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P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 18/06/05 Nome: Nº de Matrícula: (Gabarito) Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,0 a,0 3 a,0 4 a,0 5 a,0 Total 10,0 Constantes K w [H + ] [OH - ] 1,0 x a 5 o C F C mol -1 1 C x V 1 J R 8,314 J mol -1 K -1 R 0,08 atm L mol -1 K -1 T (K) t ( C) + 73 Equações ΔG - n F ΔE o Equação de Nernst: E E ΔG ΔG o + R T ln Q RT nf ln Q 1 a Questão As baterias de acumuladores de chumbo têm sido usadas há muitos anos em automóveis para produzir corrente elétrica. São constituídas por um conjunto de seis pilhas de chumbo ligadas em série, como mostrado na figura abaixo: As reações envolvidas no processo de oxiredução e seus respectivos potenciais padrões de redução são: PbSO 4 (s) + e - Pb(s) + SO 4 - (aq) PbO (s) + 4 H + (aq) + SO 4 - (aq) + e - PbSO 4 (s) + H O(l) E o - 0,36 V E o + 1,64 V a) Escreva a reação de oxiredução global da pilha. b) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs padrão, ΔG o. Esse resultado é esperado para uma pilha? Por quê? c) Calcule ΔG, a 5 o C quando o ph é 1 e a concentração de sulfato, SO - 4 (aq), é de 5,0 x 10-3 mol L -1. d) O que ocorre com a reação de oxiredução quando a pilha perde a sua capacidade de produzir corrente elétrica? Resolução: a) O sentido da semi-reação com potencial de redução menor tem que ser invertida, assim: Pb(s) + SO - 4 (aq) Pb SO 4 (s) + e - E + 0,36 V PbO (s) + 4H + (aq) + SO - 4 (aq) + e - PbSO 4 (s)+ H O(l) E 1,64 V Pb(s) + PbO (s)+ SO - 4 (aq) + 4H + (aq) PbSO 4 (s)+ H O(l) ΔE,00 V b) ΔG - nfδe J O resultado negativo para ΔG é esperado, pois na pilha a reação de oxiredução deve ser espontânea. c) ΔG ΔG + RT ln Q a 5 C onde Q [SO ] [H ] ΔG ,6 ln [(5x10 1 ).( ) 4 ] 1 ΔG ,6 ln 9,5x10 ΔG J d) A reação alcançou o equilíbrio. a Questão Considere a reação abaixo em equilíbrio, a C, em um recipiente de 1,0 L. H (g) + I (g) HI (g) A análise da mistura em equilíbrio num instante t 1 revelou a presença de 0,010 mol de H, 0,010 mol de I e 0,070 mol de HI. Em um determinado instante t, adiciona-se uma determinada quantidade de H. Diante dessa perturbação imposta, as concentrações das substâncias se modificarão, estabelecendo-se um novo estado de equilíbrio no instante t 3, cuja composição é a seguinte: 0,017 mol de H, 0,007 mol de I e 0,076 mol de HI. a) Comparando os valores das concentrações de equilíbrio no instante t 1 e t 3, explique o que ocorreu no sistema quando a concentração de H foi alterada. b) Calcule K c para o equilíbrio em t 1 e para o equilíbrio em t 3. O valor de K c varia quando o equilíbrio é perturbado por uma mudança na concentração de uma das substâncias? Explique. c) A formação do HI é um processo exotérmico ou endotérmico? Explique. Sabendo que o K c dessa reação a 300 C é igual a 11, 3. Resolução: a) Devido ao aumento da concentração de H, ocorre no sistema mais formação de HI. Dessa maneira, mais I será consumido assim como parte do H adicionado. Isso significa que devido a essa perturbação, ocorre distribuição de massas no sistema de tal forma que enquanto a [H ] e de [I ] decrescem, a [HI] cresce. b) em t 1 K c [HI] (0,070) 49 [H ] [I ] (0,01) (0,01) em t 3 K c (0,076) 48,5 49 (0,017) (0,007) Não. O valor de K c permanece constante, na temperatura em que foi realizado o experimento. A redistribuição de massas ocorre justamente para restabelecer o equilíbrio, ou seja, os valores das concentrações se alteram, mas K c permanece constante. c) K c 49 a 450 C K c 11,3 a 300 C é endotérmico. aumenta a temperatura, aumenta K c, aumenta produtos, portanto Num processo endotérmico, a elevação de T provoca aumento de K, e uma diminuição de T provoca uma diminuição de K. Observe que em 450 C o K é de 49 e em 300 C é de 11,3. 3 a Questão Considere que, a concentração de sulfato (SO 4 - ) na água do mar seja aproximadamente,7 x 10 3 mg L -1. a) Calcule a concentração de Ba + (em mg L -1 ) que se pode esperar na água do mar. b) O valor limite de Ba + (aq) na água do mar recomendado pelo Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) é de 1,0 mg L -1. Justifique porque esse valor limite nunca será alcançado. Dados: Kps (BaSO 4 ) 1,1x10-10 Resolução: Pela reação: BaSO 4 (s) Ba + (aq) + SO - 4 (aq), temos: K ps [Ba + ] [SO - 4 ] logo: [Ba + ] K ps /[SO - 4 ] (equação 1) onde [SO 4 - ] é a molaridade do íon sulfato. Transformando concentração em molaridade [SO 4 - ],7 g L -1 / 96 g mol -1,8 x 10 - mol L -1 Substituindo agora os valores na equação 1, tem-se: [Ba + ] 1,1 x /,8 x 10-3,9 x 10-9 mol L -1 Transformando molaridade em concentração (mg L -1 ) tem-se C 3,9 x 10-9 mol L -1 x 137 g mol -1 5,3 x 10-7 g L -1 ou 5,3 x 10-4 mg L -1 b) De acordo com o observado na equação de equilíbrio de solubilidade do BaSO 4 (s), esse valor limite de concentração para 1 mg L -1 [Ba + ] nunca será alcançado, pois seria necessária a remoção de grande quantidade do íon sulfato da água do mar. 4 a Questão Em uma experiência,,00 mol de NOCl são colocados em um balão de 1,00 L, a 5 C. Quando o equilíbrio foi alcançado, 33,0 % do NOCl foi decomposto segundo a reação abaixo: NOCl(g) NO(g) + Cl (g) a) Calcule o valor de K p para esta reação. b) Calcule o valor de ΔG para a reação. O que é possível dizer a respeito da espontaneidade da reação? c) Determine a pressão total do sistema no equilíbrio. Resolução: a) Quando 33,0% do NOCl decompõe, sobram 67,0 % ou seja 1,34 mol. NOCl NO + Cl Início, Δ -x x x Equilíbrio 1,34 0,66 0,33 [NO] [Cl] 0,66 x 0,33 [NOCl] 1,34 K c 0,081 Sendo K p K c (R T) Δn como Δn 1, tem-se que K p 0,081 (0,08 x 98) 1,98 b) ΔG -RT ln K p ΔG -8,314 x 98 x ln 1,98-166,4 J. A reação é espontânea a 5 C porque ΔG é menor que zero. c) O número total de mol encontrados no equilíbrio é 1,34 + 0,66 + 0,33,33 PV nrt P x 1,00 L,33 x 0,081 x 98 P 56,9 atm 5 a Questão Uma amostra de aspirina contendo,00 g de ácido acetilsalisílico, um ácido fraco que tem um hidrogênio ionizável, é dissolvida com água até 100 ml dissociandose segundo a reação abaixo. O ph dessa solução resultante é igual a,. HC 9 H 7 O 4 (aq.) + H O(l) C 9 H 7 O - 4(aq.) + H 3 O + (aq.) a) Determine a constante de ionização deste ácido fraco. b) Avalie o que ocorre quando 0,01 mol de HCl (ácido forte) é adicionado à solução em equilíbrio, mostrando em que sentido a reação se desloca para restabelecer o equilíbrio e calcule o ph da solução resultante. Resolução: n g/180g/mol [HC H7O4 ] V 0,1L 0,011 mol 0,1L 1 9 0,11mol/L ph, [H + ] 10 -, 0,0063 mol/l HC 9 H 7 O 4 + H O C 9 H 7 O 4 - (aq) + H 3 O + (aq) Inicial 0, Equilíbrio ,11 0,0063 0,0063 0, ,1037 a) K + [C9H7O 4 ] [H3O ] (0,0063) (0,0063) 4 a 3,8 x 10 [HC9H7O 4 ] 0,1037 b) Considerando que a adição de HCl não altera o volume final da solução. HC 9 H 7 O 4 + H O C 9 H 7 O - 4 (aq) + H 3 O + (aq) Inicial 0,1037 0,0063 0, ,1 Equilíbrio 0, x 0, x 0, x 3,8 x 10-4 (0,0063 x) (0,1063 x) (0, x) x 0,113 χ + 0, x 0,006 (verdadeiro) x 0,107 (não é possível) [H + ] no equilíbrio 0,1063 0,006 0,1003 ph - log (0,1003) 0,99 1,0
