Ano Letivo 2016/2017 ESCOLA SECUNDÁRIA PINHAL DO REI Domínio 2 Propriedades e transformações da matéria Nome: 10º/ nro: Física e Química A Volume molar. Troposfera 1. A atmosfera que herdámos é não só rica em oxigénio como dotada de uma estrutura em camadas que nos protege das perigosas radiações ultravioletas do Sol o que, se assim não fosse, tornaria inabitável a superfície do planeta. Selecione a opção correta. (A) A troposfera e a estratosfera são as duas únicas camadas da atmosfera. (B) O oxigénio é o componente mais abundante da atmosfera. (C) A camada da atmosfera que se encontra junto à superfície terrestre é a estratosfera. (D) O aumento da concentração de alguns gases como o dióxido de carbono, CO 2, e óxidos de nitrogénio na atmosfera, provocou alteração na temperatura média da Terra. 2. O nitrogénio e o oxigénio são os componentes maioritários da troposfera. Além destes gases, existem ainda em pequena percentagem outros componentes como o dióxido de carbono, o vapor de água e o metano. Classifique como verdadeira ou falsa cada uma das frases seguintes. (A) O nitrogénio é uma substância muito pouco reativa. V (B) A energia de ligação da molécula de nitrogénio é inferior à energia de ligação na molécula de oxigénio. F (C) A energia de dissociação de uma molécula de oxigénio é mais elevada que a energia de ligação dessa mesma molécula. F (D) O nitrogénio é um moderador da ação do oxigénio, na atmosfera. V (E) A geometria da molécula de água é trigonal piramidal e a geometria da molécula do metano é tetraédrica. F (F) Na molécula do dióxido de carbono existem quatro eletrões não partilhados. F (G) O comprimento da ligação da molécula de nitrogénio é maior que o comprimento da ligação da molécula de oxigénio. F (H) Quer a molécula do metano quer a molécula do dióxido de carbono possuem o mesmo número de pares de eletrões partilhados. V (I) A geometria da molécula do dióxido de carbono é angular. F 3. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte. Os gases que mais contribuem para o agravamento do efeito de estufa são (A) CO 2 e CH 4 e CFC. (B) CO 2, CH 4, N 2 O e CFC. (C) SO 2 e NO 2. (D) CO 2, SO 2 e NO 2. Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 1
4. Selecione a opção correta. (A) Os gases poluentes ficam circunscritos aos locais onde são emitidos para a atmosfera. (B) A poluição atmosférica tem única e exclusivamente origem em causas antropogénicas. (C) A biosfera também pode contribuir para o aumento da concentração de alguns gases na atmosfera. (D) Enquanto componentes da atmosfera, quer o monóxido de carbono, CO, quer o dióxido de carbono, CO 2, provocam alterações idênticas na atmosfera. 5. Considere as atividades da coluna I e os gases que se libertam para a atmosfera, na coluna II. I II (A) Indústria de extração de metais 1. Monóxido de carbono (CO) A-2 (B) Circulação automóvel 2. Dióxido de enxofre (SO 2 ) B-3 (C) Plantação de extensas zonas de arrozais 3. Dióxido de carbono (CO 2 ) C-4 (D) Tráfego aéreo 4. Dióxido de nitrogénio (NO 2 ) D-3 (E) Vulcões em atividade 5. Metano (CH 4 ) E-2 (F) Libertação de aerossóis para a atmosfera 6. Clorofluorcarbonetos (CFC) F-6 5.1 Estabeleça a relação correta entre as colunas I e II. 5.2 De entre as atividades referidas na coluna I identifique: 5.2.1 as de origem antropogénica. A; B; C; D; F. 5.2.2 as de origem natural. E. 6. Qual o principal papel do dióxido de carbono na troposfera? Efeito de estufa 7. Relativamente ao volume molar, selecione a opção correta. (A) O volume ocupado por uma mole de substância é independente do estado físico em que essa substância se encontra. (B) Quando se aumenta o número de moléculas de uma substância gasosa contida num recipiente fechado, o volume aumenta na mesma proporção, mantendo-se constante a pressão e a temperatura. (C) Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o volume ocupado por uma dada quantidade de gás é inversamente proporcional a essa quantidade química. (D) O volume de uma substância gasosa tal como a sua massa volúmica não depende nem da pressão nem da temperatura. 8. Determine, nas condições PTN, o volume ocupado pelas seguintes amostras: 8.1 19,00 g de metano, (CH 4 ). M=16,04 g/mol ; n=19,00/16,04 ; V=1,185x22,4=26,53 dm 3. 8.2 7,52 10 23 moléculas de dióxido de carbono, (CO 2 ). n= 7,52 1023 = 1,249; V = 6,02 1023 1,249 22,4 = 28,0 dm 3. 8.3 0,35 mol de amoníaco, (NH 3 ). V=0,35x22,4 = 7,84 dm 3. Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 2
9. Em condições normais de pressão e temperatura, a substância cloro, Cl 2, é um gás. Selecione a opção correta que contém a expressão que permite obter o valor da massa volúmica do cloro, nessas condições e expressa em. (A) ρ = 70,90 22,4 (B) ρ = 35,45 22,4 10 3 (C) ρ = 70,90 22,4 10 3 (D) ρ = 35,45 22,4 10. Considere a massa de 8,65 g de dióxido de enxofre que se encontra num recipiente fechado, nas condições PTN. 10.1 Escreva a fórmula molecular do dióxido de enxofre. SO2. 10.2 Que quantidade de dióxido de enxofre se encontra no recipiente? M=64,06 g/mol; n=8,65/64,06 = 0,135 mol. 10.3 Determine o volume ocupado por este gás nas condições referidas. V=0,135x22,4 = 3,02 dm 3. 10.4 A massa volúmica do dióxido de enxofre, expressa em, nestas condições é (A) ρ = 8,65 22,4 0,135 10 3 (ρ = m V = M V M = m n V M = m V M n ) (B) ρ = 8,65 0,135 103 22,4 (C) ρ = (D) ρ = 22,4 103 8,65 0,135 8,65 103 22,4 0,135 10.5 Suponha que esta mesma quantidade de dióxido de enxofre é agora encerrada num outro recipiente com 9,0 dm 3 de capacidade e que a temperatura e a pressão se mantêm. Qual é, nestas condições, a massa volúmica do dióxido de enxofre? ρ = 8,65 = 9,61 10 4 g cm 3 9 10 3 11. Num recipiente com a capacidade de 6,0 dm 3 encerrou-se dióxido de carbono, CO 2, com a massa volúmica de 1,8 g dm 3. 11.1 Que massa de dióxido de carbono se encerrou no recipiente? m=1,8x6,0=10,8 g. 11.2 Se se transferir o dióxido de carbono para outro recipiente com a capacidade de 9,0 dm 3, que quantidade de dióxido de carbono se deve adicionar de modo a que se mantenham as condições de pressão e temperatura? Para preencher o balão de 9,0 dm 3, mantendo as mesmas condições de pressão e temperatura, é necessário manter a densidade do gás e, portanto, m=1,8x9,0=16,2 g. Será necessário adicionar m=16,2-10,8=5,4 g n = 5,4/44,01 = 0,123 mol de CO2. 11.3 O dióxido de carbono encontrava-se nas condições PTN? Justifique com cálculos. 9/0,123 = 73,2 dm 3 /mol 22,4 dm 3 /mol (Condições PTN) logo, não está em condições PTN Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 3
12. Num balão com a capacidade de 2 500 cm 3 foram introduzidos 2,24 g de um gás, nas condições PTN. 12.1 Determine a massa volúmica do gás nestas condições. ρ = 2,24 2 500 = 8,96 10 4 g cm 3 12.2 O gás encerrado no recipiente é (A) O 2 (B) HF (C) CO 2 (D) N 2 O 4 ρ = M V M M = ρ V M M = 8,96 10 4 10 3 22,4 M = 20,07 g mol 1 13. Considere uma amostra de 57,5 g de dióxido de nitrogénio, NO 2. 13.1 Determine o número de moléculas de dióxido de nitrogénio existente nessa massa de gás. M=46.01 g/mol ; n=57,5/46.01=1,250 mol ; N=1,250xN A 13.2 O número de átomos de oxigénio presentes em 57,5 g de dióxido de nitrogénio é (A) (B) (C) (D) 46,01 6,02 1023 57,5 2 46,01 57,5 2 6,02 10 23 57,5 2 6,02 1023 46,01 57,5 2 46,01 6,02 10 23 13.3 Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o volume ocupado por 0,50 mol de NO 2 é aproximadamente (A) um quarto do volume ocupado por 23,0 g desse gás. (B) igual ao volume ocupado por 23,0 g desse gás. (C) o dobro do volume ocupado por 23,0 g desse gás. (D) o quádruplo do volume ocupado por 23,0 g desse gás. Composição quantitativa de soluções 1. Pretende-se preparar 150,0 ml de uma solução aquosa de cloreto de sódio, NaCl, com a concentração de 8,77 g dm 3. 1.1 Determine a massa de cloreto de sódio necessária para preparar esta solução. m=8,77x0,15000=1,3155 g 1.2 Qual a quantidade de cloreto de sódio presente neste volume de solução? n=1,3155/58,44=0,0225 mol. Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 4
1.3 Suponha que se enche um balão volumétrico de 75 ml com a solução atrás preparada. 1.3.1 Selecione a opção correta. (A) A concentração molar da solução que se encontra no balão volumétrico mantém-se. (B) A concentração molar da solução que se encontra no balão volumétrico duplica. (C) A concentração molar da solução que se encontra no balão volumétrico triplica. (D) A concentração molar da solução que se encontra no balão volumétrico passa para metade. 1.3.2 Qual o número de iões sódio, Na +, presentes no balão volumétrico? Como cado mole de NaCl contém 1 mole de Na + 0,0225 mol de NaCl contém 0,0225 mol de Na +. 2. A água doce representa apenas cerca de 2,5% do total da água existente na Terra e somente cerca de 0,8% desse total se pode considerar potável. A concentração mássica máxima em iões Pb 2+ permitida para a água potável é de 0,050 mg L 1. A concentração molar máxima permitida em iões Pb 2+ é (A) 2,4 10 7 mol L 1. M=207,20 ; C= 0,050 10 3 /207,20 = 2,4 10 7 mol L 1 (B) 5,0 10 5 mol L 1. (C) 2,1 10 2 mol L 1. (D) 5,0 10 2 mol L 1. 3. Determine a fração molar de hidróxido de sódio, NaOH, numa solução a 25% em massa. 100g de solução ---- 25g de NaOH ------ 75 g de H2O 25g (NaOH) n=25/40,00 = 0,625 mol 75g (H2O) n=75/18,02 = 4,162 mol x = 0,625 = 0,1306 13,06% 0,625+4,162 4. A percentagem de ácido acético, CH 3 COOH, no vinagre é aproximadamente 3,5% em massa. Sabendo que a massa volúmica do vinagre é cerca de 1,00 g dm 3, determine a concentração molar do ácido acético no vinagre. 3,5 g (ac. a.) --------- 100 g (solução) Quantidade de ac.: a. = 3,5/60,05 = 0,0583 mol Volume de solução: V = m ρ = 100 1,00 = 100 cm3 = 0,100 dm 3 C = 0,0583 0,100 = 0,583 mol dm 3 5. Determine o volume de etanol puro (álcool etílico), C 2 H 5 OH, existente num frasco com capacidade de 750 ml, com 90% em volume. V = 750x0,90 = 675 ml de etanol (e 75 ml de água) Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 5
6. Numa análise efetuada a uma amostra de 250 g de água de uma mina, destinada a fins agrícolas, verificou-se que o teor em ião carbonato (CO 3 2 ) era 5,0 ppm. 6.1 A quantidade de iões carbonato nesta amostra de água é (A) (B) (C) (D) 5,0 10 6 60,01 250 mol. 60,01 5,0 250 10 6 mol. 60,01 106 5,0 250 5,0 250 60,01 10 6 mol. mol. 5,0 g de carbonato 10 6 g de solução x(massa de carbonato) 250 g de solução x = 5,0 250 10 6 ( n = 5,0 250 10 6 60,01 ) 6.2 Determine a percentagem em massa dos iões CO 3 2 em 250 g de água da mina. 5,0 g de carbonato 10 6 g de solução x(massa de carbonato) 100 g de solução x = 5,0 100 10 6 = 5,0 10 4 % 7. O oxigénio gasoso, O 2, desempenha um papel importante na vida dos seres vivos. O teor médio de oxigénio gasoso na atmosfera é, aproximadamente, igual a 20,9% em volume. O teor de oxigénio gasoso na atmosfera, em partes por milhão em volume (ppmv), pode ser determinado pela expressão (A) 102 10 6 20,9 (B) (C) (D) 20,9 10 2 10 6 20,9 106 ( 10 2 10 2 20,9 10 6 20,9 ml de carbonato 100 ml de solução x(massa de carbonato) 10 6 ml de solução ) 8. O flúor tem um papel importante na prevenção e controlo da cárie. Considere que o teor em flúor, numa dada água de consumo, é 0,90 ppm. Se a massa volúmica dessa água for 1,0 g cm 3, um adulto que beba 2,0 L de água por dia ingere uma massa de flúor igual a (A) 0,090 mg. (B) 0,18 mg. (C) 0,90 mg. Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 6
m(solução) = ρ V = 1,0 2,0 10 3 = 2,0 10 3 g 0,9 g (F) (D) 1,8 mg.( = x ) 10 6 g (solução) 2,0 10 3 g (solução) m(f) = 0,0018g = 1,8 mg 9. Numa aula de laboratório são entregues a cada grupo de alunos três frascos com três soluções diferentes: A. 250 ml de uma solução aquosa 0,20 mol dm 3, em KSCN; B. 200 cm 3 de uma solução aquosa 0,15 mol dm 3, em KI; C. 500 ml de uma solução aquosa de Pb(NO 3 ) 2 com a concentração mássica de 33,14 g dm 3. O professor referiu que os alunos deveriam considerar a massa volúmica de cada uma das soluções como sendo 1,02. Determine, para cada uma das soluções: 9.1 a quantidade de soluto presente. A. n = 0,20x0,250 = 0,050 mol. B. n = 0,15x0,200 = 0,030 mol. C. M = 331,21 g/mol ; C = 33,14/331,21= 0,100 mol/dm 3 n=0.100x0,500 = 0,05 mol 9.2 a percentagem em massa. Considerando que =1,02 g/cm 3 para todas as soluções: A. V=250 ml m = 250x1,02 g = 255 g; M(KSCN)=97,18 g/mol ; Cm(KSCN)=0,20x97,18 = 19,44 g/l ; m(kscn)=19,44x0,250=4,86 g ; %(m/m) = 4,86/255x100 = 1,91%. B. V=200 ml m = 200x1,02 g = 204 g; M(KI) = 166,00 g/mol ; Cm(KI) = 0,15x166,00 = 24,90 g/l; m(ki)=24,90x0,200=4,98 g ; %(m/m) = 4,98/204x100 = 2,44%. C. V=500 ml m = 500x1,02 g = 510 g; Cm(Pb(NO 3 ) 2 )=33,14 g/l; m(pb(no 3 ) 2 )=33,14x0,500=16,57 g ; %(m/m) = 16,57/510x100 = 3,24%. 10. Uma solução aquosa de hidróxido de potássio tem concentração 30% em massa. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte. A fração molar do soluto desta solução é (A) 0,12. (B) 0,24. (C) 0,44. (D) 0,88. 30 g (KOH) ---------- 70 g (H2O) ---------- 100g (solução) m(koh)=30 g n=30/56,11 = 0,535 mol; m(h2o)=70 g n=70/18,02 = 3,88 mol; x = 0,535 = 0,1211 12,11% 0,535+3,88 Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 7
11. Uma solução aquosa de hidróxido de cálcio Ca(OH) 2,, com o volume de 1,00 dm 3 contém 7,40 g desta substância. Considerando não ter havido variação de volume e que a massa volúmica da solução é 1,00 g cm 3, determine: 11.1 a fração molar do soluto desta solução. Se a massa volúmica da solução é 1,00 g cm 3 : V = 1,00 dm 3 m = 1 000 g; M(Ca(OH) 2 ) = 74,09 g/mol ; n(ca(oh) 2 ) = 7,40/74,09 = 0,100 mol ; M(H2O) = 18,02/mol ; n(h2o) = (1 000-7,40)/18,02 = 55,08 mol ; x = 0,100 = 0,00181 0,181% 0,100+55,08 11.2 a quantidade de hidróxido de cálcio presente em 50,0 ml desta solução. Cm=7,40 g/l m(ca(oh) 2 ) = 7,40x0,050 = 0,37 g ; n(ca(oh) 2 ) = 0,37/74,09 = 4,99 10 3 mol 11.3 o número de iões hidróxido presentes nos 50,0 ml de solução, supondo que todo o soluto está dissociado. Como 1 mol Ca(OH) 2 ------- 2 mol de OH - N(OH - ) = 2 4,99 10 3 N A N(OH - ) = 6,01 10 21 iões 12. Complete corretamente a frase seguinte. Para preparar 100 ml de uma solução aquosa 1,20 mol dm 3 em hidróxido de sódio a partir de uma solução 4,00 mol dm 3, devem retirar-se A ml desta solução e adicionar cerca de B ml de água desionizada. A: Quantidade de soluto necessária para preparar a solução: n(naoh) = 1,20x0,100 = 0,120 mol; a quantidade de hidróxido necessária para preparar a solução diluída é a mesma que sai da solução concentrada: V = 0,120/4,00 = 0,030 dm 3 = 30 cm 3. B: Volume de água a adicionar: 100-30 = 70 cm 3. 13. Preparou-se uma solução aquosa adicionando 7,25 g de hidróxido de magnésio, Mg(OH) 2, a 500 cm 3 de água. Considere que na adição do soluto ao solvente não houve variação de volume e que a massa volúmica, ρ, da água é 1,0 g cm 3. No quadro constam na coluna I diferentes unidades de concentração e na coluna II vários valores de concentrações. I (A) A concentração mássica da solução é (B) A concentração molar da solução é (C) A percentagem em massa do soluto é (D) A fração molar do soluto é II 1. 2,50 mol dm 3 1. 2. 2,9% 2. 3. 1,45 10 2 g dm 3 3. 4. 0,250 mol dm 3 4.(B) 5. 0,0045 5.(D) 6. 1,43% 6.(C) 7. 14,5 g dm 3 7.(A) 8. 0,45 8. Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 8
13.1 Relativamente à solução preparada, faça a associação correta entre as duas colunas. M(Mg(OH)2) = 58,32 g/mol; Cm = 7,25/0,500 = 14,5 g dm 3 ; C = (7,25/58,32)/0,500 = 0,250 mol dm 3 %(m/m) = [7,25/(7,25+500)]x100 = 1,43% x = 7,25/58,32 7,25/58,32+500/18,02 = 0,0045 0,45% 13.2 A partir da solução existente, pretende-se preparar 50 cm 3 de uma nova solução com a concentração mássica de 2,9 g dm 3. 13.2.1 Que volume se deve retirar da solução inicial? Massa de soluto necessária: m = 2,9x0,050 = 0,145 g Volume de solução inicial que contém esta massa de soluto: V = 0,145/14,5 = 0,010 dm 3 = 10,00 cm 3. 13.2.2 Determine o fator de diluição. f = 50,00/10,00 = 14,5/2,9 = 5 (a solução final é 5 vezes mais diluída do que a solução inicial.) 14. Pretende-se preparar 250 ml de uma solução aquosa 0,40 mol dm 3 em sulfato de sódio, Na 2 SO 4. 14.1 Que massa de soluto existe neste volume de solução? M(Na 2 SO 4 ) = 142,04 g/mol; m = 0,40x0,250x142,04 = 14,204 g; 14.2 Calcule a concentração em iões sódio na solução de sulfato de sódio. Como 1 mol (Na 2 SO 4 ) -------- 2 mol de Na + : C(Na + ) = 2xC(Na 2 SO 4 ) = 0,80 mol dm 3. 14.3 Que volume de água desionizada se deve adicionar à solução inicial para se obter uma solução 0,10 mol dm 3 em sulfato de sódio? n(na 2 SO 4 ) = 0,40x0,250 = 0,10 mol; Vfinal = 0,10/0,10 = 1,00 dm 3 ; o volume a adicionar será: V = 1 000 250 = 750 cm 3. 15. Misturaram-se 250 g de água com 250 g de acetona. Dados: ρ água = 1,0 g cm 3 ; ρ acetona = 0,79 g cm 3. 15.1 Que volumes de água e de acetona se misturaram? Vágua = 250/1,0 = 250 cm 3 ; Vacetona = 250/0,79 = 316,46 cm 3 ; Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 9
15.2 Calcule a percentagem em volume de cada uma destas substâncias, na solução resultante. Supondo os volumes aditivos: %Água(V/V) = 250/(250+316,46)x100 = 44,13% %Acetona(V/V) = 100,00-44,13=55,87% 16. Adicionaram-se 300 ml de uma solução aquosa de brometo de sódio com a concentração mássica de 20,6 g dm 3 a 200 ml de uma outra solução aquosa de cloreto de sódio com uma percentagem em massa de soluto igual a 15%. Dados: massa volúmica das soluções = 1,00 16.1 Calcule a concentração mássica da solução de cloreto de sódio. V(solução) = 300+200 = 500 ml ; m(solução) = 500 g ; m(nacl) = 200x0,15 = 30 g ; Cm(NaCl) = 30/0,500 = 60 g/l ; 16.2 Determine a concentração molar da solução de brometo de sódio. C m = 20,6 g dm 3 ; M(NaBr) = 102,89 g/mol C(NaBr) = 20,6/102,89 = 0,200 mol/l ; 16.3 Qual a concentração em iões sódio na solução resultante? Iões Na + provenientes da solução de NaBr: n = 0,200x0,300 = 0,060 mol ; Iões Na + provenientes da solução de NaCl: n = 200x0,15/58,44 = 0,513 mol ; C(Na + ) = (0,060+0,513)/0,500 = 1,146 mol/l ; 16.4 Determine a fração molar dos iões sódio na solução mistura. n(na + ) = 0,060+0,513 = 0,573 mol ; n(br - ) = 0,060 mol; n(cl - ) = 0,513 mol ; m(h2o solução 1) = 300-20,6x0,300 = 293,82 g ; m(h2o solução 2) = 200-200x0,15 = 170,0 g ; n (H2O Total) = (293,82+170,0)/18,02 = 25,74 mol ; x = 0,573 0,573+0,060+0,513+25,74 = 0,0213 2,13% Prof. Jorge Martinho FQA 10ºAno Pag. 10