Problemas de Química I

Problemas de Química I Reacções redox estados de oxidação e acerto de equações redox em meio ácido ou básico Para mais detalhes sobre o assunto consultar o link e-escola: http://e-escola.ist.utl.pt/ftema.asp?canal=quimica&id=105 Problema 1. Determine o estado de oxidação de cada elemento em cada um dos compostos ou iões: a) Fe; b) NaF; c) H 2 SO 4 ; d) PF - 6 ; e) H2 AsO - 4 ; f) + UO2 ; g) CaH 2 ; h) XeO 2-4 ; i) MnO4 - ; j) S2 O 2-3 k) Al 2 O 3 ; l) C 2 O 2-4 ; m) H2 O 2 ; n) N 2 O 5 ; o) POCl 3 ; p) NO + 2 ; q) H 4 SiO 4 ; r) H 3 PO 4 ; s) Cr 2 O 2-7 ; t) KBrO3 ; u) HSO - 4 ; v) H2 O x)co 2-3. Problema 2. Acerte as seguintes equações redox, em meio ácido a) SO 2 3 (aq) + I 2 (aq) SO 2 4 (aq) + I (aq) b) Zn(s) + NO 3 (aq) Zn (aq) + NO 2 (aq) c) Fe 2+ (aq) + MnO 4 (aq) Mn 2+ (aq) + Fe 3+ (aq) d) C 2 O 2 4 (aq) + MnO 4 (aq) Mn 2+ (aq) + CO 2 (g) e) S 2 O 2 3 (aq) + I 2 (aq) I - (aq) + S 4 O 2 6 (aq) f) AsO 3 3 (aq) + Br 2 (aq) AsO 3 4 (aq) + Br (aq) g) SO 2 3 (aq) + Cr 2 O 2 7 (aq) Cr 3+ (aq) + SO 2 4 (aq) Problema 3. Acerte as seguintes equações redox, em meio básico a) AsO 3 3 (aq) + Br 2 (aq) AsO 3 4 (aq) + Br (aq) b) MnO 4 (aq) + NO 2 (aq) MnO 2 4 (aq) + NO 3 (aq) c) Al(s) + H 2 O(l) [Al(OH) 4 ] aq H 2 (g) d) CrO 2 4 (aq) + S(s) [Cr(OH) 4 ] (aq) + SO 2 3 (aq) e) ClO (aq) + CrO 2 (aq) Cl (aq) + CrO 2 4 (aq) f) MnO 4 (aq) + I (aq) MnO 2 (aq) I 2 aq g) Cr(OH) 3 (s) + Br 2 (aq) CrO 2 4 (aq) + Br (aq) h) ZrO(OH) 2 (s) + SO 2 3 (aq) Zr(s) + SO 2 4 (aq) 1

Modelos atómicos. Postulados de Bohr. Problema 4. Admitindo para o átomo de hidrogénio o modelo Bohr: a) Deduzir as expressões gerais para o raio, para a velocidade e para a energia de um electrão numa órbita estacionária. b) Deduzir a expressão geral do número de onda das séries das riscas espectrais do átomo de hidrogénio. Calcule a constante de Rydberg para o átomo de hidrogénio. Dados: m = massa do electrão = 9,110x10-31 Kg e = carga do electrão = 1,602x10-19 C 0 = permitividade do vazio = 8,854x10-12 Fm -1 (F = Farad, unidade de capacitância eléctrica, C/V) h = constante de Planck = 6,626x10-34 Js c = velocidade da luz = 2,998x10 8 ms -1 = comprimento de onda (num dado instante, distância entre dois pontos em fase consecutivos da onda) = frequência definida como c/. = nº de onda, definido como 1/. Hipótese de De Broglie. Princípio da Incerteza de Heisenberg. Problema 5. a) O electrão, de massa 9,110x10-31 Kg, desloca-se à velocidade de 2,186x10 6 ms -1. Uma bola de ténis de massa 56g, pode ser lançada a uma velocidade de 262,8 Kmh -1. Calcule o comprimento de onda associado ao movimento de cada uma. b) Explique porque é que não é necessário recorrer à mecânica quântica para descrever o movimento da bola de ténis. c) Sabendo que o erro cometido na determinação do momento linear da deslocação da bola de ténis é de 0,1%, calcule o erro mínimo cometido na determinação da sua posição. Efeito Fotoeléctrico Problema 6. 1. Fez-se incidir radiação proveniente de uma bateria com quatro lâmpadas de hélio iguais ( = 5.07 10 15 s 1 ) sobre um cátodo de K, inserido num circuito eléctrico. Mediu-se a intensidade de corrente que passava no circuito (I = 20 ma) e o potencial retardador necessário para interromper a passagem de corrente (V = 15.5 V). 2

a) Calcule a energia necessária para arrancar um electrão ao cátodo. Nota: A energia de um electrão sujeito ao potencial de x V é E = x ev. b) O que deveria fazer se pretendesse que no circuito descrito passasse uma corrente com intensidade I = 10 ma? Dados: h = 6.626 10 34 J s; 1 ev = 1.602 10 19 J. Carga nuclear efectiva e regras de Slater. Propriedades periódicas. Problema 7. Calcular a carga nuclear efectiva para todos os electrões do átomo de titânio segundo as regras de Slater. Escreva a configuração electrónica para o ião Ti 2+. Problema 8. a) Analise e compare a variação da 1ª energia de ionização nos seguintes conjuntos de átomos e iões: conjunto I: Li Be + B 2+ C 3+ conjunto II: Be B + C 2+ N 3+ b) Explique por que razão a 2ª energia de ionização do Li é significativamente superior à do Be enquanto nas 1ªs energias de ionização se verifica a ordem inversa. Problema 9. Ordene por ordem crescente de raio atómico os seguintes conjuntos de elementos. Justifique. a) Br, Cl, Se b) O, P, S Geometria molecular. Teoria da repulsão dos pares electrónicos a camada de valência Problema 10. Para cada uma das seguintes moléculas e iões moleculares preveja a geometria usando a TRPECV. 1. BeH 2 2. BF 3, SnCl 2 3. CH 4, NH 3, H 2 O 4. ClF 3 3

5. XeF 4 6. SO 3 7. CH 3 CH 2 OH 8. C 2 H 4 9. C 2 H 2 10. HCOOH Ligação covalente. Teoria do enlace de valência. Momento dipolar Problema 11. Considere as seguintes moléculas: a) CH 3 CH 2 OH; b) CHCCOOH; c) Cl 2 CO; d) ClF 3 ; e) C 2 H 2 ; f) CH 3 COCH 3 ; g) C 2 H 4 ; h) HCOOH; i) H 2 O 2 Para cada uma delas: 11.1. preveja a geometria pela TRPECV 11.2. descreva a ligação química pela TEV Problema 12. Considere as seguintes moléculas: a) CO 2-3 ; b) O 3 ; c) NO + 2, NO - 2, NO 2 Para cada uma delas: 12.1. preveja a geometria pela TRPECV 12.2. descreva a ligação química pela TEV Problema 13. Calcule o momento dipolar na molécula de HCl Dados: Х Cl = 3,17 Х H = 2,2 d(h-cl) = 1,27 A e = 4,8x10-10 u.e.c. 1 Debye = 10-18 u.e.c. x cm Ligação Iónica - Ciclos de Born- Haber Problema 14. Calcule a energia reticular U ret (CaBr 2 ) a partir dos seguintes dados: 1ª energia de ionização, EI 1 (Ca) = 590 kj/mol 4

2ª energia de ionização, EI 2 (Ca) = 1150 kj/mol sub H (Ca) = 200,8 kj/mol vap H (Br 2 ) = 30,91 kj/mol f H 0 (CaBr 2 ) = - 683, 25 kj/mol diss H (Br 2 ) = 192,8 kj/mol EA (Br) = 325 kj/mol Problema 15. Considere o cloreto de sódio (NaCl). Calcule o raio do ião Cl. Faça as aproximações que considerar necessárias. Dados (energias em kcal/mol): Δ hid H (Na + ) = 97.0; Δ hid H (Cl ) = 86.8; r (Na + ) = 1.02 Å, dissol H (NaCl) = 5,72 Equação de Kapustinskii: U ret 290,2 Z 1 Z2 0,345 1 kcal/mol (raios em Å) rc ra rc ra Problema 16. Calcule f H 0 (MgI 2 ) a partir dos seguintes dados: U ret (MgI 2 ) = 537,95 kcal/mol sub H (Mg) = 35 kcal/mol sub H (I 2 ) = 14,9 kcal/mol diss H (I 2 ) = 36,3 kcal/mol 1ª energia de ionização, EI 1 (Mg) = 175 kcal/mol 2ª energia de ionização, EI 2 (Mg) = 346 kcal/mol EA (I) = 70,35 kcal/mol Problema 17. Calcule a entalpia de dissolução de NaCl em água a partir dos seguintes dados: f H 0 (NaCl) = - 411,12 kj/mol sub H (Na) = 107,32 kj/mol diss H (Cl 2 ) = 242,58 kj/mol EA (Cl) = 366,83 kj/mol hid H (Na + ) = - 385 kj/mol hid H (Cl - ) = - 356 kj/mol EI (Na) = 492 kj/mol Problema 18. Sabendo que a entalpia de formação do CaCl é igual a 155,66 kj/mol, calcule a variação da entalpia da seguinte reacção: 5

2 CaCl Ca (c) + CaCl 2 (c) Dados: 1ª energia de ionização, EI 1 (Ca) = 590 kj/mol 2ª energia de ionização, EI 2 (Ca) = 1150 kj/mol EA (Cl) = 349 kj/mol diss H (Cl 2 ) = 242,58 kj/mol sub H (Ca) = 200,8 kj/mol A = 2,5 r 0 (CaCl 2 ) = 2,8 Aº N = 6,023x10 23 e = carga do electrão = 1,602x10-19 C 0 = permitividade do vazio = 8,854x10-12 Fm -1 (F = Farad, unidade de capacitância eléctrica, C/V) Equação de Born-Landé: U ret ANZ Z e 1 2 U 4π r 0 0 2 1 1 n J mol 1 Sistema Internacional r m, e coulomb 0 Constante de compressibilidade de Born, n Sólidos metálicos e sólidos iónicos Problema 19. O Kr cristaliza numa estrutura cúbica de faces centradas (CFC) e tem uma densidade igual a 3,74 gcm -3. a) Calcule o valor da aresta da célula unitária. b) Calcule o valor do diâmetro de um átomo de Kr. 6

Problema 20. Calcule a densidade de um cristal de nióbio, sabendo que cristaliza na estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) e que o raio de um átomo mede 1,43 Aº. Problema 21. Considere os sólidos iónicos com estequiometria AB. a) Quais as três estruturas mais comuns para esta estequiometria? Indique o número de coordenação e a geometria de coordenação para cada uma delas. b) Que estrutura prevê que seja adoptada pelo KF? Justifique. r(k + ) = 133 pm; r(f ) = 136 pm Propriedades físicas. Forças intermoleculares Problema 22. Ordene as seguintes substâncias por ordem decrescente de pontos de fusão: a) C (diamante), Sc, V b) NH 3, PH 3, P(CH 3 ) 3 c) KBr, SrO, KF d) CH 3 CH 2 OH, HOCH 2 CH 2 OH Problema 23. Ordene as seguintes substâncias por ordem decrescente de pontos de fusão: a) CCl 4 e Cl 2 b) KF, CaO e LiF c) Fe e Zn 7

Problema 24. Com base nos dados da tabela, proponha uma explicação para os valores relativos dos pontos de ebulição das seguintes espécies: Polarizabilidade / 10-24 cm 3 Momento dipolar/ D Ponto de ebulição/ ºC álcool metílico CH 3 OH 3,0 1,7 + 65 H2C CH 2 O 5,2 1,9 + 11 Fluoreto de metilo CH 3 F 3,8 1,8-78 8