UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DISCIPLINA DE QUÍMICA I
3ª Lista de Exercícios 1) As piscinas dos Jogos Olímpicos de Sidney não foram tratadas, como é comum, com sais de
cloro e outros compostos químicos. Foram usados imensos ozonizadores que funcionavam 24
horas por dia para o tratamento da água. O ozônio mata os microrganismos presentes na água,
evitando, com isso, a proliferação de fungos e bactérias. Nos ozonizadores, o oxigênio do ar é
transformado em ozônio, fenômeno que pode ser representado pela reação abaixo.
3/2 O2(g) Æ O3(g)
ΔH = + 284 kJ/mol
Com base nesta equação, calcule a quantidade de calor necessária para obter 500 L de ozônio
nas CNTP, com um rendimento de 85%.
2) Um carro movido a gás natural, aqui considerado como sendo unicamente metano (CH4),
contém em seu cilindro 15 kg de gás quando este se encontra cheio. Sabendo-se que o consumo
energético médio do carro é 3,60·103 kJ/km, calcule qual é a autonomia deste carro, ou seja, a
distância média que ele percorre com um tanque de gás.
Dados: C = 12g/mol, H = 1g/mol, O = 16 g/mol ;
CH4 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) ΔHc = -890,3 kJ/mol
3) A cal virgem (CaO) pode ser obtida a partir da calcinação do calcário (CaCO3) como mostra a
reação:
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)
ΔHc = + 178,3 kJ/mol
Quanto será gasto de energia para se produzir 100 kg de cal virgem.
Dados: Ca = 40 g/mol; C = 12g/mol; O = 16 g/mol
4) Sabendo que a entalpia molar padrão de formação (Hfº) do metanol (CH3OH), do vapor de água
(H2O) e do gás carbônico (CO2) são iguais, respectivamente a -238,7 kJ mol-1, -241,8 kJ mol-1 e
-393,5 kJ mol-1, calcule:
a. A entalpia de combustão do metanol.
b. A energia produzida pela queima de 1,00 kg desse combustível.
5) A nitroglicerina é um poderoso explosivo que ao detonar forma diferentes gases como na
reação abaixo:
2 C3H5(NO3)3 (l) Æ 3 N2 (g) + ½ O2 (g) + 6 CO2 (g) + 5 H2O (g)
Sabendo-se que a entalpia molar padrão de formação da nitroglicerina, do gás carbônico (CO2) e
do vapor d´água são, respectivamente, iguais a -364,0 kJ mol-1, -393,5 kJ mol-1 e -241,8 kJmol-1.
Pede-se calcular:
a. A entalpia da reação de explosão da nitroglicerina.
b. A energia liberada na explosão de 100,0 g deste explosivo.
6) Calcular a entalpia de formação do NaHCO3 (s) sabendo-se que a entalpia de formação padrão
(ΔHfº) de NaOH (s) é – 425,61 kJ mol -1 e de CO2 (g) é – 393,51 kJ mol -1 e que:
NaHCO3 (s) Æ NaOH (s) + CO2 (g)
ΔHrº = + 127,5 kJ mol –1
7) Calcular a entalpia de formação do NOCl (g) sabendo-se que a entalpia de formação padrão
(ΔHfº) de NO (g) é + 90,25 kJ mol -1 e que:
2 NOCl (g) Æ 2 NO (g) + Cl2 (g)
ΔHrº = + 75,5 kJ mol –1
8) O fósforo branco (P4) inflama-se quando exposto ao ar, gerando P4O10 além de calor e luz
(reação abaixo).
P4 (s) + 5 O2 (g) Æ P4O10 (s)
Sabendo-se que a queima de 35,60 g de fósforo branco geraram 37,40 J de calor a pressão
constante, calcule o calor de combustão do fósforo branco.
9) Sabendo-se que a entalpia molar padrão de formação (Hºf) do metano (CH4) e do butano
(C4H10) correspondem respectivamente a -74,8 e -888,0 KJ mol-1, e que a de seus produtos de
combustão, vapor de água e gás carbônico correspondem a -241,8 e -393,5 KJ mol-1; mostre
qual destes dois combustíveis gasosos gera maior energia na queima de 1,00 mol?
10)
a) Qual o ∆Gº, a 25 ºC, para a reação abaixo:
H2 (g) + CO2 (g) = H2O (g) + CO (g)
Dados: Gºf (CO2) = -394,37 KJ mol-1; Gºf (H2O) = -228,59 KJ mol-1; Gºf (CO) = -137,15 KJ
mol-1
b) Calcule o ∆G para a reação a 25 ºC, sabendo que as pressões parciais do H2, CO2, H2O, e
CO são 10, 20, 0.02, e 0,01 atm, respectivamente?
11) Estime o ponto de ebulição do PCl3, sabendo que ∆Hfº (l, 25 ºC) = -391,7 kJ, ∆Hfº (g, 25 ºC) =
-287,0 kJ, Sº (l, 25 ºC) = 217,1,7 J/K, ∆Hfº (g, 25 ºC) = 311,7 J/K.
12) Uma reação de segunda ordem apresenta constante de velocidade a 800 ºC de 5,00 x 10-3
L mol-1 s-1 e energia de ativação de 45 kJ mol-1. Qual o valor da constante de velocidade a 875
ºC?
13) A decomposição em fase gasosa de N2O4 em NO2 apresentou k = 4,5 x 103 s-1 a 1 ºC e energia
de ativação de 58 kJ mol-1. Em qual temperatura k será igual a 1,0 x 104 s-1?
14) Estime o sinal de ∆S para as transformações abaixo sem uma tabela de valores de entropia:
a.
b.
c.
d.
O2 (g) Æ 2O (g)
Br2 (l) Æ Br2 (g)
dessalinização da água
C(s, grafite) = C(s, diamante)
15) O Kc da reação abaixo é 55,64 a uma determinada temperatura.
I2 (g) + H2 (g) → 2 HI (g)
ΔHr = - 6,3 kJ/mol
a. Se misturarmos, nestas condições, 1,5 mol de H2 com 3 mol de I2 num balão de 2 L, quais
serão as concentrações no equilíbrio?
b. Qual seria o efeito da mudança de temperatura sobre as concentrações no equilíbrio?
E o da pressão?
16) A pressão total da mistura de NO2 e N2O4 é 1,5 atm. Calcule a pressão parcial de cada gás na
mistura em equilíbrio sabendo que a reação 2 NO2 (g) ↔ N2O4 (g) possui uma constante de
equilíbrio, Kp = 6,75 a 25°C.
17) A constante de equilíbrio (Kc) da reação 2 NOCl (g) ↔ 2 NO (g) + Cl2 (g) é 3,9 x 10-3 a 300°C.
Uma mistura tem os gases com as seguintes concentrações: [NOCl] = 5,0 x 10-3 M, [NO] = 2,5
x 10-3 M e [Cl2] = 2,0 x 10-3 M. O sistema reacional está em equilíbrio? Se não estiver, em que
sentido avançará para atingi-lo?
18) Em temperatura muito alta, 10% do vapor de água dissocia-se em hidrogênio e oxigênio, ou
seja, 10% se transformam nos produtos e 90% permanecem inalterados.
H2O (g) ↔ H2 (g) + ½ O2 (g)
Admitindo que a concentração inicial da água seja 2,0 mol/L antes da dissociação, calcule a
constante de equilíbrio Kc.
19) O valor de kc na decomposição do hidrogenossulfeto de amônio ( NH4HS ↔ NH3 (g) + H2S (g))
é 1,8 x 10-4 a 25ºC. Quando o sal puro se decompõe num balão, sem a presença de NH3 ou H2S
inicialmente, quais serão as concentrações destes dois gases no balão ao se estabelecer o
equilíbrio?
20) A constante de equilíbrio kc da dissociação do iodo, I2 (g) ↔ 2 I (g), é 3,76 x 10-3 a 1000 K.
Suponhamos que 1,00 mol de I2 seja colocado num balão de 2,00 L nesta temperatura. Quais as
concentrações de I2 e I no equilíbrio?
21) A reação: 2 SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2 SO3 (g), a 150°C apresentou uma constante de equilíbrio (kc)
igual a 0,144 M -1. Em um determinado instante as pressões parciais foram medidas
apresentando os seguintes valores: P(SO2) = 2,3 atm; P(O2) = 1,7 atm e P(SO3) = 5,4 atm.
Determine se a reação está em equilíbrio e o que deve ocorrer com o passar do tempo com as
concentrações de cada substância.
Dado: R = 0,0821 atm L K-1 mol -1
22) Para a reação: N2O5 Æ 4 NO2 + O2 foram obtidos os seguintes dados de concentração de N2O5
ao longo do tempo.
[ N2O5 ]
(mol/L)
Tempo
(min)
1,000
0,800
0,667
0,571
0,500
0,444
0
10
20
30
40
50
Pede-se:
a. Mostrar graficamente que estes dados pertencem a uma cinética de segunda ordem.
b. Obter o valor da constante de velocidade e escrever a equação que descreve o modelo
cinético.
c. Calcular a concentração depois de 2 horas de reação.
d. Calcular o tempo necessário para que a concentração caia a metade de seu valor inicial.
23) A reação 2 FeBr3 (s) ↔ 2 FeBr2 (g) + Br2 (g) a um certa temperatura apresenta uma constante
de equilíbrio (kc) de 0,983. Um recipiente de 6 L contém 4,12 moles de FeBr3, 7,26 moles de
FeBr2 e 4,03 moles de Br2 nesta mesma temperatura. Determine se o sistema está em equilíbrio
e o que deve ocorrer com o passar do tempo com as concentrações de cada substância.
24) Num recipiente de 5,0 L a 450°C foram colocados 5,0 x 10-3 mol de gás hidrogênio (H2) e 1,0
x 10-2 mol de gás iodo (I2). Ao atingir o equilíbrio químico a concentração de iodo vale 1,8 x
10 -3 mol L-1. Calcule os valores de Kc, Kp e as concentrações de hidrogênio e iodo no
equilíbrio químico.
I2 (g) + H2 (g) ↔ 2 HI (g)
-1
–1
Dado: R = 0,0821 atm L K mol
25) Em temperaturas muito altas, acima de 500 °C, 10% (em base molar, ou seja, da quantidade de
matéria em mol inicial) do vapor de água sofre dissociação em hidrogênio e oxigênio segundo a
reação abaixo:
H2O (g) ↔ H2 (g) + ½ O2 (g)
Calcule a constante de equilíbrio Kc e Kp, supondo que no início a concentração de vapor era de
1,50 mol L-1.
Dado: R = 0,0821 atm L K-1 mol –1.
26) A constante de dissociação (kw) da água varia com a temperatura. A 25,0 ºC ela assume o valor
conhecido de 1,00 x 10-14, porém a 50,0 ºC kw é igual a 5,48 x 10-14. Qual o pH da água pura
nesta temperatura? Qual o valor da soma do pH e pOH?
27) A constante de dissociação (kw) da água varia com a temperatura. A 25,0 ºC ela assume o valor
conhecido de 1,00 x 10-14, porém a 10,0 ºC kw é igual a 0,29 x 10-14. Qual o pH da água pura
nesta temperatura? Qual o valor da soma do pH e pOH?
28) Qual o pH de uma solução de ácido cianídrico (HCN) 0,100 M sabendo-se que sua constante de
dissociação é de 4,0 x 10-10?
HCN (aq) ↔ H+ (aq) + CN- (aq)
29) Num vaso 2,00 L foram colocados 104,0 g de PCl5. Este composto sofre decomposição em
altas temperaturas segundo a reação: PCl5 (g) ↔ Cl2 (g) + PCl3 (g). Sabendo-se que a 300,0 °C
a constante de equilíbrio kc vale 31,0 mol L-1, pede-se:
a. A expressão de kc.
b. As concentrações de PCl5, Cl2 e PCl3 no equilíbrio químico.
c. A pressão total antes de iniciar a reação (supondo que só havia o PCl5) e após se atingir o
equilíbrio.
30) A constante de equilíbrio kc da dissociação do iodo, I2 (g) ↔ 2 I (g), é 3,76 x 10-3 a 1000 K.
Suponhamos que 1,00 mol de I2 seja colocado num balão de 2,00 L nesta temperatura. Quais as
concentrações de I2 e I no equilíbrio?
31) Os dados da cinética da formação de NOCl a partir de NO e Cl2 para uma determinada
temperatura estão na tabela abaixo.
NO (g) + ½ Cl2 (g) → NOCl (g)
Concentração Inicial (mol/ L)
[NO]
[Cl2]
0,10
0,10
0,10
0,20
0,20
0,10
0,30
0,10
Velocidade Inicial
(mol/L.h)
2,53 x 10-6
5,06 x 10-6
2,53 x 10-6
2,53 x 10-6
Use estes dados para:
a. Escrever a equação da velocidade.
b. Determinar a ordem da reação em relação a cada reagente.
c. Calcular a constante de velocidade (atente para a unidade que a constante deve
apresentar).
d. Qual seria o tempo de meia vida desta reação?
32) A decomposição da fosfina (PH3) obedece à seguinte reação: 4 PH3 Æ P4 + 6 H2. A equação
que rege a cinética desta reação é -d([PH3])/dt = k [PH3] e a meia-vida é de 37,9 s. Com estes
dados, responda os itens a seguir:
a. Qual a ordem global da reação?
b. Qual o valor da constante k?
c. Qual a equação que relaciona a concentração da fosfina com o tempo decorrido da reação?
Esboce um gráfico desta função.
d. Quanto tempo levará a decomposição de ¾ da fosfina inicial?
33) O cianato de amônio sofre reorganização em água gerando uréia:
NH4NCO (aq) Æ (NH2)2CO (aq)
A equação que rege a cinética da reação é: -d([NH4NCO])/dt = k [NH4NCO]2. Sabendo-se que k
vale 0,0113 L/mol.min, responda aos itens a seguir:
a. Qual a ordem global da reação?
b. Sabendo-se que a concentração inicial é de 0,458 M, qual a equação que relaciona a
concentração de NH4NCO com o tempo? Esboce um gráfico que mostra esta relação.
c. Quanto tempo será necessário para que a concentração caia a 0,300 M?
d. Qual é a meia-vida desta reação?
34) Os dados da cinética da transferência de um átomo de oxigênio do NO2 para o CO a 540 K estão
na tabela abaixo.
CO (g) + NO2 (g) → NO (g) + CO2 (g)
Concentração Inicial (mol/ L)
[CO]
[NO2]
-4
5,1 x 10
0,35 x 10-4
5,1 x 10-4
0,70 x 10-4
5,1 x 10-4
0,18 x 10-4
1,0 x 10-3
0,35 x 10-4
1,5 x 10-3
0,35 x 10-4
Velocidade Inicial
(mol/L.h)
3,4 x 10-8
6,8 x 10-8
1,7 x 10-8
6,8 x 10-8
10,2 x 10-8
Use estes dados para:
a. Escrever a equação da velocidade.
b. Determinar a ordem da reação em relação a cada reagente.
c. Calcular a constante de velocidade (atente para a unidade que a constante deve
apresentar).
35) Os dados da tabela abaixo referem-se à seguinte reação, a 600 K,
2 NO (g) + O2 (g) → NO (g) + CO2 (g)
Concentração Inicial dos Reagentes (mol/ L)
1
[NO]
0,020
[O2]
0,010
Velocidade de
Desaparecimento de NO
(mol/L . s)
1,0 · 10-4
2
0,040
0,010
4,0 · 10-4
3
0,020
0,040
1,0 · 10-4
Experimento
Use estes dados para:
a. Escrever a equação da velocidade.
b. Determinar a ordem global da reação e a ordem da reação em relação a cada reagente.
c. Calcular a constante de velocidade.
d. Tomando como base o Experimento 1, calcule o tempo e meia-vida e quais serão as
concentrações dos reagentes depois de 1 minuto.
36) A decomposição do peróxido de hidrogênio (2 H2O2 Æ 2 H2O + O2), encontrado em diversas
soluções de água oxigenada comerciais, segue uma cinética de primeira ordem. Supondo que a
constante de velocidade seja 2,25 x 10-6 s-1 e que o peróxido estava inicialmente numa
concentração de 0,800 M. Determine:
a.
b.
c.
d.
A equação que rege a cinética desta reação.
O tempo de meia-vida.
Qual a concentração após 1 dia?
Quanto tempo levará para a concentração de H2O2 cair a 0,750 M?
37) A decomposição do peróxido de hidrogênio (2 H2O2 Æ 2 H2O + O2), encontrado em diversas
soluções de água oxigenada comerciais, segue uma cinética de primeira ordem. Sabe-se que o
tempo necessário para que a concentração caia a metade de seu valor inicial (tempo de meiavida) é 3,00 x 105 s (um pouco mais de 3 dias). Supondo que o peróxido é vendido numa
concentração de 0,800 M. Determine:
a. A equação que rege a cinética desta reação (equação que relaciona [H2O2] com o tempo).
b. A constante de velocidade.
c. Qual a concentração após 1 dia?
Cultura Geral: a água oxigenada vendida comercialmente possui em solução outros compostos
que evitam a sua decomposição.
38) Sabe-se que o tempo de meia-vida corresponde ao tempo necessário para a concentração de um
determinado composto chegar à metade do seu valor inicial. Determine a expressão do tempo de
meia-vida para as cinéticas de ordem 0 (-d[A]/dt = K), 1 (-d[A]/dt = K[A]) e 2 (-d[A]/dt =
K[A]2).