P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL – 31/03/07
Nome:
GABARITO
Nº de Matrícula:
Turma:
Assinatura:
Questão
Valor
1a
2,5
2
a
2,5
3
a
2,5
4a
2,5
Total
10,0
Dados
R = 0,0821 atm L mol-1 K-1
T (K) = T (°C) + 273,15
1 atm = 760,0 mmHg
PV = nRT
P+
n2 a
V2
(V
nb ) = nRT
Grau
Revisão
1a Questão
Uma solução aquosa inicial (1,00 L) contém 10,0 g de NaCl, 6,00 x 10-1 mol de
KNO3 e uma quantidade desconhecida de Pb(NO3)2. A essa solução são
adicionados 818,2 mL de solução aquosa de NaOH (d = 1,087 g mL-1 e 8,00% de
NaOH em massa) para reagir com o Pb(NO3)2 de forma completa e
estequiométrica, formando Pb(OH)2, segundo a reação abaixo.
Pb(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq)
2NaNO3(aq) + Pb(OH)2(s)
a) Calcule a concentração molar (mol L-1) do Pb(NO3)2 na solução aquosa inicial.
b) Calcule a fração molar do NaCl na solução aquosa inicial.
c) Calcule a massa de Pb(OH)2 produzida na reação.
Obs. O NaCl e o KNO3 não reagem com NaOH.
Resolução:
a) A quantidade presente de Pb(NO3)2 na solução inicial pode ser conhecida
através do cálculo da quantidade de NaOH gastos para a reação completa de
formação de Pb(OH)2.
nNaOH gasto na reação = (VNaOH x d Sol.NaOH x %NaOH) / MMNaOH
= (818,2 mL x 1,087 g mL-1 x 8/100)/40 g mol-1 = 1,78 mol
Como a estequiometria de reação é de 1 mol de Pb(NO3)2 para 2 mol de NaOH, a
solução inicial continha 0,89 mol de Pb(NO3)2, o que implica na concentração
molar de 0,89 mol L-1 (para 1,00 L de solução).
b) Para se calcular a fração molar do NaCl deve-se considerar todos os
componentes que formam a solução inicial:
XNaCl = nNaCl/(nNaCl + nKNO3 + nPbNO3 + nH2O), onde:
nNaCl = 10,0 g / 58 g mol-1 = 0,172 mol
nKNO3 = 0,600 mol (60,6 g de KNO3 em 1 L de solução)
nPbNO3 = 0,89 mol (294,8 g de Pb(NO3)2 em 1 L de solução)
nH2O = [Vsolução x dsolução – (mNaCl + mKNO3 + mPb(NO3)2)] / MMH2O = (1.087 – 365,4) g /
18 g mol-1 = 721,6/18 = 40,1 mol
Logo:
XNaCl = 0,172/(0,172 + 0,600 + 0,89 + 40,1) = 0,172/41,8 = 0,00411
c) A massa de Pb(OH)2 pode ser calculada por meio da quantidade de Pb(NO3)2
reagido, pois a relação estequiométrica entre estas duas espécies é de 1 mol para
1 mol. Assim, 0,89 mol de Pb(OH)2 são formados, o que equivale a:
mPb(OH)2 = nPb(OH)2 x MMPb(OH)2 = 0,89 mol x 241,2 g mol-1 = 214,7 g.
2a Questão
O etanol, C2H6O, pode ser obtido a partir da sacarose, C12H22O11, contida em
matérias primas como a cana de açúcar, segundo a reação abaixo:
C12H22O11(s) + H2O(l)
4C2H6O(l) + 4CO2(g)
A cana de açúcar contém 20% em massa de sacarose. Para a produção de etanol
foi utilizado 2.190 kg de cana de açúcar e 30 L de água.
a) Defina reagente limitante e indique o reagente limitante da reação nas
condições acima descritas.
b) Qual é a quantidade máxima de etanol (em mol) que pode ser produzida?
c) Defina rendimento percentual de reação e calcule-o para a reação do problema
quando são produzidos 167 kg de etanol.
Dado:
Densidade da água = 1,0 g mL-1.
Resolução:
a) Reagente limitante é aquele que está presente na menor “quantidade” (em
proporção estequiométrica) na reação.
C12H22O11(s) + H2O(l)
Cana contém sacarose (20%)
100 kg cana
2190 kg
30L H2O (d = 1g/mL)
20 kg sacarose
438 kg
1 mol sacarose
1,281 x 103
4C2H6O(l) + 4CO2(g)
1 g água
30000 g
0,001L
30L
342 g
MM(H2O) = 18
438000g
Temos 1,666 x 103 mol H2O
A proporção estequiométrica é 1 sacarose: 1 água
Como temos 1,28 x 103 mol de sacarose e 1,666 x 103 de água, a SACAROSE é
o limitante, pois, está presente em quantidade inferior à necessária pela
estequiométrica, para reagir com toda água.
b) 1,28 x 103 mol de sacarose
1 mol sacarose
x mol = 5124 mol
4 mol etanol
c) Rendimento percentual é dado pela formula
valor experiment al
x 100 , sendo,
valor teórico
portanto a razão entre o valor obtido em um experimento dividido pelo valor
que seria esperado pela estequiométrica da reação, multiplicado por cem.
Teórico = 5124 mol de etanol
experimento =
46 g
167 kg
1 mol
3630 mol
Rendimento =
3630
x100 = 71%
5124
3a Questão
O trifluoreto de cloro, ClF3, é um gás altamente tóxico, que pode ser usado, por
exemplo, para converter óxido de níquel, NiO, em fluoreto de níquel, NiF2,
segundo a reação abaixo:
6NiO(s) + 4ClF3(g)
6NiF2(s) + 2Cl2(g) + 3O2(g)
a) Calcule a massa de NiO necessária para reagir com o gás ClF3, a 25ºC, em um
frasco de 1,5 L, considerando que a pressão parcial do ClF3 é de 350 mmHg e que
o rendimento da reação é de 80%, quando o equilíbrio é atingido.
b) Nas condições descritas no item (a), calcule as pressões parciais de todos os
gases presentes na mistura em equilíbrio.
c) Calcule Kp para essa reação a 25oC.
d) Explique as principais diferenças entre gases ideais e reais.
Resolução:
a) ClF3
P = 0,461 atm
T = 298 K
V = 1,50 L
nClF3 =
PV 0,461 x 1,50
=
= 0,0283 mol
RT 0,082 x 298
NiO
6 mol NiO
x
4 mol ClF3
0,0283
x = 0,0424 mol
0,0424 mol
100%
x
80%
x = 0,0339 mol
74,7 g
1 mol
x
0,0339 mol
x = 2,53 g
b) ClF3
0,0283 mol
100%
x
80%
x = 0,0226 mol
6NiO(s) + 4ClF3(g)
6NiF2(s) + 2Cl2(g) + 3O2(g)
0,0283
-0,0226
0,00570
+0,0113
+0,0170
0,0113
0,0170
RT 0,0113 x 0,082 x 298
=
= 0,184 atm
V
1,5
RT 0,0170 x 0,082 x 298
=
= 0,277 atm
PO2 = nO 2
V
1,5
RT 0,00570 x 0,082 x 298
PClF3 = nClF3
=
= 0,0929 atm
V
1,5
PCl 2 = nCl 2
c)
P 2C l 2 xP3O2 (0,184) 2 (0,277)3
=
= 9,66
Kp =
(0,0929) 4
P 4ClF3
d) As moléculas de um gás ideal supostamente não ocupam espaços e não se
atraem. Entretanto as moléculas reais têm volumes finitos e se atraem.
4a Questão
No processo Solvay, carbonato de sódio, Na2CO3, é obtido pela decomposição do
bicarbonato de sódio, NaHCO3, segundo a reação abaixo:
2 NaHCO3(s)
Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
Kp = 0,23 a 100oC
a) Qual é a expressão da constante de equilíbrio (Kp ou Kc) para a reação do
processo Solvay?
b) Qual é a pressão total (em atm) no equilíbrio quando uma amostra de NaHCO3
for parcialmente decomposta em um recipiente fechado a 100oC? Desconsidere o
volume ocupado pelos componentes sólidos da reação.
c) Esboce um gráfico que relacione as pressões parciais dos componentes da
reação, em função do tempo.
Resolução:
a)
K p = PCO 2 .PH2 O
K c = [CO2 ] [H2O]
b)
PCO 2 = PH2O = x
K p = 0,23 = x 2
PT = PCO 2 + PH2O = 0,48 + 0,48 = 0,96 atm
c)
x = 0,23 = 0,48atm