P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 09/09/11 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 4 a,5 Total 10,0 Dados R = 0,081 atm L -1 K -1 T (K) = T ( C) + 73,15 1,00 atm = 760 mmhg PV = nrt P i = i P S i = k H P i CONSIDERE O COMPORTAMENTO IDEAL PARA TODOS OS GASES.
1 a Questão Uma amostra de 1,000 g, contém uma mistura dos seguintes sais: cloreto de sódio, NaCl, nitrato de potássio, KNO 3, e sulfato de sódio, Na SO 4. Esta amostra foi dissolvida completamente em uma solução aquosa de nitrato de prata, AgNO 3. Considere que somente o NaCl reagiu com o AgNO 3, como representado na equação 1, e que esta reação foi completa. O precipitado formado de cloreto de prata, AgCl, possui massa de 1,435 g. NaCl (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl (s) + NaNO 3 (aq) (eq. 1) O AgCl foi removido por filtração e a solução restante reagiu com uma solução aquosa de nitrato de bário, Ba(NO 3 ), como representado na equação. Considere que somente o sulfato de bário, BaSO 4, precipitou e que sua massa foi de 0,330 g. Na SO 4 (aq) + Ba(NO 3 ) (aq) BaSO 4 (s) + NaNO 3 (aq) (eq.) Calcule o percentual, em massa, de cada componente da amostra inicial.
MM (NaCl) = 58,443 g -1 MM (AgCl) = 143,31 g -1 MM (Na SO 4 ) = 14,04 g -1 MM (BaSO 4 ) = 33,39 g -1 Pela eq. 1: 1 de NaCl (aq) 1 AgCl (s) 58,443 g 143,31 g x 1,435 g x = 0,585 g de NaCl Pela eq. : 1 de Na SO 4 (aq) 1 de BaSO 4 (s) 14,04 g 33,39 g y 0,330 g y = 0,1418 g de Na SO 4 Para KNO 3 : 1,0000 (0,585 + 0,1418) = m KNO 3 m KNO 3 = 0,730 g Calculando o percentual: 1,0000 g % 1,0000 g % 1,0000 g % 0,585 g x 0,1418 g y 0,730 g z x = 58,5 % y = 14,18 % z = 7,30 % de NaCl de Na SO 4 de KNO 3
a Questão Parte A O reagente sulfeto ferroso, FeS, com grau de pureza 90,00% foi oxidado e posteriormente reduzido para a obtenção do ferro metálico, Fe. A reação global do processo pode ser representada pela equação 1. FeS (s) + 4 O (g) + C (s) Fe (s) + SO 3 (g) + CO (g) (eq 1) a) Calcule o rendimento percentual da reação, sabendo que se obteve,00 kg de Fe, a partir de 4,395 kg do reagente FeS. Parte B A massa de Fe produzida na reação foi convertida a sulfato ferroso, FeSO 4, pela dissolução do sólido em uma solução aquosa de ácido sulfúrico, H SO 4. A uma alíquota desta solução, contendo,000 g de FeSO 4, adicionou-se 15,0 ml de uma solução aquosa de permanganato de potássio, KMnO 4, ocorrendo a reação representada pela equação. A solução de KMnO 4 foi previamente preparada pela dissolução de 3,95 g do KMnO 4 em um balão volumétrico de 50 ml que foi completado com água. KMnO 4 (aq) + 10 FeSO 4 (aq) + 8 H SO 4 (aq) MnSO 4 (aq) + 5 Fe (SO 4 ) 3 (aq) + K SO 4 (aq) + 8 H O (l) (eq ) b) Mostre, com cálculos, qual é o reagente limitante na equação, levando em consideração que o H SO 4 está em excesso. c) Calcule as quantidades, em, de KMnO 4 e de FeSO 4, após o término da reação. Considere que a reação é completa. Dados: MM MM MM MM (FeSO 4 ) (KMnO 4 ) (Fe) (FeS) 151,9 158,0 g 55,85 g 87,91g g 1 1 1 1
Resolução a) m amostra= 4,395 kg obteve-se,00 kg Fe 4,395 x 10 3 = 49,99 FeS,0% 87,91 44,99 FeS 90,00 % m Fe = 44,99 x 55,85 =,513 kg rend % =,00 x %/,513 = 79,6 % b) aliquota m FeSO 4 obtida =,000 g n FeSO 4 =,000/ 151,9 =0,01317 n KMnO 4 = 3,95/ 158,0 = 0,050 C KMnO 4 = 0,050 x 1,00 L = 0, L -1 0,50 L 10 FeSO 4 KMnO 4 0,01317 x = 0,00634 quantidade de matéria de KMnO 4 que seria necessário para reagir com todo o FeSO 4. Tem 0,0150 L de KMnO 4 0, L -1 tem 0,00150 de KMnO 4. Falta KMnO 4. Limitante é o KMnO 4. c) 10 FeSO 4 KMnO 4 0,00750 0,00150 FeSO 4 = 0,01317 0,00750 = 0,00567 KMnO 4 = 0,000
3 a Questão Uma mistura de gás combustível é produzida pela passagem do ar através de um leito de carvão quente. A composição percentual, em volume, da mistura, a 5 C e 760 mmhg, foi de 8,00% CO, 3,% CO, 17,7% H, 1,10% CH 4, e 50,0% N. a) Calcule a fração ar de cada componente da mistura. b) Calcule a pressão parcial do CO, em mmhg, nesta mistura. c) Calcule a massa de um da mistura. d) Calcule a densidade da mistura, em g L -1. e) Como se expressa a Lei de Dalton para essa mistura gasosa?
a) CO 8,00 0,0800 Resolução: CO 3, 0,3 H 17,7 0,177 CH 4 1,10 0,0110 N 50,0 0,500 b) P P CO CO χ CO.P T 0,0800.760 60,8 mmhg c) Em um da mistura gasosa (n total = 1,0), os números de dos gases individuais são: 0,0800 CO ; 0,3 CO; 0,177 H ; 0,0110 CH 4 ; 0,500 N. Massa: 0,0800 CO x 44,0 1,0 0,177 H x 1 H 8,0 0,500 N x 1 N 0,3 CO x CO 0,0110 CH x 4 4,6 g 1 8,0 1CO 16,05 1CH da mistura gasosa 4 d) d M V MM.P RT 4,6 x 1 0,08 x 98 1,01 g L 1 e) Dalton descobriu que a pressão de uma mistura de gases é igual à soma das pressões que cada gás teria se ocupasse sozinho o volume da mistura Sendo P t a pressão total e P CO,P CO,P H,P CH 4 e P N as frações parciais dos gases na mistura, a Lei de Dalton se escreve: P P t CO P CO P H P CH 4 P N
4 a Questão Um cilindro de 1,50 L contendo gás oxigênio, O, está conectado a um reator de 5,00 L que contém,00 L de água líquida em equilíbrio com seu vapor, a 0 C, sendo este o único componente na atmosfera do reator inicialmente. Ao abrir a válvula (), o O alcançará o reator, estabelecendo uma nova situação de equilíbrio. a) Calcule a pressão no reator, em atm, antes da abertura da válvula. b) Calcule a pressão de O no sistema (reator + cilindro), em atm, após a abertura completa da válvula, quando um novo equilíbrio ocorrer, sabendo que a pressão inicial do O era 10,0 atm. Desconsidere, neste caso, a solubilização do O na água. c) Se inicialmente houvesse 1,00 de O no cilindro, qual seria a quantidade desse gás, em, dissolvido nos,00 L de água, quando o equilíbrio abaixo for estabelecido, após a abertura da válvula. Considere que o volume da água se manteve constante. O (g) O (aq) Dados à 0 C: Pressão de vapor da água = 17,54 mmhg k H (O ) a 0 o C = 1,30 x 10-3 L -1 atm -1
Resolução: a) Como só temos vapor dágua na fase gasosa, a P vapor da água = P 0 = 17,54 mmhg - y 760-1,00 atm y = 0,031 atm b) No inicio a P O = 10,0 atm, logo podemos calcular o numero de s de oxigênio: n = PV/RT = (10,0 x 1,50)/(0,081 x 93) = 0,64 de O Após a abertura da válvula o gás escapará se distribuindo uniformemente na fase gasosa (4,50L). Assim P = nrt/v = 0,64 x 0,081 x 93 / 4,50 = 3,34 atm P O = 3,34 atm c) Temos inicialmente 1,00 de O. Após o equilíbrio ser alcançado, parte do O ficará dissolvido no liquido e parte ficará na fase gasosa: P O no inicio = nrt/v = 1,00 x 0,081 x 93 / 4,50 = 5,35atm A solubilidade do O pode ser calculada da seguinte forma s= K H x P = 1,30 x 10-3 x 5,35 = 6,96 x 10-3 L 1 1L - 6,96 x 10-3 L 1,39 x 10 - Logo temos 1,39 x 10 - de O dissolvido na água contida no cilindro