Considerando a seguinte clula galvnica:

P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 19/11/05
Nome:
Nº de Matrícula: Gabarito
Turma:
Assinatura:
Questão
1a
Valor
2,5
2a
2,5
3a
2,5
4a
2,5
Total
10,0
Constantes
Kw = [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14 a 25 oC
F = 96500 C mol-1
1CxV=1J
R = 8,314 J mol-1 K-1
R = 0,082 atm L mol-1 K-1
T (K) = t (°C) + 273
Equações
ΔG° = - n F ΔEo
Equação de Nernst: E = E° −
ΔG = ΔGo + R T ln Q
ln
k2 ΔΗ° ⎛ 1 1 ⎞
⎜ − ⎟
=
k1
R ⎜⎝ T1 T2 ⎟⎠
1a Questão
RT
ln Q
nF
Grau
Revisão
Considere a pilha abaixo operando a 25 0C e a 1 atm.
Pt⏐Sn2+aq (0,1 mol L-1), Sn4+aq (0,05 mol L-1) ⏐⏐ Fe3+aq (0,01 mol L-1), Fe2+aq (0,2 mol L-1)⏐Pt
a) Escreva a reação global de oxiredução e calcule o ΔE0.
b) Calcule o ΔG0 da reação.
c) Calcule o ΔG da reação no momento em que as concentrações das espécies
químicas são iguais as indicadas na notação da pilha. A pilha funciona nessas
condições?
d) Calcule a constante de equilíbrio, K, quando a pilha parar de gerar corrente
elétrica.
e) Por que a platina é considerada nessa pilha como um eletrodo inerte?
Dado:
Fe3+aq + e- → Fe2+aq
E0 = 0,77 V
Sn4+aq + 2e- → Sn2+aq
E0 = 0,15 V
Resolução:
a)
0,77 V
catodo
2 Fe3+ + 2 e- → 2 Fe2+
Sn2+ → Sn4+ + 2 e-0,15V
anodo
_____________________________________________
2 Fe3+(aq) + Sn2+(aq) → 2 Fe2+(aq) + Sn4+(aq)
ΔE° = 0,62V
b) ΔG° = -nF ΔE° = - 2 mol . 96500 C mol-1 . 0,62 = - 119660 J
c) ΔG = ΔG° + RT lnQ
onde Q =
[Fe2 + ]2 [Sn4 + ]
[Fe3 + ]2 [Sn2 + ]
⎛ (0,2) 2 0,05 ⎞
⎟⎟
ΔG = -119600 + 8,314 . 298.ln ⎜⎜
2
⎝ (0,01) .0,1 ⎠
ΔG = -119600 + 8,314 . 298 . ln (200)
ΔG = - 119600 + (+13127) = - 106533 J
Sim, a pilha está produzindo corrente elétrica nessas condições ΔG <0.
d) ΔG° = - RT lnk
lnk = −
ΔG°
( −119660)
=−
= 48,3
RT
8.314.298
K = e48,3 = 9,47 x 1020
e) Porque a platina não participa efetivamente da reação de oxiredução. Ela
apenas carreia elétrons para o meio eletrolítico.
2a Questão
Uma solução aquosa de detergente (d = 1 g mL-1) contem 2,0% em massa de
amônia (NH3), que sofre ionização segundo a reação abaixo cujo Kb é igual a
1,8x10-5.
NH3(aq) + H2O(l)
NH4+(aq) + OH-(aq)
a) Calcule o pH esperado para este detergente.
b) O detergente foi diluído dez vezes com água antes de sua aplicação, seguindo
as instruções de uso do detergente. Qual o pH resultante?
c) Utilizando o conceito de base fraca, explique os resultados obtidos nos itens a e
b desta questão.
Resolução:
a) [NH3] = 2,0/(35,0 x 0,10) = 0,57 mol L-1
Kb = [NH4+(aq)] x [OH-(aq)]/[ NH3(aq)]
[NH4+(aq)] = [OH-(aq)]
[ NH3(aq)] ≈ 0,57 mol L-1
[OH-(aq)] = Raiz (0,57 x 1,8x10-5) = 3,2x10-3
3,2x10-3*100%/0,57 = 0,57%, ou seja, a aproximação acima é válida pOH =
2,49 e pH ≈ 11,5
b) Aplicando uma diluição de 10 vezes, a concentração de amônia passa a ser
0,057 mol L-1.
[OH-(aq)] = Raiz (0,057 x 1,8 x10-5) = 1,1x10-3
1,1x10-3*100%/0,057 = 1,9%, portanto, a aproximação continua válida pOH = 2,95
e pH ≈ 11,0
c) Apesar de diluirmos a solução por um fator de 10, o pH não varia em uma
unidade. Isto é explicado pelo fato da amônia ser uma base fraca e, como tal, seu
grau de dissociação aumenta com a diluição.
3a Questão
Parte A
Considere a decomposição do iodeto de hidrogênio como mostrada na reação I
2HI (g)
H2(g) + I2(g)
(Reação I)
a) Quando o iodeto de hidrogênio (HI) é aquecido a 773 K em um recipiente de
1,00 L, ele se decompõe conforme a reação acima. Após uma análise química
constatou-se a presença das seguintes concentrações no equilíbrio: H2 = 0,42 mol
L1, I2 = 0,42 mol L-1, e HI = 3,52 mol L-1. Calcule o Kc desta reação.
b) Quais serão as novas concentrações no equilíbrio, se 1 mol de HI(g) for
introduzido no recipiente da reação do item a?
Parte B
Considere agora a reação abaixo no sentido da formação do iodeto de hidrogênio
(Reação II)
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
(Reação II)
Sabendo que o valor da constante de equilíbrio (Kc) da reação II é igual a 85 a
553 K:
a) Calcule a composição da mistura da reação no equilíbrio sabendo que 5,0 g de
HI(g) foram aquecidos, a 553 K, em um recipiente de 2,00 L.
b) Explique porque não é possível, nesta temperatura, que na mistura no equilíbrio
os componentes da reação tenham pressões parciais iguais.
Parte C
Usando os dados das partes A e B, mostre através de cálculos se a reação I, nas
condições-padrão é endotérmica ou exotérmica. Justifique sua resposta.
Resolução:
Parte A
a) K c =
[H2 ][I2 ] (0,42) 2
=
= 0,014
[HI] 2
(3,52) 2
b) [H2]i = 0,42
[I2]i = 0,42
[HI]i = 3,52 + 1,00 = 4,52
0,014 =
[H2]eq = 0,42 + x
[I2]eq = 0,42 + x
[HI]eq = 4,52 - 2x
(0,42 + x)2
0,42 + x
∴ 0,014 =
2
4,52 − 2x
(4,52 − 2x)
x = 0,091
[H2]eq = 0,42 + 0,091 = 0,511 M
[I2]eq = 0,42 + 0,091 = 0,511 M
[HI]eq = 4,52 – 0,182 = 4,34 M
Parte B
a)
M
5g
nHI =
=
MM 127,9 g
= 0,039 mols
[HI] =
mol
[H2]i = 0
[I2]i = 0
[HI]i = 0,0195
0,039
= 0,0195M
2
[H2]eq = x
[I2]eq = x
[HI]eq = 0,0195 -2x
(0,0195 − 2 x)2
0,0195 − 2 x
85 =
∴ 85 =
2
x
(x)
[H2]eq = 0,00174 M
[I2]eq = 0,00174 M
[HI]eq = 0,0160 M
x = 0,00174
b)
[HI] 2
KC =
= 85
[H2 ][I2 ] 2
Kp =
p HI2
p H2 .p I2
= 85
Com p H2 = pI2 = p H2 nos temos
Qp = 1# K c
Parte C
1
= 0,0118
85
1 ⎞
ΔH °
⎛ 0,0142 ⎞ ⎛ ΔH ° ⎞ ⎛ 1
ln ⎜
−
(0,000514)
⎟=⎜
⎟⎜
⎟ ∴ 0,185 =
0,0118
8,314
553
773
8,314
⎠
⎝
⎠ ⎝
⎠⎝
ΔH° ≈ 3,00 kJ é endotérmica
A constante de equilíbrio para uma reação endotérmica (ΔH° positivo) aumenta
quanto a temperatura aumenta.
4a Questão
Nos livros de química os nitratos são classificados como sais muito solúveis. No
entanto, esta regra é genérica não se aplicando a alguns casos específicos como
o nitrato de bário, Ba(NO3)2. Usando os dados termodinâmicos de dissolução do
sal Ba(NO3)2, responda as questões abaixo:
Sal
Ba(NO3)2
ΔH0 (kJ/mol)
35,7
ΔS0 (J/K mol)
88,6
a) Determine o produto de solubilidade do sal Ba(NO3)2 a 250C.
b) Comparando o resultado do item (a) com o Kps do BaSO4 que é 2,6 x 10-9, diga
qual dos dois sais é mais solúvel. Justifique sua resposta.
c) À uma solução saturada de Ba(NO3)2 foi adicionado um volume igual de solução
de KNO3 10 mol L-1 a 25 °C. Considerando a ionização do KNO3 igual a 100%,
calcule a concentração molar do íon Ba2+(aq) na solução resultante.
Resolução:
a) ΔG° = ΔH° - TΔS°
ΔG° = 35,7 – 298 . 88,6 .10-3 = 9,3 kJ/mol
ΔG° = -RT ln Kps
9,3.103 = - 8,314.298.ln Kps ⇒ Kps = 2,3.10-2
b) Ba(NO3)2
Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq)
s
2s
−
Kps = [Ba 2 + ][NO3 ]2 = s.(2s)2 = 4s3 = 2,3.10 -2 ⇒ s = 0,180mol/L
BaSO4
Ba2+(aq) + SO42-(aq)
s
s
2-
Kps = [Ba 2 + ][S O4 ] = s.s = s2 = 2,6.10 − 9 ⇒ s = 5,1.10 − 5 mol/L
O sulfato de bário é o sal mais insolúvel. Isto pode ser observado comparando os
valores de solubilidade dos dois sais.
c) Ba(NO3)2
Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq)
2 x 0,180
Kps = [Ba2+][NO3-]2 ⇒ [Ba2+] =
kps
[NO3-]total = 5 + <<<0,36 ≈ 5
2,3.10 −2
[Ba ] =
= 0,00092 mol/L
52
2+
−
[NO 3 ] 2