P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 28/06/08
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Questão
Valor
1a
2,5
2a
2,5
3a
2,5
4a
2,5
Total
10,0
Constantes e equações:
R = 0,082 atm L mol-1 K-1 = 8,314 J mol-1 K-1
Go = Ho - T So
S = kH . P
q = m.c. T
[A] = [A]0 – kt
1
1
=
+ kt
[A] [A]0
ln
[A]
= kt
[A]0
Grau
Revisão
1a Questão
A água da chuva, mesmo em regiões não poluídas, não apresenta pH igual a 7,
a 25°C, devido ao CO2 atmosférico que nela se dissolve e reage como
representado nos equilíbrios abaixo:
Equilíbrio 1 CO2(g)
CO2(aq)
Equilíbrio 2 CO2(aq) + H2O(l)
kH = 3,5 x 10-2 mol L-1 atm-1
H+(aq) + HCO-3(aq)
Ka = 4,4 x 10-7 mol L-1
a) Calcule a pressão parcial de CO2 quando a pressão do ar é 1,0 atm, sabendo
que a quantidade de CO2 nessa atmosfera se aproxima de 400 mL de
CO2 / 106 mL de ar.
b) Escreva a expressão da constante para o equilíbrio 2.
c) Calcule o pH da água da chuva.
Resolução:
a) A concentração atual do CO2 é igual a 400 mL CO2/106 mL de ar. Tal relação
corresponde à fração molar de CO2, pois temos o volume do gás pelo volume
total. Segundo a lei de Dalton temos:
x CO 2 =
nCO 2
ntotal
=
VCO 2
Vtotal
=
pCO 2
p total
Dessa forma, é possível determinar a pressão parcial de CO2.
pCO 2 = XCO 2 . p total
pCO 2 = 400.10 6.1 = 4,0.10 4 atm
b)
Kc =
[produtos]
[H+ ].[HCO3 ]
=
[reagentes ]
[CO2 (aq)]
C) Para determinar o pH deve-se encontrar o valor de [H+] a partir da expressão
de Kc. Pela Lei de Henry, temos: SCO 2 = K H.PCO 2
[CO2 (aq)] = k . pCO 2 = 3,5 . 10 2 . 4,0 . 10
4
= 1,4 . 10 5 mol/L
Assim, no equilíbrio 2, a quantidade de CO2(aq) está definida e a quantidade dos
íons é desconhecida, entretanto, as quantidades de ânions e cátions são iguais,
devido à estequiometria, logo, utilizando a equação de KC para a temperatura de
25°C, temos:
Kc =
[H+ ].[HCO3 ]
x.x
=
, onde x = [H+ ] = [HCO3 ]
[CO2 (aq)]
1,4.10 5
Do enunciado, temos Ka = 4,4 x 10-7 mol L-1, portanto:
X2 = 4,4. 10-7. 1,4. 10-5 = 6,16. 10-12
pH = -log[H+] = -log(6,16. 10-12 )1/2 =
= -log(6,16 )1/2 - log(10-12 )1/2 =
=6-log (6,16)1/2
pH= 5,60
2a Questão
O azometano, CH3N=NCH3, decompõe-se por um processo de cinética de
1ª ordem, conforme a reação abaixo:
CH3N=NCH3(g) K N2(g) + C2H6(g)
O tempo de meia-vida (t 12 ) para a decomposição do azometano, a 300 ºC é
1,2 s.
a) Calcule a massa, em g, de azometano após 3 s de reação, sabendo que
inicialmente 0,045 g de azometano foi colocado em um recipiente de reação de
300 mL e aquecido a 300 ºC.
b) Calcule a pressão total no recipiente de reação após 3 s.
c) Sabendo que o processo de decomposição do azometano é endotérmico,
comente o efeito da temperatura sobre a concentração de N2(g).
Resolução:
a)
MM (CH3N=NCH3) = 58 g mol-1
(t 12 ) =
0,693
k
0,693
k
1,2 =
K = 0,578 s-1
[A]0 =
0,045g
= 2,59 x 10 3 mol L 1
1
58 g mol . 0,300
[A] t
=e
[A]0
kt
[A]t = e-0,578x3 . 2,59 x 10-3 = 4,57 x 10-4 mol L-1
m(CH3N=NCH3)= 4,57 x 10-4 mol L-1 . 58 g mol-1 = 0,0265 g
b)
CH3N = NCH3(g)
I
F
N2(g) + C2H6(g)
2,59 x
10-3
-
-
-2,13 x
10-3
+2,13 x10-3
+2,13x10-3
4,57 x
10-4
2,13 x 10-3
2,13x10-3
PV = nRT
(n)RT
V
P (CH3N=NCH3) = 4,57 x 10-4 x 0,082 x 573 = 0,0215 atm
P=
P(N2 ) = P(C2H6) = 2,13 x 10-3 . 0,082 x 573 = 0,100 atm
Ptotal = 0,100 + 0,100 + 0,0215=0,222
c) Com o aumento da temperatura o equilíbrio irá deslocar para os reagentes,
aumentando a concentração de N2.
3a Questão
Considere um sistema com dois balões conectados, conforme a figura abaixo:
Quando a válvula é aberta, a 533 K, hidrogênio, H2, reage com oxigênio, O2,
conforme a equação:
2H2(g) + O2(g)
2H2O(g)
Considerando que o rendimento da reação é de 100%, responda:
a) Quais substâncias permanecem após o término da reação?
b) Calcule a pressão parcial da(s) substância(s) que permanece(m) no balão.
Resolução:
No início (i):
nH2 =
PV 0,500 . 2,00
=
= 0,0229
RT 0,082 . 533
nO 2 =
PV 1,00 . 1,00
=
= 0,0229
RT 0,082.533
nH2O = 0
O2
2H2O
0,0229
0,0229
0
0
0,01145
0,0229
2H2
(i)
+
No final (f):
(f)
a) As substâncias que permanecem são O2(g) e H2O(g)
b)
nRT 0,01145x0, 082x533
=
= 0,167atm
V
3
nRT 0,0229x0,0 82x533
=
=
= 0,334atm
V
3
PO 2 =
PH2 O
H2 é um limitante
O2 está em excesso
4ª Questão
As reações 1 e 2 abaixo representam, respectivamente, a combustão do propano,
C3H8, formando CO2(g) e H2O(l) e a vaporização da água.
Reação 1
C3H8(g) + 5O2(g)
Reação 2
H2O(l)
3CO2(g) + 4H2O(l)
H2O(g)
a) Calcule o valor de G° para a combustão do propano quando CO2(g) e H2O(g)
são formados, sabendo que o valor de G° para a reação 2 é +8,6 kJ mol-1.
b) Calcule a energia na forma de calor, envolvida na combustão de 1,10 g de
propano de acordo com a reação 1.
c) A quantidade de calor calculada no item (b) é completamente transferida para
um sistema constituído de 550 mL de água e uma peça de 1,00 kg de ferro. A
temperatura inicial do sistema ferro-água é 20 oC. Calcule a temperatura final do
sistema.
Dados:
Calor específico do ferro = 0,473 J g-1 oC-1
Calor específico da água = 4,184 J g-1 oC-1
Substância
UHof, kJ mol-1
UGof, kJ mol-1
C3H8(g)
-103,8
-23,56
CO2(g)
-393,5
-394,4
H2O(l)
-285,8
-237,2
Resolução:
a)
(1) C3H8(g) + 5O2(g)
(2) 4H2O(l)
3CO2(g) + 4H2O(l)
4H2O(g)
(1) C3H8(g) + 5O2(g)
G°1= ?
G°2 = 4 x 8,6 = 34,4 kJ/mol
3CO2(g) + 4H2O(g)
G°1= n G°ƒProdutos -
G°3 = ? = G°1+ G°2
n G°ƒReagentes
G°1={[4x(-237,2)] + [3x(-394,4)]} - {[5x(0)] + [1x(-23,56)]}
G°1={[-948,8] + [-1183,2]} - {[0] + [-23,56]}
G°1={-2132} - {-23,56} =-2108,44 kJ/mol
G°3 = G°1+ G°2 = -2108,4 + 34,4 = 2074,0 kJ/mol
b)
H°1= n H°ƒProdutos -
n H°ƒReagentes
H°1={[4x(-285,8)] + [3x(-393,5)]} - {[5x(0)] + [1x(-103,8)]}
H°1={[-1143,2] + [-1180,5]} - {[0] + [-103,8]}
H°1={-2323,7} - {-103,8} =-2219,9 kJ/mol
1,10 g de C3H8 x
1mol de C3H8 ( )2219,9 kJ de C3H8
x
= 55,37 kJ de C3H8
44,10g de C3H8
1 mol de C3H8
c) q (Fe + água) = m.c. T
55,37 x 103 J = [m1 c1 + m2 c2] . T
55,37 x 103 J =
1000gx
4,184J
0,473J
. T
+ 550gx
g°C
g°C
55,37 x103 J = [473 J + 2301,2 J] . T
T = 20
T=Tƒ - Ti
Tƒ = T+ Ti =20+20 = 40°C