Questão 8
Questão 9
Os dados do rótulo de um frasco de eletrólito de bateria de automóvel informam que
cada litro da solução deve conter aproximadamente 390 g de H2 SO4 puro. Com a finalidade de verificar se a concentração de
H2 SO4 atende às especificações, 4,00 mL
desse produto foram titulados com solução
de NaOH 0,800 mol/L. Para consumir todo o
ácido sulfúrico dessa amostra foram gastos
40,0 mL da solução de NaOH.
(Dado: massa molar de H2 SO4 = 98,0 g/mol)
a) Com base nos dados obtidos na titulação,
discuta se a especificação do rótulo é atendida.
b) Escreva a fórmula e o nome oficial do produto que pode ser obtido pela evaporação total da água contida na solução resultante do
processo de titulação efetuado.
Um dos possíveis meios de se remover CO2
gasoso da atmosfera, diminuindo assim sua
contribuição para o “efeito estufa”, envolve a
fixação do gás por organismos microscópicos
presentes em rios, lagos e, principalmente,
oceanos. Dados publicados em 2003 na revista Química Nova na Escola indicam que o reservatório da hidrelétrica de Promissão, SP,
absorve 704 toneladas de CO2 por dia.
a) Calcule a quantidade de CO2 , expressa em
mol/dia, absorvida pelo reservatório. (Dado:
massa molar de CO2 = 44 g/mol.)
b) Suponha que parte do CO2 permaneceu
dissolvida na água do reservatório, na forma
CO2 (aq). Empregando equações químicas, discuta qualitativamente o efeito que o CO2 dissolvido terá sobre as características químicas
da água do reservatório.
Resposta
a) Concentração molar necessária para atender
às especificações:
⎛ mol H 2 SO4 ⎞ 390 g H 2 SO4
⋅
M⎜
⎟ =
L sol. H 2 SO4
⎝ L sol. H 2 SO4 ⎠ 1
442443
conc. molar
1 mol H 2 SO4
mol H 2 SO4
⋅
= 3,98
98 g H 2 SO4
L sol. H 2 SO4
1442443
m. molar
Sendo a reação de neutralização 2 NaOH +
+ H 2 SO → Na2 SO4 + 2 H 2O, a concentração
molar da solução do produto é:
⎛ mol H 2 SO4 ⎞
40,0 ⋅ 10 −3 L sol. NaOH
M⎜
⋅
⎟ =
⎝ L sol. H 2 SO4 ⎠
4,00 ⋅ 10 −3 L sol. H 2 SO4
⋅
0,800 mol NaOH 1 mol H 2 SO4
⋅
=
1 L sol. NaOH3 1
2 44
mols2NaOH
14442444
443
conc. molar
reação química
mol H 2 SO4
L sol. H 2 SO4
Como a concentração da solução analisada é próxima à indicação do rótulo, conclui-se que o produto atende às especificações do rótulo.
b) A evaporação da solução após a titulação gera
a obtenção de sulfato de sódio, cuja fórmula é
Na2 SO4 .
= 4,0
Resposta
a) Cálculo da quantidade de CO2 absorvida por
dia:
⎛ mol CO2 ⎞
quantidade de CO2 ⎜
⎟=
⎝
⎠
dia
6
704 ⋅ 10 g CO2 1 mol CO2
⋅
=
=
44 g CO2
144
4dia
2444
3 1
4
4244
3
absorção de CO2 m. molar
= 1,6 ⋅10 7 mol CO2 /dia
b) O CO2 dissolvido aumenta a acidez da água,
isto é, aumenta a [H + ] :
CO2(aq) + H 2O( l)
H 2CO3(aq)
+
−
H(aq)
+ HCO3(aq)
Questão 10
O metanol pode ser sintetizado através da
reação exotérmica, realizada em presença de
catalisador, representada pela equação:
CO( g) + 2H2 ( g)
CH 3OH( l )
Sobre as substâncias envolvidas no processo,
são fornecidos os seguintes dados termoquímicos:
química 2
CH 3OH( l ) + 3/2 O2 ( g) → CO2 ( g) + 2 H2O( l )
∆H = −727 kJ
C( grafite ) + 1/2 O2 ( g) → CO( g) ∆H = −110 kJ
C( grafite ) + O2 ( g) → CO2 ( g)
∆H = −393 kJ
H2 ( g) + 1/2 O2 ( g) → H2O( l )
∆H = −286 kJ
a) Calcule a entalpia padrão de formação de
metanol. Explicite os procedimentos de cálculo empregados.
b) Qual será o efeito do aumento da pressão
e, separadamente, do aumento da temperatura sobre o rendimento da reação entre CO e
H2 , realizada em recipiente fechado? Justifique suas respostas.
Questão 11
Numa célula de combustível, ao invés da
combustão química usual, a reação ocorre
eletroquimicamente, o que permite a conversão, com maior eficiência, da energia química, armazenada no combustível, diretamente
para energia elétrica.
Uma célula de combustível promissora é a
que emprega metanol e oxigênio do ar como
reagentes, cujo diagrama esquemático é fornecido a seguir.
Resposta
a) Cálculo da entalpia padrão de formação do metanol:
o
∆Hcomb.
, CH 3 OH =
∑ ∆Hf,o prod. − ∑ ∆Hf,o reag.
o
o
∆Hcomb.
= 1 ⋅ ∆HCO
+
2
onde:
mp = membrana de eletrólito polimérico, permeável a íons.
v1 e v2 = recipientes de grafite, contendo catalisador.
L = lâmpada ligada em circuito externo.
A reação global que ocorre no sistema é
⎛
o
o
+ 2 ⋅ ∆HH
− ⎜1 ⋅ ∆HCH
+
2O
3 OH
⎝
+
3
o ⎞
⋅ ∆HO
⎟ − 727 = 1 ⋅ ( −393) +
2⎠
2
3
⎛
⎞
o
+ 2 ⋅ ( −286) − ⎜1 ⋅ ∆HCH
+
⋅ O⎟
3 OH
⎝
⎠
2
2CH 3OH + 3O2 → 2 CO2 + 4 H2O
∆Hf,o CH OH = −238 kJ/mol
3
b) Um aumento de pressão desloca o equilíbrio,
pelo Princípio de Le Chatelier, no sentido de produzir uma menor quantidade de substâncias gasosas, ou seja, no sentido direto, aumentando o
rendimento da produção de metanol.
Para a análise do efeito de um aumento da temperatura, deve-se calcular a variação de entalpia
do processo:
o
∆HR
=
a) Sabendo que, além dos reagentes e produtos da reação global, estão envolvidos íons H +
no processo, escreva as semi-reações que
ocorrem em v1 e v2 .
b) Identifique a natureza e o sentido do deslocamento dos condutores de cargas elétricas
no interior da célula de combustível, e no circuito elétrico externo que alimenta L.
∑ ∆Hf,o prod. − ∑ ∆Hf,o reag.
o
∆HCH
3 OH
=1 ⋅
o
∆HR
o
∆HR
= 1 ⋅ ( −238) − [1 ⋅ ( −110) + 2 ⋅ 0]
− [1 ⋅
o
∆HCO
Resposta
o
∆HR
+2 ⋅
o
∆HH
]
2
a) As semi-reações e a equação global são:
cátodo: 3 O2 + 12 H1 + + 12 e −
redução
= −128 kJ/mol
Um aumento de temperatura desloca o equilíbrio, pelo Princípio de Le Chatelier, no sentido
endotérmico que, neste caso, é o sentido inverso, o que diminui o rendimento da produção de
metanol.
redução
ânodo: 2 CH 3OH + 2 H 2O
oxidação
6 H 2O (v 2 )
oxidação
2 CO2 + 12 H1 + + 12 e − (v1 )
eq. global: 2 CH 3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H 2O
química 3
b) No esquema tem-se que:
e
_
L
H
e
_
+
v1
b) O isômero orto, devido à proximidade dos grupos, apresenta ligações de hidrogênio intramoleculares e, em conseqüência, faz menos interações intermoleculares por ligações de hidrogênio
que os outros isômeros. Deste fato vem a razão
do seu menor ponto de fusão.
Esquema:
v2
mp
Condutores de carga elétrica no interior da célula:
íons H + .
Condutores de carga elétrica no circuito elétrico
externo: elétrons (e − ).
Questão 12
Questão 13
Substituindo-se dois átomos de H da molécula de benzeno, um deles por grupo –OH, e o
outro por grupo –NO2 , podem ser obtidos
três isômeros de posição.
a) Escreva as fórmulas estruturais e os respectivos nomes oficiais desses isômeros de posição.
b) Identifique o isômero que apresenta o menor ponto de fusão. Utilizando fórmulas estruturais, esquematize e classifique a interação molecular existente nesse isômero, que
justifica seu menor ponto de fusão em relação
aos dos outros dois isômeros.
Considere a seqüência de reações, expressa
pelas equações químicas a seguir, que levam
à formação de um polímero.
Resposta
a) Os isômeros de posição são:
Com respeito a esse processo,
a) escreva o nome oficial do composto de partida e a fórmula estrutural do composto X.
b) escreva a fórmula estrutural do composto
Y. Identifique a função química formada na
reação de síntese desse composto.
Resposta
a)
química 4
A reação indicada é uma desidratação, então X é
insaturado:
b) A transformação de X em Y é uma esterificação, logo Y é:
A função química formada é éster.