Química 2 Módulo 5: Misturas Gasosas A T I V I D A D E III 1. Considere o seguinte esquema: Quanto do gás deve ter sobrado no balão A? Abrindo-se a torneira, depois de estabelecido o equilíbrio no sistema, a pressão da mistura gasosa passa a ser de 2 atm, mantida sob temperatura constante. Com base nessas informações, determine a quantidade de mols de H2 na mistura. a) b) c) 1. 2. 3. d) e) 4. 5. b) Feito o procedimento descrito anteriormente, em que frasco haverá menor quantidade de moléculas do gás? Justifique. Sendo P2, a pressão final no frasco 2 e P3 a pressão final do frasco 3, qual será o valor da relação experimento? Justifique. 0,20 mol. d) 0,60 mol. b) 0,40 mol. e) 0,80 mol. c) 0,50 mol. 4. (PUCCamp) Comparando-se as densidades dos gases a seguir, nas CNTP, qual deles é o melhor para encher um balão que deve subir na atmosfera? Considere que: densidade do ar = 1,29 g/L (CNTP) densidade de um gás = 2. (UNICAMP) O esquema a seguir representa um dispositivo para se estudar o comportamento de um gás ideal. Inicialmente, no frasco 1, é colocado um gás à pressão de 1 atmosfera, ficando sob vácuo os frascos 2 e 3. Abre-se, em seguida, a torneira entre os frascos 1 e 2 até que se estabeleça o equilíbrio. Fecha-se, então, esta torneira e abre-se a torneira entre os frascos 1 e 3. O volume do frasco 1 é 9 vezes maior do que o do frasco 2 e o do frasco 3 é 9 vezes maior que o do 1. a) a) P2 P3 3. (ITA-SP) Dois balões esféricos de mesmo volume são unidos por um tubo de volume desprezível, provido de torneira. Inicialmente o balão A contém 1,00 mol de um gás ideal e em B há vácuo. Os dois balões são mantidos às temperaturas indicadas no desenho abaixo. A torneira é aberta durante certo tempo. Voltando a fechá-la, verifica-se que a pressão em B é 0,81 do valor da pressão em A. molar molar a) CO 2. d) Cl 2. b) O3. e) CH 4. c) N2. g/L 5. (UNICAMP-SP) Durante os dias quentes de verão, uma brincadeira interessante consiste em pegar um saco plástico, leve e de cor preta, encher 3/4 do seu volume, com ar, amarrar hermeticamente a sua boca, expondo-o, em seguida, aos raios solares. O ar no interior do saco é aquecido, passando a ocupar todo o volume. Como conseqüência, o saco sobe na atmosfera como um balão. a) Considerando a pressão atmosférica constante durante a brincadeira e considerando ainda que inicialmente o ar estava a 27°C, calcule a variação da temperatura do ar no interior do saco plástico, entre a situação inicial e a final, quando o gás ocupa todo o volume. b) Qual é a relação entre as densidades do ar no início e no instante em que todo o volume do saco é ocupado? 6. (CEFET-BA) A velocidade de difusão do gás hélio, em relação à velocidade de difusão VSO2 do gás SO2, é: a) , ao final do Obs.: desprezar o volume dos tubos das conexões. massa volume b) c) 4 ⋅ VSO2. VSO2 4 . d) e) VSO2 16 . 32 ⋅ VSO2. 16 ⋅ VSO2. 7. (MACK) A velocidade de difusão do gás hidrogênio é igual a 27 km/min, em determinadas condições de pressão e temperatura. Nas mesmas condições, a velocidade de difusão do gás oxigênio em km/h é de: a) 4 km/h. d) 240 km/h. b) 108 km/h. e) 960 km/h. c) 405 km/h. 13 3ª Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular 8. (UEM/2010) Assinale o que for correto: (01) A velocidade de efusão do H2(g) é quatro vezes maior que a do O2(g). (02) Sabendo-se que a velocidade de difusão de um gás qual quer G é menor do que a de um gás qualquer E, pode-se concluir que a densidade do gás G é maior. (04) Nas CNTP, a densidade absoluta de um gás ideal, em M g/l, equivale a onde M = massa molar. 22,4 (08) Nas CNTP, uma massa de 8,0 g de gás He ocupará um volume de 89,6 l. (16) A pressão de um gás é provocada pelas colisões das moléculas desse gás com as paredes de seu recipiente. 9. (ITA) Assumindo um comportamento ideal dos gases, assinale a opção com a afirmação correta: a) De acordo com a Lei de Charles, o volume de um gás torna-se maior quanto menor for a sua temperatura. b) Numa mistura de gases contendo somente moléculas de oxigênio e nitrogênio, a velocidade média das moléculas de oxigênio é menor do que as de nitrogênio. c) Mantendo-se a pressão constante, ao aquecer um mol de gás nitrogênio sua densidade irá aumentar. d) Volumes iguais dos gases metano e dióxido de carbono, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam as mesmas densidades. e) Comprimindo-se um gás à temperatura constante, sua densidade deve diminuir. 10. (FUVEST/2012) Uma estudante de Química realizou um experimento para investigar as velocidades de difusão dos gases HCl e NH3. Para tanto, colocou, simultaneamente, dois chumaços de algodão nas extremidades de um tubo de vidro, como mostrado na figura abaixo. Um dos chumaços estava embebido de solução aquosa de HCl(g) , e o outro, de solução aquosa de NH3(g). Cada um desses chumaços liberou o respectivo gás. No ponto de encontro dos gases, dentro do tubo, formou-se, após 10 s, um anel de sólido branco (NH4Cl), distante 6,0 cm do chumaço que liberava HCl(g). a) b) c) Qual dos dois gases, desse experimento, tem maior velocidade de difusão? Explique. Quando o experimento foi repetido a uma temperatura mais alta, o anel de NH4Cl(s) se formou na mesma posição. O tempo necessário para a formação do anel, a essa nova temperatura, foi igual a, maior ou menor do que 10 s? Justifique. Com os dados do experimento descrito, e sabendo-se a 14 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular massa molar de um dos dois gases, pode-se determinar a massa molar do outro. Para isso, utiliza-se a expressão velocidade de difusão do NH3(g) velocidade de difusão do HCl(g) √ massa molar do HCl massa molar do NH3 Considere que se queira determinar a massa molar do HCl. = Caso o algodão embebido de solução aquosa de NH3(g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que libera HCl(g) (e não simultaneamente), como isso afetará o valor obtido para a massa molar do HCl? Explique. QUÍMICA 2 - MÓDULO 5 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS O R I E N TA Ç Õ E S DE ESTUDO .................................................................................................................... PRESSÃO PARCIAL E VOLUME PARCIAL .................................................................................................................... Atividade III – Exercícios 01 até 03 .................................................................................................................... DENSIDADE, VELOCIDADE DE DIFUSÃO E DE EFUSÃO Atividade III – Exercícios 04 até 10 .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... 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Alternativa A 2. a) No frasco 1, existirá a menor quantidade de moléculas. b) P2 / P3 = 10 3. Alternativa C 4. Alternativa E 5. a) 100°C 3 b) dF = di 4 6. Alternativa A 7. Alternativa C 8. 23 9. Alternativa B Numa mesma temperatura, as moléculas dos dois gases têm a mesma energia cinética, porém, como apresentam massas molares diferentes, a velocidade média das moléculas do gás nitrogênio é maior porque a massa molar é menor. gás notrogênio gás oxigênio EN = MN ⋅ V 2N 2 2 EO = 2 2 14 EN = 28 ⋅ V 2N 2 EO = 2 2 16 2 2 2 MO ⋅ V2O 2 32 ⋅ V 2O 2 2 2 como EN = EO , temos: 2 2 14 ⋅ V 2N = 16 ⋅ V 2O 2 VN 2 VO = 2 √ 2 16 ∴ V >V N2 O2 14 10. a) Os gases que se difundem no tubo reagem segundo a equação da reação: NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) O anel branco que se forma no tubo é devido à formação do sólido NH 4C l . Pelas informações fornecidas, observamos que o anel se forma mais próximo do algodão embebido com HCl (6 cm) do que do algodão embebido com NH3 (9 cm). Portanto, podemos concluir que a velocidade de difusão do gás HCl é menor que a do gás NH3. b) O aumento da temperatura do sistema implica um aumento da energia cinética das partículas e, portanto, um aumento na velocidade de difusão dos dois gases. 2 Ecin = K T = m v 2 Com o aumento da temperatura, o ponto de encontro dos dois gases continua o mesmo, mas o tempo para a formação do anel de NH4Cl será menor. c) Com a fórmula fornecida: velocidade de difusão de HCl velocidade de difusão de NH3 √ massa molar do NH3 , massa molar do HCl Conhecendo a massa molar do NH3, poderíamos determinar a massa molar do HCl. massa molar do HCl = = = velocidade de difusão do NH3)2 velocidade de difusão do HCl , massa molar do NH3 Colocando os dois chumaços de algodão no mesmo instante, a velocidade de difusão é proporcional à distância percorrida. Se o chumaço de algodão contendo NH3 for colocado antes, a formação do anel ocorrerá numa região mais próxima do HCl, e portanto, menos de 6 cm da sua extremidade, originando um erro no cálculo da massa molar do HCl. Iríamos achar que a velocidade do NH3 seria maior que a verdadeira e, portanto, a massa molar do HCl resultaria maior que o real. 16 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular Química 2 Módulo 6: Cálculos Estequiométricos ATIVIDADE III Fórmula molar (g/mol) 1. (FUVEST) Aminas primárias e secundárias reagem diferentemente com o ácido nitroso: R NH2 + HNO2 amina primária R1 N R2 + HNO 2 H amina secundária a) R OH + H2O + N2(g) R1 N etanol n-octano C2H5OH C8H18 Massa molar (g/mol) 46 114 Número de mols / litro 17,2 6,15 Suponha dois motores idênticos em funcionamento, cada um deles movido pela queima completa de um dos combustíveis com igual aproveitamento da energia gerada. a) Escreva as equações químicas que representam a combustão completa de cada um dos combustíveis. b) Sabe-se para realizar o mesmo trabalho gerado pela queima de 10 litros de n-octano são necessários 14 litros de etanol. Nestas condições compare, através de cálculos a poluição atmosférica por gás carbônico produzida pelos dois combustíveis. R2 + H 2O N O A liberação de N2(g), que se segue à adição de HNO2, permite identificar qual dos seguintes aminoácidos? 3. (ITA) Deseja-se preparar 57 gramas de sulfato de alumínio [Al2(SO4)3] a partir de alumínio sólido (Al), praticamente puro, e ácido sulfúrico (H2SO4). O ácido sulfúrico disponível é uma solução aquosa 96% (m/m), com massa específica de 1,84 g cm –3. a) Qual a massa, em gramas, de alumínio necessária para preparar a quantidade de Al2(SO4)3 especificada? Mostre os cálculos realizados. H2C O H2 sulfúrico necessária H2C b) Qual a massa, em gramas, de ácido OH C C CH ) especificada? para preparar a quantidade de Al2(SO 4 3 CH C os cálculos realizados. Mostre OH NH2 H2C O OHnormais de temperatura e pressão N c) Nas condições H (CNTP), qual é o volume, em litros, de gás formado Explique sua resposta. da quantidade de A l 2(SO4) 3 Uma amostra de 1,78 g de certo α-aminoácido (isto é, um prolinadurante a preparação tirosina especificada? Mostre os cálculos realizados. aminoácido no qual o grupo amino esteja ligado ao carbono O d) Caso a quantidade especificada de Al2(SO4)3 seja disvizinho ao grupo — CO2H) foi tratada com HNO2, provosolvida em água acidulada, formando 1L de solução, qual H3C N C C cando a liberação de nitrogênio gasoso. O gás foi recolhido e, a 3+ l e de íons SO 42– existente a concentração de íons A H H2 25°C e 1atm, seu volume foi de 490mL. OH nesta solução? b) Utilizando tais dados experimentais, calcule a massa moN-metil-glicina lar desse a-aminoácido, considerando que 1 mol de aaminoácido produz 1mol de nitrogênio gasoso. 4. (FUVEST) Uma jovem senhora, não querendo revelar sua c) Escreva a fórmula estrutural plana desse a-aminoácido, idade, a não ser às suas melhores amigas, convidou-as para sabendo-se que, em sua estrutura, há um carbono festa de aniversário, no sótão de sua casa, que mede assimétrico. 3,0 m ⋅ 2,0 m ⋅ 2,0 m. O bolo de aniversário tinha velas em número igual à idade da jovem senhora, cada uma com Dados: 1,55 g de parafina. As velas foram queimadas inteiramente, a 25°C e 1 atm, volume molar = 24,5 L/mol; numa reação de combustão completa. Após a queima, a pormassas molares (g/mol): H ... 1; C ... 12; N ... 14; O ... 16. centagem de gás carbônico, em volume,no sótão, medido nas condições-ambiente, aumentou de 0,88%. Considere que esse 2. (VUNESP) Considere o etanol anidro e o n-octano, dois aumento resultou, exclusivamente,da combustão das velas. combustíveis que podem ser empregados em motores de Dados: massa molar da parafina, C22H46 = 310 gmol–1 combustão interna. Sobre estes dois combustíveis, são disvolume molar dos gases nas condições-ambiente de poníveis os dados fornecidos a seguir: pressão e temperatura = 24 L mol–1 a) Escreva a equação de combustão completa da parafina. 17 3ª Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular b) Calcule a quantidade de gás carbônico, em mols, no sótão, após a queima das velas. c) Qual é a idade da jovem senhora? Mostre os cálculos. 5. (UNIFESP) O gráfico apresenta a curva da decomposição térmica do oxalato de magnésio, MgC2O4. Nessa reação os produtos da decomposição são CO, CO 2 e MgO (massa molar 40 g/mol). Neste gráfico são apresentados os valores da massa da amostra em função da temperatura. c) Calcule o número de unidades monoméricas, presentes na cadeia polimérica de certa amostra de celulose cuja massa molar média é 4,86 × 105 g mol –1. Dados: massas molares: anidrido acético ...................... 102 (g mol–1) unidade monomérica da celulose ....... 162 7. Se a diferença entre as massas X e Y no gráfico for 576 mg, o valor de Y e a porcentagem de perda da massa da reação de decomposição térmica do oxalato de magnésio são, respectivamente: a) 320 e 35,7%. d) 576 e 35,7%. b) 320 e 64,3%. e) 576 e 64,3%. c) 352 e 39,2%. 6. a) Determine a fórmula molecular do composto orgânico analisado, sabendo-se que as massas de água e gás carbônico produzidas foram repectivamente 36 mg e 176 mg. b) O compartimento B contém substância hidróxido de sódio. Escreva a equação da reação que lá ocorre, sabendo-se que é classificada como reação de síntese. (FUVEST) A celulose é um polimero natural, constituído de alguns milhares de unidades de glicose. Um segmento desse polimero é representado por: 8. Produz-se o acetato de celulose, usado na fabricação de fibras têxteis, fazendo-se reagir a celulose com anidrido acético. Um exemplo de reação de triacetilação é: a) Escreva a unidade monomérica da celulose após ter sido triacetilada, isto é, após seus três grupos hidroxila terem reagido com anidrido acético. Represente explicitamente todos os átomos de hidrogênio que devem estar presentes nessa unidade monomérica triacetilada. b) Calcule a massa de anidrido acético necessária para triacetilar 972 g de celulose. 18 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular (UNIFESP) A figura apresenta um esquema de equipamento utilizado para determinação de carbono e hdrogênio em uma determinada amostra de um composto orgânico (constituído por C, H e O) com massa molar 90 g/mol. A amostra no forno sofre combustão completa com excesso de gás oxigênio. No equipamento, o interior das regiões A e B contém substâncias sólidas para reter por completo, respectivamente, a água e o gás carbônico produzidos na combustão. (FUVEST) Foram misturados 2,00 L de um alcano de m átomos de carbono por molécula e 2,00 L de outro de n átomos de carbono por molécula, ambos gasosos. Esses alcanos podem ser quaisquer dois dentre os seguintes: metano, etano, propano ou butano. Na combustão completa dessa mistura gasosa, foram consumidos 23,00 L de oxigênio. Todos os volumes foram medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura. a) Escreva a equação da combustão completa de um alcano de n átomos de carbono por molécula. Para identificar os dois alcanos que foram misturados, conforme indicado acima, é preciso considerar a lei de Avogadro, que relaciona o volume de um gás com seu número de moléculas. b) Escreva o enunciado dessa lei. c) Identifique os dois alcanos. Explique como chegou a essa conclusão. 9. (ITA-SP) O volume de SO2 gasoso, medido nas CNTP, necessário para transformar completamente 250 cm3 de solução aquosa 0,100 molar de NaOH em solução de Na2SO3, é: a) 0,14 L. b) 0,28 L. c) 0,56 L. d) 1,12 L. e) 2,24 L. 10. (FUVEST) Em três balanças aferidas, A, B e C, foram colocados três béqueres de mesma massa, um em cada balança. Nos três béqueres, foram colocados volumes iguais da mesma solução aquosa de ácido sulfúrico. Foram separadas três amostras, de massas idênticas, dos metais magnésio, ouro e zinco, tal que, havendo reação com o ácido, o metal fosse o reagente militante. Em cada um dos béquertes, foi colocada uma dessas amostras, ficando cada béquer com um metal diferente. Depois de algum tempo, não se observando mais nenhuma transformação nos béqueres, foram feitas as leituras de massa nas balanças, obtendo-se os seguintes resultados finais: balança A: 327,92 g balança B: 327,61 g balança C: 327,10 g As massas lidas nas balanças permitem concluir que os metais magnésio, ouro e zinco foram colocados, respectivamente, nos béqueres das balanças: a) b) c) d) e) A, B e C. A, C e B. B, A e C. B, C e A. C, A e B. 11. (ITA/SP) 2,7 gramas de alumínio são dissolvidos em 500 mL, de uma solução aquosa 1,00 molar em ácido clorídrico. Todo hidrogênio produzido é recolhido. Após a secagem, o volume de hidrogênio à pressão de 1 atm e 25ºC é: Dado: Al = 27u a) 1,2 litro. d) 3,6 litros. b) 1,6 litro. e) 12 litros. c) 2,4 litros. 12. (ITA/SP) Num garrafão de 3,5 L capacidade, contendo 1,5 L de solução 1,0 molar de ácido sulfúrico, introduzem-se 32,7g de aparas de zinco; fecha-se rapidamente com rolha de borracha. Supondo que a temperatura do ambiente onde essa perigosa experiência está sendo feita seja de 20ºC, o incremento máximo de pressão interna (∆P) do frasco será de: Dado: Zn = 65,4u a) 0,41 atm. d) 6,0 atm. b) 3,4 atm. e) 12,0 atm. c) 5,6 atm. 13. (UNIFESP/2010) Em uma aula de laboratório de química, foram realizados três experimentos para o estudo da reação entre zinco e ácido clorídrico. Em três tubos de ensaio rotulados como I, II e III, foram colocados em cada um 5,0 x 10−3 mol (0,327g) de zinco e 4,0 mL de solução de ácido clorídrico, nas concentrações indicadas na figura. Foi anotado o tempo de reação até ocorrer o desaparecimento completo de metal. A figura mostra o esquema dos experimenttos, antes da adição do ácido no metal. HCl 6 mol/L I HCl 4 mol/L HCl 6 mol/L II III a) Qual experimento deve ter ocorrido com menor tempo de reação? Justifique. b) Determine o volume da solução inicial de HCl que está em excesso no experimento III. Apresente os cálculos efetuados. 14. (FEI/SP) Num cilindro cuja capacidade é 10 litros, estão confinados 160g de monóxido de carbono e 64g de oxigênio. Qual seria a pressão da mistura a 27ºC, após a sua combustão? 15. (UNIFESP) Íons bário, Ba2+, são altamente tóxicos ao organismo humano. Entretanto, uma suspensão aquosa de BaSO4 é utilizada como contraste em exames radiológicos, pois a baixa solubilidade desse sal torna-o inócuo. Em um episódio recente, várias pessoas faleceram devido a ingestão de BaSO4 contaminado com BaCO3. Apesar do BaCO3 ser também pouco solúvel em água, ele é tóxico, pois reage com o ácido clorídrico do estômago, liberando Ba2+. Suponha que BaSO4 tenha sido preparado a partir de BaCO3, fazendo-se a sua reação com solução aquosa de H2SO4, em duas combinações diferentes: I. 2,0 mol de BaCO3 e 500 mL de solução aquosa de H2SO4 de densidade 1,30 g/mL e com porcentagem em massa de 40%. II. 2,0 mol de BaCO3 e 500mL de solução 3,0 mol/L de H2SO 4. a) Explique, utilizando cálculos estequiométricos, se alguma das combinações produzirá BaSO4 contaminado com BaCO3. b) Calcule a massa máxima de BaSO4 que pode se formar na combinação II. 16. (VUNESP) Estudos recentes indicam que as águas do Aqüífero Guarani (um dos maiores reservatórios subterrâneos de água doce conhecido no planeta) estão sendo contaminadas. O teor de nitrogênio já atinge, em determinados locais, valores acima do nível de tolerância do organismo humano. Em adultos, o nitrogênio na forma de nitrito, atua na produção de nitrosaminas e nitrosamidas, com elevado poder cancerígeno. Considerando as equações químicas a seguir: 19 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular 19. (UNICAMP/2013) Na reciclagem de embalagens de alumí– NO2(aq) + H +(aq) HNO2(aq) (produção do ácido nitroso no estômago) HNO2(aq) + (CH3)2 NH(aq) (CH3)2 NNO(aq) + H2O(l) (produção da nitrosamina) Determine a massa da nitrosamina que pode ser produzida a partir de um litro de água cujo teor em nitrito seja igual a 9,2 mg. Apresente seus cálculos Massas molares, em g ⋅ mol –1: NO2– = 46 e (CH3)2 NNO = 74 17. (VUNESP) Um procedimento muito utilizado para eliminação de bactérias da água é a adição de cloro com produção de hipoclorito. O cloro pode ser produzido pela eletrólise de uma solução aquosa de íons cloreto, segundo a equação I: – – + 2 H2O(l) → 2 OH(aq) + Cl 2(g) + H2(g) I. 2 Cl (aq) Posteriormente, o Cl 2 pode reagir com as hidroxilas produzindo o hipoclorito. – – – + Cl 2(aq) → Cl (aq) + Cl O(aq) + H2O(l) II. 2 OH(aq) Calcule o volume de H2 produzido nas CNTP quando ocorre o consumo de 117,0 gramas de NaCl (massa molar = 58,5 g ⋅ mol –1) de acordo com a equação I, e forneça a equação global que expressa a formação de hipoclorito a partir da eletrólise da solução de cloreto. 18. (ENEM/2014) A produção de aço envolve o aquecimento do minério de ferro, junto com carvão (carbono) e ar atmosférico em uma série de reações de oxidorredução. O produto é chamado de ferro-gusa e contém cerca de 3,3% de carbono. Uma forma de eliminar o excesso de carbono é a oxidação a partir do aquecimento do ferro-gusa com gás oxigênio puro. Os dois principais produtos formados são aço doce (liga de ferro com teor de 0,3% de carbono restante) e gás carbônico. As massas molares aproximadas dos elementos carbono e oxigênio são, respectivamente, 12g/mol e 16g/mol. L.E.E. J. D. Química inorgânica não tão concisa. São Paulo: Edgard Blacher, 1999 (adaptado). Considerando que um forno foi alimentado com 2,5 toneladas de ferro-gusa, a massa de gás carbônico formada, em quilogramas, na produção de aço doce, é mais próxima de a) 28 b) 75 c) 175 20 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular d) e) 275 303 nio, usam-se apenas 5% da energia despendida na sua fabricação a partir do minério de bauxita. No entanto, não se deve esquecer a enorme quantidade de energia envolvida nessa fabricação (3,6 x 106 joules por latinha), além do fato de que a bauxita contém (em média) 55% de óxido de alumínio (alumina) e 45% de resíduos sólidos. a) Considerando que em 2010 o Brasil produziu 32 x 106 toneladas de alumínio metálico a partir da bauxita, calcule quantas toneladas de resíduos sólidos foram geradas nesse período por essa atividade. b) Calcule o número de banhos que poderiam ser tomados com a energia necessárias para produzir apenas uma latinha de alumínio, estimando em 10 minutos o tempo de duração do banho, em um chuveiro cuja potência é de 3.000 W. Dado: W = J s–1. 20. (UNICAMP/2013) “Pegada de carbono”, do Inglês carbon footprint, é a massa de gases doi efeito estufa emitida por uma determinada atividade. Ela pode ser calculada para uma pessoa, uma fábrica, um país ou qualquer dispositivo, considerando-se qualquer intervalo de tempo. Esse cálculo, no entanto, é bem complexo e requer informações muito detalhadas. Por isso, no lugar da pegada de carbono, utiliza-se o fator de emissão CO2, que é definido como a massa emitida de CO2 por atividade. Uma pessoa, por exemplo, tem um fator de emissão de cerca de 800 gramas de CO2 por dia,, catabolizando açúcar (CH2O)n e gordura (CH2)n. a) Tomando por base os dois “combustíveis humanos” citados (açúcar e gordura), qual deles teria maior fator de emissão de CO2, considerando-se uma mesma massa consumida? Justifique. b) Uma pessoa utiliza diariamente, em média, 150 gramas de gás butano (C4H10) cozinhando alimentos. O fator de emsissão de CO2 relativo a esse cozimento é maior, menor ou igual ao da catabolização diária do ser humano indicada no texto? Justifique. QUÍMICA 2 - MÓDULO 6 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS O R I E N TA Ç Õ E S DE ESTUDO CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Atividade III – Exercícios 01 até 20 .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... 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.................................................................................................................... 21 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular QUÍMICA 2 - MÓDULO 6 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS GABARITOS QUÍMICA 2 - MÓDULO 6 ATIVIDADE III 3m+1 2 L V´= (3m + 1) L 1L 1. a) A liberação de N2(g) ocorre somente nas reações que envolvem aminas primárias e portanto permite identificar a tirosina. b) R c) N2H + HNO2 H H3C C R OH + H2O + N2 O ⇒ M = 89 g ⋅ mol–1 C V´ 3n + 1 1CnH2n + 2(g) + O → nCO2(g) + (n + 1) H2O(g) 2 2(g) 1L 3n+1 2L V´´ V´´= (3n + 1) L Volume total de O2 consumido: 23L : V´ + V´´ = 23 → 2. a) C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O 25 C8H18 + O2 → 8CO2 + 9H2O 2 → 3m + 1 + 3n + 1 = 23 → 3m + 3n = 21 → m + n = 7 Para que m + n = 7, m = 3 e n = 4 ou n = 3 e m = 4. Portanto os alcanos são propano e butano. b) C2H5OH ⇒ V = 14L ⇒ 240,8 mol C2H5OH CO2 1 mol ______ 2mol 9. Alternativa B C8H18 ⇒ V = 10L ⇒ 61,5mol C8H18 10. Alternativa E 11. Alternativa D 240,8 mol _____ x Þ x = 481,6 mol CO2 CO2 1 mol _______ 8 mol 61,5 mol _______ y ⇒ y = 492 mol de CO2 C8H18 libera maior quantidade de CO2. 12. Alternativa D 13. a) O experimento II ocorreu em menor tempo, visto que foram utilizados HCl 6mol/L (maior concnetração) e zinco metálico, de acordo com a ilustração, com maior superfície de contato. b) A equação química que representa a reação é: Zn(s) H2(g) + ZnCl2(aq) 2mols 5 . 10−3mols n b) 49 g n = 10− 2 mols de HCl gastos para reagir com todo o zinco. c) 11,2 L O volume de solução de HCl 4 mol/L que contém essa quantidade de HCl é: d) 0,33 mol/L de Al +3 e 0,5 mol/L de SO 42– 4. a) C22H46 + 67 O2 2 22CO2 + 23H2O b) 4,4 mol c) 40 anos V = 2,5 . 10−3L = 2,5mL 5. Alternativa B Ou seja, dos 4mL usados no experimento, 2,5mL já forneceriam a quantidade de HCl para reagir com todo o zinco. Sendo assim, temos: O CH 2 C O V(excesso) = 4mL − 2,5mL V(excesso) = 1,5mL CH 3 O H 14. 14,06 atm H 15. a) I 2,0 mol de BaCO3 V = 500 mL = 0,5 L C a) H O C CH3 H H O C = b) 1836g τ⋅d M 1 c) 3.103 unidades monoméricas 5,30 mol x 7. a)C2 H2 O4 x= b) NaOH + CO2 → NaHCO3 8. a) alcano com n átomos de carbono: CnH2n 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular = 0,4 ⋅ 1300 gL–1 5,30 ⋅ 0,5 L 1,0 L 98 gmol–1 = 5,30 molL– 1,0 L 0,5 L = 2,65 mol H2SO4 BaCO3(s) + H2SO4(aq) → BaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) +2 1CnH2n + 2(g) + → nCo2(g) + (n + 1)H2O(g) b) Hipótese de Avogado: “Volumes iguais de dois gases quisquer nas mesmas condições de pressão e temperatura contêm o mesmo número de mols de moléculas de gás.” c) alcano com m átomos de carbono: CmH22m + 2 Equações das respectivas combustões: 22 H2SO4 d = 1,30 g/mL = 1300 gL–1 40% em massa = τ = 0,4 Massa Molar H2SO4 = 98 gmol –1 CH 3 O a → 2HCl(aq) + 1mol 3. a) 9 g 6. 2L 2 OH NH2 3m + 1 O (g) → mCO + (m + 1) H O(g) 2(g) 2 2 2 1CmH2m + 2(g) + 1 mol 2,0 mols 1 mol 2,65 mols 1 mol 2 mols excesso Nessa combinação, o BaCO3(s) é totalmente consumido, logo o BaSO4(s) formado não será contaminado com BaCO3(s). II 2,0 mol de BaCO3 V = 500 mL = 0,5 L m = 3,0 mol/L–1 1,0 L 3,0 mol 0,5 L x x= y = 7,3 kg de C H2SO4 Carbono retirado: m = (82,5 – 7,3) kg = 75,2 kg C + O2 CO2 12 kg 44 g 75,2 kg z → H2SO4 0,5 L ⋅ 3,0 mol 1,0 L BaCO3(s) + H2SO4(aq) → BaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) 1 mol 2,0 mols 1 mol 1,5 mols 1 mol 1,5 mols excesso Nessa combinação, teremos a formação de BaSO4(s) contaminado com BaCO3(s), devido ao seu excesso. b) BaCO3(s) + H2SO4(aq) → BaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g) 1 mol 1 mol 1,5 mols 1 mol 233 g x 233 g ⋅ 1,5 mol 1,0 mol 16. NO–2(aq) + = 349,5 g H +(aq) BaSO4 (CH3)2 NNO(aq) + H2O(l) NO–2(aq) + H +(aq) + (CH3)2 NH(aq) (CH3)2 NNO(aq) + H2O(l) 29,12 t = 49,45 ⋅ 106t resíduos y = 5,0 ⋅ 107 t de resíduos b) Cálculo da energia gasta em um banho: 1s 3000J x 1 banho 1,8 ⋅ 106J y 3,6 ⋅ 106J 17. Quantidade em mol de NaCl consumido: 58,5 g NaCl 1 mol 117 g NaCl n⇒ n = 2 mol de NaCl Quantidade em mol de Cl – : NaCl Na+ + Cl – 1 mol 1 mol Volume de H2(g) produzido: – 2 Cl (aq) + 2 H2O(l) → 2 OH –(aq) + Cl 2(g) 2 mols ⇓ 2 mol 1 mol ⇓ 22,4 L ⇒ VH = 22,4 L 2 – + 2 H2O(l) → 2 OH –(aq) + Cl 2(g) + H2(g) 2 Cl (aq) – – 2 OH –(aq) + Cl 2(g) → Cl (aq) + Cl O(aq) + H2O(l) + – – Cl (aq) + H2O(l) → Cl O(aq) + H2(g) ∴ 100% 3,3% 2417,5 kg de Fe 99,7% 0,3% ↓ n ⋅ 30 g n ⋅ 44 g Portanto: 30 g de açúcar liberam 44g de CO2. Tomando como base a gordura: (CH2)n + 3n/2 O2 → nCO2 + n H2O gordura MCH2 = 14 g/mol e MCO2 = 44 g/mol 1 mol de (CH2)n n mol de CO2 ↓ ↓ A equação global pedida será (I + II) 18. Resolução 2500 kg de ferro gusa x ⇒ y = 2 banhos 20. Resolução a) Tomando como base o açúcar: (CH2O)n + n O2 → n CO2 + n H2O açúcar MCH2O = 30g/mol e MCO2 = 44 g/mol 1 mol de (CH2O)n n mol de CO2 ↓ x = 2 mols de Cl – x⇒ 2 mols Aço doce 2417,5 kg y 45 ⋅ 32 ⋅ 10 y 6 74 g x = 14,8 mg x = 82,5 kg de C Massa Molar do Al2O3 = 2 ⋅ 27g ⋅ mol–1 + 3 ⋅ 16g ⋅ mol–1 = 102g ⋅ mol–1 102g de Al2O3 54g de Al 55 ⋅ 54 g ⇒x= 55g de Al2O3 x 102 x = 29,12g de Al Cálculo da massa de resíduos: 29,12g de Al 45g de resíduos ⇒ x = 1,8 ⋅ 106J 10 ⋅ 60s x Cálculo da quantidade de banhos a serem tomados considerando a energia para produzir uma latinha nova de alumínio: 1 mol 46 g 9,2 mg 55g de Al2O3 100g de bauxita 45g de resíduos Cálculo da massa de alumínio para 100g de bauxita: y= + 1 mol 19. Resolução a) Considere a proporção: 32 ⋅ 106t de Al HNO2(aq) HNO2(aq) + (CH3)2 NH(aq) z = 275,73 kg de CO2 n ⋅ 14g 30g n ⋅ 44g x x = 94,3 g de CO2 Portanto 30g de gordura liberam 94,3g de CO2. A gordura tem maior fator de emissão de CO2, pois libera maior massa de CO2. b) A utilização do gás butano (C4H10) como combustível, durante o cozimento, dá-se de acordo com a equação: C4H10 + 13/2 O2 → 4CO2 + 5 H2O MC4H10 = 58 g/mol e MCO2 = 44 g/mol 1 mol de C4H10 4 mol de CO2 ↓ ↓ 58g 4 ⋅ 44 g 150g x x = 455,2 g de CO2 Como uma pessoa, ao catalizar açúcar e gordura, emite 800 gramas de CO2 diariamente, o uso de butano como combustível durante o cozimento de alimentos tem menor fator de emissão de CO2. 23 a 3 Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular ANOTAÇÕES: .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... 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