16,05 ± M(CH 4 ) 16,05 g mol -1 m(ch 4 ) n(ch 4 ) M(CH 4 ) m(ch 4 ) 6,00 16,05 m(ch 4 ) 96,3 g Determinar a massa de hidrogénio E libertada ) E libertada pela combustão de uma mol de hidrogénio 5400 ) ) 0,0 mol 70 (H ) A r (H) (H ) 1 (H ),0 ± M(H ),0 g mol -1 m(h ) ) M(H ) m(h ) 0,0,0 m(h ) 40,4 g Determinar a massa de álcool etílico 5400 n(c OH) n(c OH) 4,000 mol 1350 (C OH) A r (0) + A r (C) + 5 A r (H) (C OH) 16,00 + 1 + 6 1 (C OH) 46,08 M(C OH) 46,08 g mol -1 m(c OH) n(c OH) M(C OH) m(c OH) 4,000 46,08 m(c OH) 184,3 g Concluir, com base nos cálculos efetuados, qual o combustível mais económico O combustível mais económico é o hidrogénio pois é aquele que necessita de menor massa para libertar a mesma energia 6 Determinar a massa molar do CO (CO ) A r (C) + A r (O) (CO ) 1 + 16,00 (CO ) 44,01 ± M(CO ) 44,01 g mol -1 Determinar a massa de CO libertada quando se produzem 5400 kj por combustão de 6 mol de CH 4 Tendo em consideração a equação química que traduz a reação de combustão do metano CH 4 + O " CO + H O e sabendo que n(ch 4 ) 6,00 mol, pode estabelecer-se que n(co ) n(ch 4 ) n(co ) 6,00 mol m(co ) n(co ) M(CO ) m(co ) 6,00 44,01 m(co ) 64,06 g Determinar a massa de CO libertada quando se produzem 5400 kj por combustão de 0 mol de H Tendo em consideração a equação química que traduz a reação de combustão do hidrogénio: H + O " H O e sabendo que ) 0,0 mol, pode estabelecer-se que n(co ) 0 mol, já que a combustão de H não produz CO Determinar a massa de CO libertada quando se produzem 5400 kj por combustão de 4 mol de C OH Tendo em consideração a equação química que traduz a reação de combustão do álcool etílico: C OH + 3 O " CO + 3 H O e sabendo que n(c OH) 4,000 mol, pode estabelecer-se que n(co ) n(c OH) n(co ) 4,000 n(co ) 8,000 mol m(co ) n(co ) M(CO ) m(co ) 8,000 44,01 m(co ) 35,1 g Concluir, a partir dos cáculos efetuados, qual o combustível mais poluente O combustível mais poluente é aquele que liberta maior quantidade e, consequentemente maior massa, de CO, ou seja, é o C OH 14 B Produção industrial de amoníaco Pág 179A 11 N Tetraóxido de diazoto NO Dióxido de azoto 1 Averiguar em que sentido o sistema vai evoluir para atingir equilíbrio
N @ " NO 1,50 início/mol ariação -x +x 1,50 - x x equilíbrio/mol Determinar a quantidade de NO quando se atinge o equilíbrio n(no [NO n(no [NO n(no 0,050,0 n(no 0,100 mol Determinar a quantidade x x 0,100 mol x 0,0500 mol Determinar a quantidade de N quando se atinge o equilíbrio n(n 1,50-0,050 n(n 1,45 mol Determinar a massa de N presente quando se atinge o equilíbrio (N ) A r (N) + 4 A r (O) (N ) 14,01 + 4 16,00 (N ) 9,0 M(N ) 9,0 g mol -1 m(n ) n(n ) M(N ) m(n ) 1,45 9,0 m(n ) 1,3 10 g A massa de N quando se atinge o equilíbrio é 1,3 10 g 13 Determinar as quantidades de N e NO m(n 1,84 n(n n(n M(N ) 9,0 n(n 0,00 mol (NO ) A r (N) + A r (O) (NO ) 14,01 + 16,00 (NO ) 46,01 M(NO ) 46,01 g mol -1 m(no 0,46 n(no n(no M(NO ) 46,01 n(no 0,010 mol Determinar as concentrações de N e NO n(n 0,00 [N [N 0,500 [N 0,040 mol dm -3 n(no [NO 0,010 [NO 0,500 [NO 0,00 mol dm -3 Determinar K C nestas condições [NO (0,00) K C K C K C 0,010 [N 0,040 Determinar a temperatura em graus Celsius q( C) T(K) 73,15 q( C) 33,15 73,15 q( C) 50,00 C De acordo com os dados fornecidos, a esta temperatura 0,00 Como o valor de calculado é diferente de 0,00, no caso em estudo q( C) 0 50 C 141 Determinar para cada experiência o valor do quociente da reação [NO ] Q [N ] () Experiencia 1: Q Q 0,33 3,0 (,0) Experiencia : Q Q 0,50 8,0 (4,0) Experiencia 3: Q Q 4,0 4,0 Avaliar para cada experiência se o sistema se encontra em equilíbrio e, caso não se encontre, averiguar em que sentido evolui para atingir o equilíbrio Experiência 1: Q <, logo o sistema não se encontra em equilíbrio Para que se atinja um estado de equilíbrio, o quociente da reação terá de aumentar até igualar Tal verifica-se quando as concentrações dos produtos aumentam e as dos reagentes diminuem, isto é, quando o sistema progride no sentido direto Experiência : Q O sistema está em equilíbrio Experiência 3: Q >, logo o sistema não se encontra em equilíbrio Para que se atinja um estado de equilíbrio, o quociente da reação terá de diminuir até igualar Tal verifica-se quando as concentrações dos produtos diminuem e as dos reagentes aumentam, isto é, quando o sistema progride no sentido inverso 14 (A) De acordo com os resultados do item anterior: Na experiência 1, o sistema evolui no sentido direto até atingir o equilíbrio, instante em que Q, o que implica aumento da [NO ] 3
e diminuição da [N ] Assim, a alternativa D é falsa, já que evidencia para a experiência 1 aumento de [NO [N ] Na experiência, o sistema já se encontra em equilíbrio pelo que a [NO a [N ] não sofrem alteração A opção C é falsa, já que sugere diminuição da [NO aumento da [N ]; Na experiência 3, o sistema evolui no sentido inverso até atingir o equilíbrio, instante em que Q, o que implica diminuição da [NO ] e aumento da [N ] Assim, a opção D é falsa, já que evidencia para a experiência 1 aumento da [NO diminuição [N ] erificação das condições da opção A: Determinar Q nestas condições (1,) Q Q 0,50 ± A opção A é a,9 correta 11 Determinar para as condições iniciais o quociente da reação [CO ] [H ] Q [CO] [H O] hco k hh k j m j m Q hcok hh Ok j m j m 3,0 3,0 Q Q 9,0 Q >, logo o sistema não se encontra em equilíbrio Para que um estado de equilíbrio seja atingido, Q terá de diminuir até igualar, o que se verifica quando as concentrações de produtos da reação diminuem e as de reagentes aumentam, isto é, quando o sistema evolui no sentido inverso Este evoluir no sentido inverso com aumento das concentrações de reagentes e diminuição da concentração dos produtos da reação, significa que a rapidez de formação de reagentes é maior que a sua rapidez de consumo, o que se traduz numa maior rapidez da reação no sentido inverso 1 Averiguar em que sentido o sistema vai evoluir para atingir equilíbrio início/mol [CO [H [CO [H O CO + H O " @ CO + H 3,0 3,0 ariação +x +x -x -x equilíbrio/mol + x + x 3,0 - x 3,0 - x n(co n(co O n(co n(co O (3,0 - x) (3,0 - x) ( + x) ( + x) 0, 1 0 0 (3,0 - x) 0,316 ( + x) 0,316( + x) (3,0 - x) 0,316 + 0,316 x 3,0 - x,684 1,316 x,684 x x,04 1,316 Determinar as quantidades de cada constituinte quando se atinge o equilíbrio n(co 3,0 -,04 0,96 mol n(co 0,96 mol O n(co O +,04 O 3,04 mol n(co 3,04 mol Determinar as concentrações de cada constituinte quando se atinge o equilíbrio [H [CO porque n(co 0,96 [H [H [H 0,96 mol dm -3 [CO 0,96 mol dm -3 [H O [CO porque O n(co O 3,04 [H O [H O [H O 3,0 mol dm -3 [CO 3,0 mol dm -3 4
Depois de atingido o equilíbrio à temperatura de 450 C, as concentrações são 0,96 mol dm -3 para o hidrogénio e para o dióxido de carbono e têm o valor de 3,0 mol dm -3 para a água e o monóxido de carbono (C) Averiguar em que sentido o sistema vai evoluir para atingir equilíbrio início/mol [CO [H [CO [H O CO + H O " @ CO + H y y 0 0 ariação -x -x +x +x equilíbrio/mol y - x y - x x x n(co n(co O n(co x n(co O (y - x) (A) Alternativa incorreta A 50 C, 0,08, pelo que as concentrações e as respetivas quantidades de CO e H no equilíbrio são menores que as concentrações e respetivas quantidades de CO e H O no equilíbrio Assim, os compostos que predominam no equilíbrio são o CO e a H O (B) Alternativa incorreta A 950 C, 1,80, pelo que as concentrações e as respetivas quantidades de CO e H no equilíbrio são maiores que as concentrações e respetivas quantidades de CO e H O no equilíbrio Assim, os compostos que predominam no equilíbrio são o CO e H (C) Alternativa correta A 850 C, 0, x pelo que 0 (y - x) x (y - x) x (y - x ) x y - x y x Assim, como y x, y - x x Deste modo: n(co n(co O x Assim, como todos os gases existem em quantidades iguais, as suas concentrações também vão ser iguais (D) Alternativa incorreta Pois de acordo com os dados da tabela, aumenta com o aumento da temperatura 3 A afirmação é falsa Nos dois casos, o aumento de temperatura conduz a um aumento da constante de equilíbrio, pelo que os dois processos são favorecidos por um aumento de temperatura Assim, não é possível um ser endotérmico e o outro exotérmico De acordo com os dados da tabela, a constante de equilíbrio da reação N @ " NO aumenta com o aumento de temperatura Tal significa que o aumento de temperatura leva o sistema a evoluir no sentido direto diminuindo a concentração dos reagentes e aumentando a concentração dos produtos da reação Assim, pode dizer-se que o aumento de temperatura favorece a reação no sentido direto Dado que neste sentido ocorre consumo de energia, o processo é endotérmico De acordo com os dados da tabela, a constante de equilíbrio da reação CO + H @ " CO + H também aumenta com o aumento de temperatura, pelo que também será um processo endotérmico 15 Controlo da produção industrial de amoníaco Pág 184A 41 (B) (A) ariações de pressão não constituem perturbação para este sistema uma vez que evolui dos reagentes para os produtos sem que ocorra variação da quantidade química existente na fase gasosa (B) Ao diminuir a temperatura, o sistema vai reagir de modo a contrariar a perturbação a que foi sujeito, evoluindo no sentido da reação que ocorre com libertação de energia Uma vez que DH < 0, o sistema é exotérmico no sentido direto (evolui no sentido direto com libertação de energia) Assim, a diminuição de temperatura conduz a uma evolução do sistema no sentido direto, com o consequente aumento da quantidade de produtos e diminuição da quantidade de reagentes, o que conduz a um aumento do valor da constante de equilíbrio 5
(C) Se a concentração de CO aumentar por adição CO, o sistema vai evoluir no sentido direto de forma a contrariar a perturbação a que foi sujeito, consumindo CO Porém, como a temperatura não variou, a constante de equilíbrio também se manterá inalterada (D) A adição de um catalisador não afeta a posição equilíbrio, apenas altera a velocidade da reação fazendo que o intervalo de tempo que demora a ser atingido seja diferente (maior ou menor consoante o tipo de catalisador usado) Assim, não havendo alteração de temperatura não haverá alteração da constante de equilíbrio Nota: Independentemente das reações, a única perturbação que faz variar o valor da constante de equilíbrio é a temperatura 4 Afirmação falsa Alterações de pressão não influenciam a posição de equilíbrio deste sistema, pois evolui dos reagentes para os produtos da reação sem variação da quantidade química contida na fase gasosa 5 (C) De acordo com o gráfico, verifica-se que para a mesma pressão, a percentagem de Z na amostra é tanto maior quanto menor for a temperatura Daqui se constata que o sistema tende a evoluir no sentido direto com a diminuição de temperatura Para contrariar a diminuição de temperatura, o sistema evolui no sentido que ocorre com libertação de energia, ou seja, sentido da reação exotérmica Pelo que se conclui que a reação é exotérmica no sentido direto Por outro lado, também se verifica que para a mesma temperatura, a percentagem de Z na amostra é tanto maior quanto maior for a pressão Assim, pode concluir-se que o sistema tende a evoluir no sentido direto com o aumento de pressão O sistema progride dos reagentes para os produtos com diminuição da quantidade química contida na fase gasosa, pelo que a + b > c 61 Quando se elevou a temperatura de 400 C para 940 C, a concentração de HI diminuiu e as de I e H aumentaram, pelo que o sistema evolui no sentido inverso Quando se aumenta a temperatura de um sistema em equilíbrio, este, de forma a contrariar a perturbação a que foi sujeito, reage no sentido da reação endotérmica (Princípio de Le Châtelier) Neste caso, a reação é endotérmica no sentido inverso, pelo que a reação de formação de HI (aquela que ocorre no sentido direto) será exotérmica 6 (D) O instante t 4 corresponde ao estabelecimento do primeiro estado de equilíbrio (o equilíbrio a 400 C), pois é o instante a partir do qual (e até t 5 ) a concentração de reagentes e de produtos da reação não varia O instante t 1 é o único em que as concentrações de reagentes e produtos se igualam, isto é, têm o mesmo valor O instante t 6 corresponde ao estabelecimento do segundo estado de equilíbrio, pois é o instante a partir do qual a concentração de reagentes e de produtos deixa de variar O instante t 5 corresponde ao efetuar de uma perturbação, pois até esse momento o sistema encontrava-se em equilíbrio, já que as concentrações dos seus constituintes não variavam e a partir dele as concentrações começam a variar, atingindo-se novo estado de equilíbrio no instante t 6 63 Determinar a concentração de HI e de I, no primeiro estado de equilíbrio, por leitura gráfica Como já foi referido em 6, a 400 C, o sistema entra em equilíbrio no instante t 4 mantendo-se nesta condição até ao instante t 5 [I 0,00 mol dm -3 e [HI 0,160 mol dm -3 Determinar a concentração H no primeiro estado de equilíbrio Tendo em conta a estequiometria da reação, verifica-se que a quantidade de iodo (I de hidrogénio (H ) consumidas até se atingir o estado de equilíbrio é igual A quantidade inicial de H e I também era igual Assim, quando se atinge o equilíbrio as quantidades de H e I serão iguais e as respetivas concentrações também [I e [H e [H q 0,00 mol dm -3 Apresentar a expressão da constante de equilíbrio [HI [I [H Determinar o valor numérico de 0,16 64 0,00 0,00 Nestas condições, a constante de equilíbrio da reação,, é 64 6
64 (D) Determinar a concentração de HI e de I, no instante t, por leitura gráfica [I ] 0,030 mol dm -3 e [HI] 0,140 mol dm -3 Determinar, no mesmo instante a concentração de H Tendo em conta a estequiometria da reação, verifica-se que a quantidade de iodo (I de hidrogénio (H ) consumidas até se atingir o instante t é igual A quantidade inicial de H e I também era igual Assim, quando se atinge o instante t, as quantidades de H e I serão iguais e as respetivas concentrações também [I ] [H ] [H ] 0,030 mol dm -3 Determinar no mesmo instante o quociente da reação [HI] 0,14 Q Q [I ] [H ] 0,030 0,030 Q 1,8 Relacionar o valor encontrado para o quociente da reação com o da constante de equilíbrio à mesma temperatura Como nesse instante a temperatura é 400 C, a constante de equilíbrio para essa temperatura é 64 erifica-se que Q < pelo que o sistema não se encontra em equilíbrio Para que uma situação de equilíbrio seja atingida, o sistema terá de evoluir de forma a permitir que o valor numérico de Q aumente até igualar a, a essa temperatura Para que tal se verifique, as concentrações dos produtos têm de aumentar e as dos reagentes diminuir, o que se verifica quando o sistema evolui no sentido direto 65 A partir do gráfico, pode verificar-se que, quando a temperatura aumentou de 400 C para 940 C, o sistema evolui no sentido inverso dado que as concentrações de reagentes aumentaram e a do produto da reação diminuiu Tendo em consideração a expressão da constante de equilíbrio, [HI, facilmente [I [H se depreende que tal implica uma diminuição da constante de equilíbrio Assim, a 940 C a constante de equilíbrio é menor que a 400 C 661 Averiguar em que sentido o sistema vai evoluir para atingir o equilíbrio Quando se atingir o equilíbrio têm de coexistir todos os componentes do sistema, isto é, reagentes e produtos da reação Dado que inicialmente só existem reagentes, o equilíbrio vai ser atingido por evolução do sistema no sentido direto, consumindo reagentes e formando produtos início/mol [HI [H [I hn(hi k j m n(i H + I " @ HI 0,5 0,5 0 ariação -x -x +x equilíbrio/mol 0,5 x 0,5 - x x n (HI n(i n (HI n(i (x) ( x ) (0,5 - x) (0,5 - x ) x 7,369 x 7,6390 (5 - x) 0,5 - x x 3,685-7,369 x 3,685 9,369 x 3,685 x x 0,39 9,369 Determinar as quantidades de cada constituinte quando se atinge o equilíbrio n(i 0,50-0,39 0,11 mol n(i 0,11 mol Determinar as concentrações de cada constituinte quando se atinge o equilíbrio [H [I porque n(i 0,11 [H [H 10 [H 0,011 mol dm -3 7
[H [I [I 0,011 mol dm -3 n(hi) [HI e 0,78 [HI 10 [HI 0,078 mol dm -3 Depois de atingido o equilíbrio à temperatura de q x, as concentrações são 0,011 mol dm -3 para o hidrogénio e para o iodo e 0,078 mol dm -3 para o iodeto de hidrogénio 66 (A) Determinar o valor de a 400 C A 400 C, tem o valor de 64 (determinado no item 63) Determinar o valor de a 940 C (ver determinação de a 400 C, item 63) [I 0,030 mol dm -3 e [HI 0,14 mol dm -3 [I [H [H 0,030 mol dm -3 [HI 0,14 [I [H 0,030 0,030 Estabelecer uma relação entre a temperatura e o valor da constante de equilíbrio Quanto maior a temperatura, menor o valor de Como (940 C) < (q x C) < (400 C), pode concluir-se que 400 C < q x C < 940 C D Água gaseificada e água da chuva Pág 5 61 Determinar a composição do sistema atingido o equilíbrio de ionização do ácido fórmico Para facilidade de cálculo, admitir que o volume de solução é dm 3 Determinar a quantidade de ácido fórmico n[hcooh] [HCOOH] n(hcooh) [HCOOH] n(hcooh) n(hcooh) mol Determinar a quantidade de ácido fórmico que se encontra ionizado n(hcooh) ionizado a n(hcooh) ionizável n(hcooh) ionizado a n(hcooh) ionizável n(hcooh) ionizado 0,013 n(hcooh) ionizado 0,013 Sendo n(hcooh) ionizado x HCOOH (aq) + H O (l) " @ HCOO (aq) + H 3 O + (aq) n i /mol 0 ] 0 ariação -x +x +x n eq /mol - 0,013 0,013 0,013 A quantidade inicial de H 3 O + não é zero, devido à autoionização da água No entanto a quantidade de H 3 O + proveniente da auto-ionização da água é muito pequena quando comparada com a proveniente da ionização do ácido Assim, pode considerar-se praticamente zero, e por isso pode desprezar-se a quantidade inicial de H 3 O +, pois ela é a proveniente da autoionização da água Apresentar a expressão da constante de equilíbrio do ácido acético O + [HCOO - K a [HCOOH Determinar a constante de equilíbrio do ácido ácetico O + [HCOO - K a [HCOOH n(h n(hcoo - 3 O + n(hcooh 0,013 0,013 0,0987 1,71 10-4 A constante de acidez do ácido fórmico a 5 C é 1,71 10-4 6 Admitir, por facilidade de cálculo que o volume de solução é 1 dm 3 Determinar o ph antes da adição do formato de sódio Determinar a quantidade de ácido fórmico n[hcooh] [HCOOH] n(hcooh) [HCOOH] n(hcooh) 0,30 n(hcooh) 0,30 mol Determinar a quantidade de H 3 O + formado quando se atinge o equilíbrio de ionização do ácido fórmico nestas condições HCOOH (aq) + H O (l) " @ HCOO (aq) + H 3 O + (aq) n i /mol 0,30 0 ] 0 ariação -x +x +x n eq /mol 0,30 - x x x A quantidade inicial de H 3 O + não é zero, devido à autoionização da água No entanto a quantidade de H 3 O + 8
proveniente da auto-ionização da água é muito pequena quando comparada com a proveniente da ionização do ácido Assim, pode considerar-se praticamente zero, e por isso pode desprezar-se a quantidade inicial de H 3 O +, pois ela é a proveniente da autoionização da água O + [HCOO - K a [HCOOH n(h n(hcoo - 3 O + n(hcooh x x 0,30 - x x 1,71 10-4 0,30 - x 0,30 - x 1,71 10-4 (0,30 - x) x x + 1,71 10-4 x - 5,13 10-5 0 x 7,1 10-3 ou x -7, 10-3 (este valor não tem significado físico) Determinar a concentração de H 3 O + n(h 7,1 10-3 O + 3 O + ) ] O + ] O + ] 7,1 10-3 mol dm 3 Determinar o ph ph -log O + ] ph -log (7,1 10-3 ) ph, Determinar o ph depois da adição do formato de sódio Determinar a quantidade de formato de sódio adicionada n(nahcoo) [NaHCOO] n(nahcoo) [NaHCOO] n(nahcoo) 0,10 n(nahcoo) 0,10 mol Admitir que o formato de sódio se encontra totalmente dissociado de acordo com a equação química NaHCOO (aq) " Na + (aq) + HCOO - (aq determinar a quantidade de anião formiato n(hcoo - ) n(nacooh) n(hcoo - ) 0,10 mol A adição do formato vai constituir uma perturbação ao sistema do tipo aumento da concentração de um produto Para contrariar a perturbação a que foi sujeito, o sistema vai reagir no sentido inverso de forma a gastar o ião formato e assim contrariar a perturbação a que foi sujeito x Determinar a quantidade de H 3 O + no sistema depois de atingido o novo estado de equilíbrio após a adição de formato HCOOH (aq) + H O (l) " @ HCOO (aq) + H 3 O + (aq) n i /mol 0,30-7,1 10-3 7,1 10-3 ] 7,1-10 -3 A quantidade de H 3 O + proveniente da auto -ionização da água é muito pequena quando comparada com a proveniente da ionização do ácido por isso pode considerar-se praticamente zero No início o sistema encontra-se em equilíbrio Imediatamente após a adição de formiato o sistema deixa de estar em equilíbrio Estado de equilíbrio atingido após a adição de formiato O + [HCOO - K a [HCOOH n(h n(hcoo - 3 O + n(hcooh 7,1 10-3 - x 0,1071 - x 0,99 - x (7,1 10-3 - x) (0,1071 - x) 0,99 - x 1,71 10-4 (0,99 - x) (7,1 10-3 - x) (0,1071 - x) x - 0,1149x + 7,103 10-4 0 x 6,59 10-3 ou x 0,108 este valor não tem significado físico pois é superior à quantidade inicial de H 3 O + Determinar a quantidade de H 3 O + depois de atingido o equilíbrio n(n 3 O + ) 7,1 10-3 - 6,59 10-3 n(n 3 O + ) 5,1 10-4 mol Determinar a concentração de H 3 O + n(,1 10-4 O + 3 O + ) ] O + ] O + ] 7,1 10-3 mol dm 3 Determinar o ph ph -log O + ] ph -log (5,1 10-4 ) ph 3,3 ph da solução antes da adição de formiato de sódio é, e depois da adição de formiato de sódio é 3,3 Perturbação + 0,10 ariação +x -x -x n eq /mol 0,99 + x 0,1017 - x 7,1 10-3 - x 9
631 A titulação ao ácido fórmico com hidróxido de sódio pode ser traduzida pela seguinte equação química: HCOOH (aq) + NaOH (aq) " " HCOO - (aq) + Na + (aq) + H O (l) No ponto de equivalência existem os iões HCOO - que tem comportamento básico, pois é a base conjugada do ácido fórmico que não é um ácido forte e o Na + que tem comportamento neutro (ácido-base) por ser a base conjugada de um ácido forte Assim, no ponto de equivalência a solução apresenta caráter básico 63 Averiguar o ph no ponto de equivalência por leitura gráfica Por leitura gráfica verifica-se que o ph no ponto de equivalência se situa na proximidade de ph 8 Averiguar a cor da solução quando o ph se situa na proximidade de 8 Quando PH 8 a cor da solução é azul Inferir que quando as quantidades de ácido fórmico de hidróxido de sódio se igualam atingese o ponto de equivalência 3 Chuva ácida Pág 3A 6 (C) Determinar os números de de todos os elementos envolvidos na reação O número de (no) do alumínio (Al) e da prata (Ag) é zero porque o número de de uma substância elementar ou de um elemento no estado livre é sempre zero O no do catião alumínio (Al 3+ ) é (+ 3 o no do anião sulfureto (S ) é (- ) porque número de de um ião monoatómico é igual à carga do ião O no da prata, no composto sulfureto de prata (Ag S) é (+ 1) porque o a soma algébrica dos números de de todos os átomos que constituem uma molécula é igual a zero (regra da electroneutralidade porque o número de do enxofre no sulfureto é menos dois no(ag) + no(s) 0 Ag S Ag S no(ag)a Ag + (- ) 0 S no(ag) 1 Ag S Identificar a e a bem como o agente oxidante e o agente redutor no 0 + 1 - + 3 0 - Al (s) + 3 Ag S (aq) " Al 3+ (aq) + 6 Ag (s) + 3 S (aq) O alumínio sofre pois é a espécie química que perde eletrões, funcionando como agente redutor A prata sofre pois é a espécie química que ganha eletrões, funcionando como agente oxidante Avaliar a veracidade ou falsidade das afirmações (A) Falsa, porque o alumínio sofre, cede eletrões, sendo portanto o agente redutor (B) Falsa, porque o composto Ag S é o agente oxidante, pois contém o elemento prata (Ag), que sofre (D) Falsa, porque a prata capta eletrões O seu número de passa de +1 para 0, sofre, sendo por isso o agente oxidante 71 (B) Determinar os números de de todos os elementos envolvidos na reação O no do carbono (C), do ferro (Fe do manganês (Mn) é zero porque o número de de uma substância elementar ou de um elemento no estado livre é sempre zero O no do ferro, no composto trióxido de diferro (Fe ) é (+ 3) porque o a soma algébrica dos números de de todos os átomos que constituem uma molécula é igual a zero (regra da electroneutralidade porque o número de do oxigénio é (- xceto nos peróxidos em que é (- 1) no(fe) Fe + 3 no(o) Fe 0 no(fe) Fe + 3 (-) 0 no(fe) Fe 3 O no do manganês no composto dióxido de manganês (MnO ) é (+ 4) porque o a soma algébrica dos números de de todos os átomos que constituem uma molécula é igual a zero (regra da electroneutralidade porque o número de do oxigénio é (- ), exceto nos peróxidos em que é (- 1) no(mn) MnO + no(o) MnO 0 no(mn) MnO + (-) 0 no(mn) MnO 4 O no do carbono no composto monóxido de carbono (CO) é (+ ) porque o a soma algébrica dos números de de todos os átomos que constituem uma molécula é igual a zero 10
(regra da electroneutralidade porque o número de do oxigénio é (- xceto nos peróxidos em que é (- 1) no(c) CO + no(o) CO 0 no(c) CO + (-) 0 no(c) CO Identificar a e a bem como o agente oxidante e o agente redutor no 4 + 3-0 0 0 - MnO (s) + Fe (s) + 5 C (s) " Mn (s) + Fe (s) + 5 CO O carbono sofre pois é a espécie química que perde eletrões, funcionando como agente redutor O ferro sofre pois é a espécie química que ganha eletrões, funcionando como agente oxidante O manganês sofre pois é a espécie química que ganha eletrões, funcionando como agente oxidante Avaliar a veracidade ou falsidade das afirmações (A) Falsa, já que a espécie redutora é o C (s o elemento que se é o carbono (B) erdadeira, já que espécie redutora é o C (s o elemento que se oxida é o carbono (C) Falsa, já que uma das espécies oxidantes é o Fe e um dos elementos que se reduz é o ferro em Fe (D) Falsa, já que uma das espécies oxidantes é o MnO e um dos elementos que se reduz é o manganês em MnO O oxigénio não sofre variação do número de 7 O número de eletrões envolvidos na reação é 10 No decurso de uma reação de -, o número de eletrões cedidos nos processos de é igual ao número de eletrões recebidos nos processos de Cada átomo de C perde dois eletrões e como são 5 átomos, então, o número de eletrões são 10 73 Determinar a massa de MnO pura que foi utilizada m(mno ) impura 173,8 g Grau de pureza m(cu) impura m(mno ) pura 100 80,0 173,8 m(mno ) pura 100 m(mno ) pura 139 g Determinar a quantidade de MnO m(mno ) pura 139 g (MnO ) A r (Mn) + A r (O) (MnO ) 54,94+ 16,00 (MnO ) 86,94 ± MMnO 86,94 g mol -1 m(mno ) pura n(mno ) M(MnO ) 139 n(mno ) n(mno ) 1,60 mol 86,94 Determinar, tendo em conta a estequiometria da reação, a quantidade teoricamente prevista (a quantidade máxima de ferro, ou seja, aquela que se obteria se o rendimento fosse de 100%) de ferro n(fe) tp n(mno ) n(fe) tp 1,60 n(fe) tp 3,0 mol Determinar a quantidade de ferro realmente obtida n(fe) ro h n(fe) tp h 100 n(fe) ro n(fe) tp 100 70,0 3,0 n(fe) ro 100 n(fe) ro,4 mol Determinar a massa de ferro realmente obtida (Fe) 55,85 ± M(Fe) 55,85 g mol -1 m(fe) n(fe) M(Fe) m(fe),4 55,85 m(fe) 15 g A massa de ferro obtido foi 15 g 81 (B) Determinar os números de de todos os elementos envolvidos na reação O no do alumínio (Al) é zero porque o número de de uma substância elementar ou de um elemento no estado livre é sempre zero O no do oxigénio, não varia é (-)porque o número de do oxigénio é (-xceto nos peróxidos em que é (-1) O no do hidrogénio, no hidróxido de sódio (NaOH), na água (H O no anião Al(OH) 4- é (+1) porque o número de do hidrogénio é sempre (+1), exceto nos hidretos em que é (-1 O no do sódio, no composto hidróxido de sódio é (+1) porque a soma algébrica dos números de de todos os átomos que constituem uma molécula é igual a zero (regra da electroneutralidade) O no do sódio, no catião sódio (Na + ), é (+1) 11
porque a no de um ião monoatómico é igual à carga do ião O no do hidrogénio (H ) é zero porque o número de de uma substância elementar ou de um elemento no estado livre é sempre zero no(na) NaOH + no(o) NaOH + no(h) NaOH 0 no(na) NaOH + (-) + 1 0 no(na) NaOH +1 Identificar a e a bem como o agente oxidante e o agente redutor no 0 +1 - +1 +1 - + 3 -+ 1 +1 0 Al (s) + NaOH (aq) + H O (l) " Al(OH) 4- (aq) + Na + (aq) + H O alumínio metálico sofre pois é a espécie química que perde eletrões Cada átomo cede três eletrões, funcionando como agente redutor O hidrogénio sofre pois é a espécie química que ganha eletrões Cada átomo capta um eletrão, funcionando como agente oxidante 8 Determinar a massa de solução utilizada solução 100 cm 3 m solução r solução m solução r solução solução solução m solução 8 100 m solução 108 g Determinar a massa de NaOH utilizada hmk m NaOH % 100 jmm m solução m NaOH m % hmk solução jmm 100 108 8,0 m NaOH m NaOH 8,64 g 100 Determinar a quantidade de NaOH utilizada m(naoh) 8,64 g (NaOH) A r (Na) + A r (O) + A r (H) (NaOH),99 + 16,00 + 1 (NaOH) 40,00 ± ± M(NaOH) 40,00 g mol -1 m(naoh) pura n(naoh) M(NaOH) 8,64 n(naoh) n(naoh) 0,16 mol 40,00 Determinar o reagente limitante Tendo em conta a estequiometria da reação: n(naoh) n(al) n(naoh) 0,30 mol Para que 0,30 mol de alumínio reajam completamente são necessários 0,30 mol de NaOH Como existe 0,16 mol de NaOH, e são necessários 0,30 mol, este está em defeito Assim, o NaOH é o reagente limitante 91 Indicar as expressões das respetivas constantes de equilíbrio [HCr- [Cr O + K 1 K [Cr [HCr- [Cr O + K 3 [Cr K w O + ] [OH - ] Averiguar que o produto K 1 (K ) é igual a K 3 K 1 (K ) K 3 [HCrO K 1 (K ) 4- h[cr O + k [Cr j [HCr- m [HCrO K 1 (K ) 4- [Cr O + [Cr [HCr- [CrO K 1 (K ) 4 O + [Cr K 1 (K ) K 3 Determinar K 3 K 3 K 1 (K ) K 3,0 10 - (7,1 10-7 ) K 3 10-14 O valor da constante de equilíbrio, K 3, é 10-14 9 Determinar a O + ] quando o ph é neutro (ph 7) ph - log O + ] O + ] 10 -ph O + ] 10 (-7,0) O + ] 10-7 mol dm -3 [Cr Determinar o valor da razão [Cr [Cr K 3 [Cr O + [Cr 10-14 [Cr ( 10-7 ) [Cr [Cr A razão é 93 A afirmação é falsa no 6-1 - 1 6 - Cr (aq) + H O (l) H + "@ (aq) + Cr (aq) 1
como o sistema evolui de reagentes para produtos da reação sem que ocorra variação dos números de das espécies logo não é uma reação - envolvidas na reação 101 (A) no 1-1 +1-0 H O (aq) "@ H O + O 101 no 0 1-1 +1-4 0 Mg (s) + HCl (aq) "@ MgCl (aq) + H Dno no(mg) MgCl - no(mg) Mg Dno - 0 Dno A variação do número de do magnésio é dois 10 (D) (A) O hidrogénio presente no ácido sofre (B) O magnésio sofre por isso age como agente redutor (C) O ácido clorídrico sofre por isso é o agente oxidante 111 no -4 +1 0 +4-1 - CH 4 + O (aq) "@ CO + H O 11 no(o) O 0 no(o) CO - no(o) - H O Dno(O) - - 0 Dno(O) - A variação do número de do oxigénio é - 113 Os pares conjugados de oxidante/redutor, são O /CO ou CO /CH 4 114 Por análise dos números de do item 111, verifica-se que quando 1 mol de CH 4 de trasforma em 1 mol de CO transferem-se 8 mol de eletrões 8 6,0 10 3 electrões 10 5 electrões 890 kj x x, 10 3 kj Libertam, 10 3 kj de energia 13