Lista de exercícios
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Lista de exercícios PARTE 1 (d) a fórmula do cromato de potássio é K2CrO4. Qual é a carga do cátion em PbCrO4? 1.1 Classifique as seguintes propriedades como físicas ou químicas: (a) os objetos feitos de prata ficam escuros com o tempo (b) a cor vermelha do rubi deve-se à presença de íons crômio; (c) o ponto de fusão do etanol é 78°C. 1.6 Escreva a fórmula de um composto formado pela combinação de (a) Al e Te; (b) Mg e O; (c) Na e S; (d) Rb e I. 1.7 Classifique os seguintes compostos iônicos como solúveis ou insolúveis em água: (a) acetato de zinco, Zn(CH3CO2)2; (b) hidróxido de ferro (III), Fe(OH)3; (c) iodeto de prata, AgI; (d) acetato de cobre (II), Cu(CH3CO2)2 1.2 Aponte as principais diferenças entre as ligações iônica e covalente. 1.3 O que se entende por a) um composto iônico e b) um composto molecular? Quais são as propriedades típicas das duas classes de compostos? 1.8 A solubilidade de sais inorgânicos geralmente é apresentada em gramas de soluto dissolvido por 100 gramas de águas. Considerando o gráfico abaixo, responda: 1.4 Analise as seguintes afirmativas como verdadeiras ou falsas: - Em um composto iônico, o número de cátions é igual ao número de ânions. - O composto Co4(CO)12 tem a mesma composição percentual do Co12(CO)4 - Em cada reação, um reagente é limitante e outro está em excesso. - A conversão de Fe3+ a Fe2+ é uma oxidação. - A fórmula molecular do cloreto de cálcio é CaCl2. 1.5 Os compostos a seguir contêm íons poliatômicos. (a) Escreva a fórmula do fosfato de cálcio, formado por íons cálcio e fosfato (PO43-). (b) escreva a fórmula do sulfato de amônio (NH4+) e sulfato (SO42-). (c) a fórmula do carbonato de magnésio é MgCO3. Qual é a carga do cátions em Ag2CO3? a) Qual a solubilidade (em g/100g de água) do KCl a 70 oC? E do Pb(NO3)2 a 30 oC? b) A 50 oC, qual dentre os sais de potássio apresentados é mais solúvel em água? c) Porque sais com o mesmo ânion (Ex: NaCL, KCl, CaCl2) apresentam solubilidades diferentes? d) Pode-se verificar que os nitratos são bastante solúveis. Porquê? 2 Lista de exercícios e) O processo de dissolução do KCl é exotérmico ou endotérmico? E o do Ce2(SO4)3? 1.14 O acido clorídrico concentrado contem 37,50% HCl em massa e tem densidade 1,205 g.cm-3 que volume (em ml) de acido clorídrico concentrado deve ser usado para preparar 100 ml HCl de 0,7436 mol.L-1? 1.9 O metal cobre pode ser extraído de uma solução de sulfato de cobre(II) por eletrolise. Se 29,50 g de sulfato de cobre (II) penta-hidratado, CuSO4.5H2O, são dissolvidos em 100ml de água e todo cobre sofre eletrodeposição, que massa de cobre pode ser recuperada? 1.15 O tálio e o oxigênio formam dois compostos com as seguintes características: 1.10 Que amostra em cada dos seguintes pares contem maior número de mols de átomos? (a) 75g de índio ou 80g de telúrio; (b) 15,0g P ou 15,0g S; (c) 7,36 x 1027 átomos Ru ou 7,36 x 1027 átomos de Fe. Porcentagem de massa de Tl Ponto de fusão Composto I Composto II 89,49% 96,23% 717°C 300°C a) Determine as fórmulas químicas dos dois componentes. b) Determine o número de oxidação do tálio em cada composto. c) Imagine que os componentes são iônicos e escreva a configuração eletrônica de cada íon tálio. d) Use os pontos de fusão para decidir que composto tem mais caráter covalente em suas ligações. O que você encontrou é consistente com o que você esperaria a partir da capacidade de polarização dos dois cátions? 1.11 Calcule a quantidade (em mols) de (a) íons Ag+ em 2,00 g de AgCl; (b) UO3 em 6,00 x 102 g UO3; (c) íons Cl- em 4,19 mg FeCl3; (d) H2O em 1,00 g AuCl3.2H2O. 1.12 Suponha que você comprou por engano 10 kg NaHCO3.10H2O por US$ 72 em vez de 10kg NaHCO3 por US$ 80. (a) Que quantidade de água você comprou e quanto você pagou por litro? (A massa de 1 litro de água é 1 kg.) (b) Qual seria o preço justo pelo composto hidratado, considerando custo zero para a água? 1.16 Escreva a estrutura de Lewis de (a) íon nitrônio, ONO+; (b) íon clorito, ClO2-; (c) íon peróxido, O22-; (d) íon formato, HCO2-. 1.13 Uma solução de amônia foi adquirida para um almoxarifado. Sua molaridade é 15,0 mol.L-1. (a) determine o volume de 15,0 mol.L-1 NH3(aq) que deve ser diluído até 500 ml para preparar uma solução 1,25 mol.L-1 NH3(aq). (b) um experimento tem de usar 0,32 mol.L-1 NH3(aq). O técnico do almoxarifado estima que serão necessários 15 litros da base. Que volume de 15,0 mol.L-1 NH3(aq) deve ser usado na preparação? 1.17 Determine a carga formal de cada átomo dos seguintes íons. Identifique a estrutura de energia mais baixa em cada um deles. 3 Lista de exercícios (b) Determine todos os ângulos de ligação de cada estrutura; (c) Determine a hibridização dos átomos de carbono. 1.22 Como a teoria dos orbitais moleculares explica as ligações iônicas e covalentes? 1.23 Identifique os orbitais híbridos utilizados pelos átomos em negrito nas seguintes moléculas: (a) CH3CCCH3 (b) CH3NNCH3 (c) (CH3)2CC(CH3)2 (d) (CH3)2NN(CH3)2 1.18 Escreva as estruturas de Lewis das seguintes espécies e identifique as que são radicais: (a) o íon superóxido, O2-; (b) o grupo metóxi, CH3O; (c) XeO4; (d) HXeO4-. 1.19 Utilize as estruturas de Lewis e a teoria VSEPR para dizer a forma geométrica das moléculas a seguir. Diga se são polares ou apolares e quais os ângulos de ligação entre o átomo central e cada átomo a seu redor: CO2, CCl4, NH3, H2O, SO2, SO3, PCl3, PCl5, CH4, CH3CH2OH (etanol), CH2Cl2, CCl4, CS2, SF4, BF3, PCl3, SiO2, H2S. 1.24 Compare a hibridização e a estrutura do carbono no grafite e no diamante. Como essas estruturas explicam as propriedades físicas dos dois alótropos? 1.25 A estrutura de Lewis da cafeína, C8H10N4O2, um estimulante comum, é mostrada abaixo: 1.20 Diga se as seguintes moléculas devem se comportar como polares ou apolares: (a) C5H5N (piridina, uma molécula semelhante ao benzeno, exceto que um grupo CH é substituído por um átomo de nitrogênio); (b) C2H6 (etano); (c) CHCl3 (tricloro-metano, também conhecido como clorofórmio, um solvente orgânico comum que já foi usado como anestésico). (a) Dê a hibridização de todos os átomos, exceto os hidrogênios. (b) Na base de sua resposta ao item anterior, estime os ângulos de ligação entre os átomos de carbono e nitrogênio. 1.26 Defina as interações intermoleculares: dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido, van der Waals e ligação de hidrogênio. 1.21 Sabendo que o carbono tem valência quatro em quase todos os seus compostos e que ele pode formar cadeias e anéis de átomos de carbono, (a) Desenhe duas das três possíveis estruturas de C3H4; 1.27 Prediga a polaridade e o tipo de interação intermolecular para as seguintes moléculas: clorofórmio, hexano, gás carbônico, água, iodo (I2), cloro (Cl2) e metanol. 4 Lista de exercícios 1.33 Complete as seguintes afirmações sobre o efeito das forças intermoleculares nas propriedades físicas de uma substância: (a) Quanto mais alto for o ponto de ebulição de um líquído (mais fortes, mais fracas) serão suas forças intermoleculares. (b) As substâncias que têm forças intermoleculares fortes têm pressões de vapor (altas, baixas). (c) As substâncias cujas forças intermoleculares são fortes têm, tipicamente, tensões superficiais (altas, baixas). (d) Quanto mais alta for a pressão de vapor de um líquido, (mais fortes, mais fracas) serão suas forças intermoleculares. (e) Como o nitrogênio, N2, tem forças intermoleculares (fortes, fracas), tem tem uma temperatura crítica (alta, baixa). (f) As substâncias cujas pressões de vapor são altas têm, correspondentemente, pontos de ebulição (altos, baixos). (g) Como a água tem um ponto de ebulição relativamente alto, ela tem forças intermoleculares (fortes, fracas) e, correspondentemente, entalpia de vaporização (alta, baixa). 1.28 Para quais das seguintes substâncias as interações dipolo-dipolo são importantes? (a) CH4 (b) CH3Cl (c) CH2Cl2 (d) CHCl3 (e) CCl4 1.29 Quais das seguintes moléculas provavelmente formam ligações de hidrogênio? (a) H2S (b) CH4 (c) H2SO4 (d) PH3 1.30 Quais das seguintes moléculas provavelmente formam ligações de hidrogênio: (a) CH3OCH3 (b) CH3COOH (c) CH3CH2OH (d) CH3CHO 1.31 Coloque os seguintes tipos de interações iônicas e moleculares na ordem crescente de magnitude: (a) Íon-dipolo; (b) dipolo induzido-dipolo induzido (c) dipolo-dipolo na fase gás (d) íon-íon (e) dipolo-dipolo na fase sólido 1.34 Identifique, apresentando suas razões, que substância em cada par tem, provavelmente, o ponto de fusão normal mais alto (as estruturas de Lewis podem ajudar nos argumentos): (a) HCl ou NaCl; (b) C2H5OC2H5 (dietil-éter) ou C4H9OH (butanol); (c) CHI3 ou CHF3; (d) H2O ou CH3OH. 1.35 Os pontos de fusão dados abaixo correspondem às substâncias da lista. Faça corresponder os pontos de ebulição e as substâncias, levando em conta as energias relativas das forças intermoleculares. 1.32 Explique por que sólidos iônicos, como o NaCl, têm altos pontos de fusão e, mesmo assim, dissolvem-se rapidamente na água, ao passo que os sólidos reticulares, como o diamante, têm pontos de fusão muito altos e não se dissolvem em água. 5 Lista de exercícios (a) p.b. (ºC): -162; -88,5; 28; 36; 64,5; 78,3; 82,5; 140; 205; 290 (b) Substância: CH4; CH3CHOHCH3; C6H5CH3OH (tem um anel benzeno); CH3CH3; C5H9OH (cíclico); (CH3)2CHCH2CH3; CH3OH; HOCH2CHOHCH2OH; CH3(CH2)3CH3; CH3CH2OH. (c) Sugestão: o ponto de ebulição de (CH3)2CHCH2CH3 é 28ºC e o de CH3OH é 64,5. Asfalto 1.40 Os grupos seguintes são encontrados em algumas moléculas orgânicas. Quais são hidrofílicos e quais são hidrofóbicos: (a) –OH (b) CH3CH2 – (c) –CONH2 (d) –Cl 1.41 Qual seria o melhor solvente, água ou benzeno, para cada uma das seguintes substâncias: (a) KCl (b) CCl4 (c) CH3COOH 1.42 Qual seria o melhor solvente, água ou tetracloreto de carbono, para cada uma das seguintes substâncias: (a) NH3 (b) HCl (c) I2 1.43 “O glifosato (N-(fosfonometil) glicina) é um herbicida sistêmico não seletivo (mata qualquer tipo de planta) desenvolvido para matar ervas, principalmente perenes. Segundo a empresa “Monsanto”, principal produtora no Brasil, o glifosato liga-se fortemente ao solo, não atingindo os Fração Gás natural propano > 350 Sólidos de baixo ponto de fusão Sólidos 1.39 Escreva as estruturas do cis-1,2dicloroeteno e do trans-1,2-dicloroeteno. Qual dessas moléculas é polar? 1.38 Sabe-se que o petróleo é formado por uma mistura de diversos hidrocarbonetos que podem ser separados por meio da destilação fracionada. (a) O que são hidrocarbonetos? Como eles podem ser classificados? (b) Qual o tipo de interação intermolecular presente nesses compostos? (c) Quais fatores influenciam na diferença de ponto de ebulição de cada um dos compostos apresentados na tabela abaixo. C1 a C4 C17 a C22 C23 a C34 Gasolina Querosene, óleo combustível Lubrificantes Graxa, parafina (d) Escreva a estrutura do hexano e do 2,3dimetil-butano. Qual possui maior ponto de ebulição? Explique com base nas interações intermoleculares. 1.37 A glicose, a benzofenona (C6H5COC6H5) e o metano são exemplos de compostos que formam sólidos moleculares. (a) Que tipos de forças mantém essas moléculas no sólido molecular? (b) Coloque os sólidos na ordem crescente de ponto de fusão. Intervalo de o ebulição ( C) -160 a 0 30 a 200 180 a 400 > C35 1.36 As tensões superficiais dadas abaixo (em mN.m-1, em 20ºC) são dos líquidos listados. Faça corresponder as tensões superficiais e as substâncias. (a) Tensão superficial: 18,43; 22,75; 27,80; 28,85; 72,75. (b) Composto: H2O; CH3(CH2)4CH3; C6H6; CH3CH2OH; CH3COOH. Hidrocarboneto C5 a C11 C10 a C16 e 6 Lista de exercícios aquíferos, sendo rapidamente metabolizado por desfosforilação”. representação abaixo sobre a interação entre parte das fitas de nucleotídeos que compõe o DNA: Considerando a estrutura do glifosato, explique, em termos de interações intermoleculares, porque este composto “liga-se fortemente ao solo” 1.44 A superfície de um vidro contém muitos grupos –OH ligados aos átomos de silício de SiO2, o maior componente do vidro. Se o vidro for tratado com Si(CH3)3Cl (cloro-trimetil-silano), uma reação acontece, com eliminação de HCl e formação de Si–O: (a) (superfície)–OH + Si(CH3)3Cl (superfície)–OSi(CH3)3 + HCl (b) Como essa reação afetará a interação dos líquidos com a superfície do vidro? (a) Qual o nome da interação intermolecular representada pela linha pontilhada que mantém as duas fitas em formato de dupla hélice? (b) Quais são os átomos (C, N, H ou S) ou grupos de átomos (OH, NH, NH2, SH) que estão nas posições destacadas em bolinhas vermelhas com as letras X, Y, Z, W e K? 1.45 O Picloram ou tordon é um herbicida caracterizado pelo odor de cloro e pela solubilidade em solventes polares. É um sólido branco, encontrado no mercado como sal amínico ou potássico. Considerando a estrutura do Picloram, responda: a) Qual é a estrutura de seu sal potássico? b) Porque o Picloram é solúvel em solventes polares? c) Explique em termos de interações intermoleculares. 1.46 Quais funções orgânicas estão presentes na estrutura do PicloramVeja a 7 Lista de exercícios PARTE 2 b) Escreva e balanceie a semi-reação de oxidação; c) Escreva e balanceie a semi-reação de redução; d) Combine as semi-reações para obter a equação redox balanceada. I - Reações Químicas e Estequiometria 2.1 Balanceie as seguintes reações e classifique-as como reação de formação de sólidos (precipitação), liberação de gás ou reação ácido-base. Coloque os estados dos produtos formados em cada reação: (g), (l), (s) ou (aq). a. K2CO3(aq) + Cu(NO3)2(aq) → CuCO3 + KNO3 b. Pb(NO3)2(aq) + HCl(aq) → PbCl2 + HNO3 c. MgCO3(aq) + HCl(aq) → MgCl2 + H2O + CO2 d. MnCl2(aq) + Na2S(aq) → MnS + NaCl e. K2CO3(aq) + ZnCl2(aq) → ZnCO3 + KCl f. Fe(OH)3(aq) + HNO3(aq) → Fe(NO3)3 + H2O 2.5 Escreva uma equação química balanceada para cada uma das seguintes reações: a) O metal potássio reage com água com produção de gás hidrogênio e hidróxido de potássio dissolvido em água; b) A reação de oxido de sódio (Na2O) e água produz hidróxido de sódio dissolvido em água; c) O metal lítio reage a quente(Δ) em atmosfera de nitrogênio para produzir nitreto de lítio(Li3N); d) A reação do metal cálcio com água leva ao aparecimento do gás hidrogênio e a formação de hidróxido de cálcio(Ca(OH)2). 2.2 Quais das seguintes reações são de óxido-redução? Justifique. a) Zn(s) + 2NO3-(aq) + 4H+(aq) → Zn2+(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l) b) Zn(OH)2(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + 2H2O(l) c) Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(s) + H2(g) 2.6 O hidrogenofosfito de ferro (II) (FeHPO3) é oxidado por íons hipoclorito em solução básica. Os produtos são íon cloreto, íon fosfato e hidróxido de ferro (III). Escreva a equação balanceada de cada semi-reaçõe e a equação total. 2.3 Complete e balanceie as seguintes reações de óxido redução: MEIO ÁCIDO: P4(s) PH3(g) + HPO32-(aq) MnO4-(aq) + HSO3-(aq) Mn2+(aq) + SO42-(aq) 2.7 Descreva a evidência para a afirmação de que o hidrogênio pode agir como redutor e como oxidante. Dê equações químicas que suportem a sua evidência. MEIO BÁSICO: Cr(OH)3 + ClO3-(aq) CrO42- (aq) + Cl-(aq) MnO2 (s) + BrO3- (aq) MnO4-(aq) + Br-(aq) 2.4 A seguinte reação redox é usada, em meio ácido no “Bafômetro” para determinar o nível de álcool no sangue: H+(aq)+Cr2 O7- 2(aq)+ C2H5OH(aq) Cr3+ (aq)+C2H4O(aq)+H2O(l) a) Identifique os elementos que mudam de estado de oxidação e indique os números de oxidação inicial e final desses elementos; 2.8 Em um estágio da produção comercial do metal ferro em um alto-forno, o óxido de ferro (III)(Fe2O3) reage com o monóxido de carbono para formar Fe3O4(s) e dióxido de carbono. Em um segundo estágio o Fe3O4(s) reage com o excesso de monóxido de carbono para produzir ferro elementar, sólido, e dióxido de carbono. 8 Lista de exercícios Escreva as equações balanceadas de todo o processo. d) A reação do magnésio com o ácido clorídrico. 2.9 O tiossulfato de sódio, que como penta-hidrato (Na2S2O35H2O), forma grandes cristais brancos e é usado como “” fixador” em fotografias pode ser preparado fazendo-se passar oxigênio em uma solução de polissulfeto de sódio, Na2S5, em álcool e por fim adicionando água, formando dióxido de enxofre como subproduto. O polissulfeto de sódio é feito pela ação do gás sulfeto de hidrogênio sobre uma solução de sulfeto de sódio em álcool, esse por sua vez, é feito pela reação do gás sulfeto de hidrogênio com hidróxido de sódio (sólido). Escreva as três equações químicas que mostram como o fixador é preparado a partir do sulfeto de hidrogênio e hidróxido de sódio. Use o símbolo “alc” para indicar o estado das espécies dissolvidas em álcool. 2.12 Cada um dos cinco procedimentos a seguir leva a formação de um precipitado. Escreva, para cada reação, as equações químicas que descrevem a formação do precipitado: a equação global, a equação iônica completa e equação iônica simplificada. Indique os íons espectadores. a) (NH4)2CrO4(aq) é misturado com BaCl2(aq); b) CuSO4(aq) é misturado com Na2S(aq); c) FeCl2(aq) é misturado com (NH4)3PO4(aq); d) K2C2O4(aq) é misturado com Ca(NO3)2(aq); e) NiSO4(aq) é misturado com Ba(NO3)2(aq). 2.13 Para cada uma das seguintes reações, apresente dois compostos iônicos solúveis em água que, ao serem misturados em água, levam às seguintes equações iônicas simplificadas. a) 2Ag+ (aq)+CrO-24 (aq) Ag2CrO4(s) b) Ca2+(aq)+CO32-(aq)CaCO3(s), a reação responsável pela decomposição de calcário. c) Cd2+(aq)+S2+(aq)CdS(s), uma substância amarela usada para colorir vidro + 2+ d) d)2Ag (aq)+SO4 (aq)Ag2SO4 2+ e) Mg (aq)+2OH (aq)MgOH2(s) f) 3Ca2+(aq)+2PO4-3 (aq) Ca3(PO4)2(s) 2.10 O primeiro estágio na produção de ácido nítrico pelo processo de Oswald é a reação do gás amônia com o gás oxigênio, com produção do gás óxido nítrico e água no estado líquido. O óxido nítrico reage novamente com oxigênio para dar o gás dióxido de nitrogênio que, quando dissolvido em água produz ácido nítrico e óxido e nitrogênio. Escreva as três equações balanceadas que levam à produção de ácido nítrico. 2.14 Você recebeu uma solução para analisar para íons Ag+, Ca2+ e Zn2+. Quando você adiciona ácido clorídrico, forma-se um precipitado branco. Após filtração do sólido, você adiciona ácido sulfúrico à solução. Aparentemente nada acontece, entretanto quando você borbulha sulfeto de hidrogênio forma-se um precipitado preto. Que íons estão presentes na solução? 2.11 Escreva a equação química balanceada das seguintes reações: a) A reação entre o hidreto de sódio e água; b) A formação do gás de síntese; c) A hidrogenação da eteno (H2C=CH2), dê o número de oxidação dos átomos de carbono do reagente e do produto; 9 Lista de exercícios 2.15 Uma solução foi preparada dissolvendo-se 2,345g de NaNO3 em, o suficiente para preparar 200,0 mL de solução. a) Que concentração molar de nitrato de sódio deveria ser escrita no rótulo? b) Se no procedimento cometeu-se um engano e usou-se um balão volumétrico de 250,0 mL ao invés do balão de 200,0 mL, que concentração molar de nitrato de sódio foi efetivamente preparada? a) Quantos mols Na2S2O3 são necessários para reagir com 1,0 mg AgBr? b) Calcule a massa de brometo de prata que ira produzir 0,033 mol Na3(Ag(S2O3)2). 2.19 O composto Diborano já foi considerado possível combustíve de foguetes.A reação de combustão é : B2H6(g) +3O2(l) 2HBO2(g) +2H2O(l) O fato de que o HBO2, um composto reativo, é produzido e não o composto B2O3,um composto inerte, foi um dos fatores da interrupção dos estudos para uso como combustível. a) que massa de oxigênio líquído seria necessária para queimar 257g de B2H6? b) Determine a massa de HBO2 produzida na combustão de qo6g de B2H6 2.16 Escreva a equação global, a equação iônica completa e a iônica simplificada das seguintes reações de ácido-base. Se uma substância for um ácido ou base fraca, deixe-a na forma molecular ao escrever as equações. a) HF(aq)+NaOH(aq) b) (CH3)3N(aq)+HNO3(aq) c) LiOH(aq)+HI(aq) d) H3PO4(aq)+KOH(aq) (O ácido fosfórico é um ácido triprótico. Escreva a equação da reação completa do KOH) e) Ba(OH)2(aq)+CH3COOH(aq) 2.17 Escreva as equações balanceadas para as seguintes reações redox: a) Deslocamento do íon cobre(II) de uma solução pelo metal magnésio; b) Formação do íon Ferro(III)na seguinte reação: Fe2+ (aq)+Ce4+(aq)Fe3+(aq) +Ce3+(aq) c) Síntese do cloreto de hidrogênio a partir de seus elementos; d) Formação de ferrugem (equação simplificada): Fe(s)+ O2(g) Fe2O3 2.20 Os camelos armazenam a gordura triestearina, C57H110O6, em suas corcovas. Além de ser uma fonte de energia, a gordura é também fonte de água pois, quando ela é usada ocorre a reação: 2 C57H110O6(s) + 163 O2(g) 114 CO2(g) + 110 H2O(l). a) Que massa de água pode ser obtida de 454g dessa gordura? b) Que massa de oxigênio é necessária para oxidar esta quantidade de triestearina? 2.21 A combustão de um hidrocarboneto produz água e dióxido de carbono (por essa razão, nuvens de gotas de água condensada são frequentemente vistas saindo do escapamento de automóveis, especialmente em que em dais frios). A densidade da gasolina é 0,79 g.mol-1. Imagine que a gasolina está representada pelo octano, para o qual a reação de combustão é 2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(l). 2.18 O tiossulfato de sódio é um fixador de fotografias que reage com o brometo de prata da emulsão do filme não exposto para formar brometo de sódio e um composto solúvel cuja formula é Na3(Ag(S2O3)2): 2 Na2S2O3(aq) + AgBr(s) NaBr(aq) + Na3(Ag(S2O3)2)(aq). 10 Lista de exercícios Calcule a massa de água produzida na combustão de 3,8 l de gasolina. 2.25 Um subproduto industrial só tem C, H, O e Cl em sua fórmula. Quando 0,100g do composto foi analisado por combustão, produziram-se 0,0682g CO2 e 0,0140g H2O. A percentagem de massa de Cl no composto era 55,0%. Quais são as formulas empírica e molecular do composto? 2.22 Uma solução de ácido clorídrico foi preparada colocando-se 10,00 ml do ácido concentrado em um frasco volumétrico de 1,000 l e adicionando-se água até a marca. Outra solução foi preparada colocando-se 0,832g de carbonato de sódio anidro em um frasco volumétrico de 100,0 ml e adicionando-se água até a marca. Então, 25,00 ml desta última solução foram pipetados para um frasco e titulada com o ácido diluído. O ponto estequiométrico foi atingido após adição de 31,25 ml do ácido. a) escreva uma equação balanceada para a reação de HCl(aq) com Na2CO3(aq); b) Qual é a molaridade do ácido do clorídrico original? 2.26 As chamas de oxiacetileno são usadas para soldas, atingindo temperaturas próximas a 2000oC. Estas temperaturas são devidas à combustão do acetileno com oxigênio (equação não balanceada): C2H2(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) a) Partindo de 125g de ambos, qual é o reagente limitante? b) Qual é o rendimento teórico em massa de H2O a ser obtido desta mistura reacional? c) Se forem formados 22,5g de água, qual é o rendimento percentual? 2.23 Um vaso de reação contem 5,77g de fósforo branco e 5,77g de oxigênio. A primeira reação que ocorre é a formação de oxido de fósforo (III): I. P4(s) + 3 O2(g) P4O6(s). Se o oxigênio presente é suficiente, a reação prossegue, com formação de oxido de fósforo(V): II. P4O6(s) + 2 O2(g) P4O10(s). 2.27 No processo de Oswald o ácido nítrico é produzido a partir de NH3 por um processo de três etapas (equações não balanceadas): I. NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(g) II. NO(g) + O2(g) NO2(g) III. NO2(g) + H2O(g) HNO3(aq) + NO(g) Supondo um rendimento de 82% em cada etapa, quantos gramas de ácido nítrico podem ser fabricados a partir de 1,00x104g de amônia? a) Qual é o reagente limitante para a formação do P4O10? b) Qual é a massa de P4O10 produzida? c) quantos gramas de reagentes em excesso permanecem no vaso de reação? 2.24 O estimulante do café e do chá é a cafeína, uma substancia de massa molar 194 g.mol-1,na queima de 0,376g de cafeína formam-se 0,682g de dióxido de carbono, 0,174g de água e 0,110g de nitrogênio. Determine as fórmulas empírica e molecular da cafeína e escreva a equação de sua combustão. 2.28 Uma amostra de 1,600g de magnésio é queimada no ar produzindo uma mistura de dois sólidos iônicos: óxido de magnésio e nitreto de magnésio. A água é adicionada a esta mistura. Ela reage com o óxido de magnésio formando 3,544g de hidróxido de magnésio. 11 Lista de exercícios a) Escreva a equação balanceada para as três reações descritas acima. b) Qual a massa de óxido de magnésio é formada pela combustão do magnésio? c) Qual a massa de nitreto de magnésio será formada? 2.33 Calcule o calor que deve ser fornecido a uma chaleira de cobre de massa 500,0 g, que contém 750,0g de água, para aumentar sua temperatura de 23,0°C até o ponto de ebulição da água, 100,0 °C. (b) Que percentagem do calor foi usada para aumentar a temperatura da água? Dados, calor específico do cobre c = 0,094 cal/g.°C ou 24,5 J/mol.K 2.29 Um estudante deseja preparar 25g do composto [Co(NH3)5SCN]Cl2 pela reação: [Co(NH3)5Cl]Cl2(s) + KSCN(s) [Co(NH3)5SCN]Cl2(s) + KCl(s) Ele é instruído no sentido de usar um excesso de 50% de KSCN e espera obter um rendimento de 85% na reação. Quantos gramas de cada reagente ele deve usar? 2.34 A variação de energia interna na combustão de 1,00 mol CH4 (g) em um cilindro, de acordo com a reação CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g), é -892,4 kJ. Se um pistão ligado ao cilindro realiza 492 kJ de trabalho de expansão devido à combustão, qual é a quantidade de calor perdida pelo sistema (mistura de reação)? 2.30 A vitamina B12, também conhecida como cobalamina, tem fórmula molecular C63H88N14O14PCO. Que massa de CO2 e H2O seria produzida na análise por combustão de 0,1674g de cobalamina? 2.35 Defina entalpia. 2.36 A radiação, em um forno de microondas, é absorvida pela água da comida que se quer aquecer. Quantos fótons de comprimento de onda 4,50 mm são necessários para aquecer 350g de água de 25°C até 100°C? Imagine que toda a energia é utilizada no aumento de temperatura. II - ENTROPIA, ENTALPIA e ENERGIA LIVRE 2.31 Identifique os seguintes sistemas como abertos, fechados ou isolados: (a) café em uma garrafa térmica de ótima qualidade; (b) líquido refrigerante na serpentina de uma geladeira; (c) um calorímetro de bomba no qual benzeno é queimado; (d) gasolina queimando em um motor de automóvel; (e) mercúrio em um termômetro; (f) uma planta viva. 2.37 A oxidação de nitrogênio no exaustor quente de motores de jatos e de automóveis ocorre pela reação. N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) ∆H°= +180,6 kJ (a)Qual é o calor absorvido na formação de 1,55 mol NO? (b) Qual é o calor absorvido na oxidação de 5,45 L de nitrogênio, em 1,00 atm e 273 K? (c) Quando a oxidação de N2 a NO foi completada em um calorímetro de bomba, 2.32 Descreva três maneiras de aumentar a energia interna de um sistema aberto. (b) Quais desses métodos você poderia usar para aumentar a energia interna de um sistema fechado? 12 Lista de exercícios o calor absorvido medido foi igual a 492 J. Que massa de gás nitrogênio foi oxidada? dióxido de nitrogênio. A partir das entalpias padrão de reação, N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) ∆H°= + 180,5 kJ N2 (g) + 2 O2 (g) 2 NO2 (g) ∆H°= +66,4 kJ calcule a entalpia padrão de reação da oxidação do óxido nítrico a dióxido de nitrogênio: 2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 2.38 A combustão de octano é exressa pela equação termoquímica CH8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (l) ∆H° = - 5.471 kJ Estime a massa de octano que deveria ser queimada para produzir calor suficiente para aquecer o ar de uma sala de 12 pés X 12 pés X 8 pés de 40°F até 78°F, em um dia frio de inverno. Use a composição normal do ar para determinar sua densidade e considere a pressão igual a 1,00 atm. (b) Qual é o calor gerado na combustão de 1,0 galão de gasolina (imagine que ela é composta exclusivamente de octano)? A densidade do octano é 0,70 g.mL-1. (g) 2.42 Calcule a entalpia de reação da síntese do gás cloreto de hidrogênio H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) a partir das seguintes informações: NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s) ∆H°= -176,0 kJ N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) ∆H°= -92,22 kJ N2 (g) + 4 H2 (g) + Cl2 (g) 2 NH4Cl (s) ∆H°= -628,86 kJ 2.39 As entalpias padrão de combustão da grafita e do diamante são -393,51 kJ.mol-1 e -395,41 kJ.mol-1, respectivmente. Calcule a variação na entalpia molar da transição grafita diamante. 2.43 Calcule a entalpia de reação da formação do cloreto de alumínio anidro, 2 Al (s) + 3 Cl2 (g) 2 AlC3 (s) a partir dos seguintes dados: 2 Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g) ∆H°= -1.049 kJ HCl (g) HCl (aq) ∆H°= - 74,8 kJ H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) ∆H°= - 185 kJ AlCl3 (s) AlCl3 (aq) ∆H°= - 323 kJ 2.40 Dois estágios sucessivos da preparação industrial do ácido sulfúrico são a combustão do enxofre e a oxidação do dióxido de enxofre a trióxido de enxofre. A partir das entalpias padrão de reação S (s) + O2 (g) SO2 (g) ∆H° = -296,83 kJ 2 S (s) + 3O2 (g) 2 SO3 (g) ∆H° = - 791,44 kJ calcule a entalpia de reação da oxidação do dióxido de enxofre a trióxido de enxofre na reação 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) 2.44 O recipiente A está cheio com 1,0 mol de átomos de um gás ideal monoatômico. O recipiente B tem 1,0 mol de átomos ligados como moléculas diatômicas que não são vibracionalmente ativas. O recipiente C tem 1,0 mol de átomos ligados como moléculas diatômicas vibracionalmente ativas. Todos os 2.41 Na preparação de ácido nítrico pela oxidação da amônia, o primeiro produto é óxido nítrico, que é depois oxidado a 13 Lista de exercícios recipientes estão, inicialmente, na temperatura Ti e a temperatura aumenta até Tf. Coloque os recipientes na ordem crescente de variação de entropia. Explique seu raciocínio. (b) Todas as amostras de um elemento puro, independentemente de seu estado físico, tem energia livre de formação igual a zero. (c) Uma reação exotérmica que produz mais mols de gás do que consume tem energia livre padrão de reação positiva. 2.45 A entropia de vaporização da acetona é aproximadamente 85 J.K-1.mol-1. (a) Estime a entalpia de vaporização da acetona no ponto de ebulição normal, 56,2°C. (b) Qual é a variação de entropia da vizinhança quando 10g de acetona, CH3COCH3, condensam no ponto de ebulição normal? 2.51 O nitrato de potássio dissolve facilmente em água e sua entalpia de solução é +34,9 kJ.mol-1. (a) A entalpia de solução favorece ou não o processo de dissolução? (b) A variação de entropia do sistema é positiva ou negativa, quando o sal dissolve? (c) A variação de entropia do sistema é, principalmente, o resultado de mudanças de desordem posicional ou de desordem térmica? (d) A variação de entropia da vizinhança é, principalmente, o resultado de mudanças de desordem posicional ou de desordem térmica? (e) Qual é a força responsável pela dissolução de KNO3? 2.46 Que substância, em cada um dos seguintes pares, você esperaria que tivesse a maior entropia padrão molar em 298 K? Explique seu raciocínio. (a) iodo ou bromo; (b) os dois líquidos, ciclo-pentano e 1penteno; (c) eteno (também conhecido como etileno) ou uma massa equivalente de polietileno, uma substância formada pela polimerização do etileno. 2.47 Por que existem tantas exotérmicas espontâneas. 2.52 Adenosina-trifosfato (ATP) é uma molécula extremamente importante em sistemas biológicos. Consulte fontes de referência padrão em sua biblioteca para determinar como essa molécula é usada para transferir energia e facilitar processos não-espontâneos necessários à vida. reações 2.48 Explique como uma reação endotérmica pode ser espontânea. 2.49 Se um processo exotérmico for espontâneo, qual será a contribuição da entropia? (descreva a contribuição entrópica). 2.50 Explique por que cada uma das seguintes declarações é falsa: (a) Reações cujas energias livres de reação são negativas ocorrem espontânea e rapidamente. 14 PARTE 3 b) Qual será a variação na velocidade inicial se a concentração de NO variar de 0,0024 mol L-1 a 0,0012 mol L-1? 3.1 Complete as afirmações seguintes, relativas à produção de amônia pelo processo Haber, cuja reação total é N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g). (a) A velocidade de desaparecimento de N2 é _ vezes a velocidade de desaparecimento de H2. (b) A velocidade de formação de NH3 é vezes a velocidade de desaparecimento de H2. (c) A velocidade de formação de NH3 é vezes a velocidade de desaparecimento de N2. 3.5 Escreva as unidades das constantes de velocidade quando as concentrações estão em mols por litro e o tempo em segundos para (a) reações de ordem zero; (b) reações de primeira ordem; (c) reações de segunda ordem. 3.6 A reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio, N2O5, é de primeira ordem. Qual é a velocidade inicial da decomposição de N2O5, quando 3,45 g N2O5 são colocados em um balão de 0,750 L, aquecido em 65°C (338 K)? Nesta reação, ᴋ = 5,2 x 10-3 s-1 na lei de velocidade (velocidade de decomposição de N2O5). 3.2 Uma reação química apresentou a seguinte equação de velocidade experimental: “Velocidade = k[A]2”. O que acontecerá com a velocidade de reação se: (i) a [A] for triplicada (aumentada três vezes)? (ii) a [A] for reduzida pela metade ([A]/2)? 3.7 Os dados apresentados na Tabela 1 referem-se à seguinte reação química: A 2B Tabela 1. Variação da concentração do produto em função do tempo. Tempo (s) 3.3 (a) Na reação 2CrO42-(aq) + 2H+ Cr2O72-(aq) + H2O(l), a velocidade de formação de íons dicromato é 0,14 mol.L1 -1 .s . Qual é a velocidade de reação dos íons cromato? (b) Qual é a velocidade única da reação? 0,00 10,0 20,0 30,0 40,0 [B] (mol L1 ) 0,000 0,326 0,572 0,750 0,890 a) Fazer um gráfico utilizando-se os dados apresentados na Tabela 1 e, a partir do gráfico, calcule a variação da [B] para cada intervalo de 10 segundos, no intervalo definido entre 0,00 a 40,0 segundos. b) O que acontece com a velocidade de variação da [B] de um intervalo para outro? Explique o resultado observado. c) Compare a velocidade de variação da [A] com a velocidade de variação de [B] para os respectivos intervalos de tempo 3.4 Brometo de nitrosila, NOBr, é sintetizado a partir de NO e Br2, de acordo com a seguinte equação química: 2 NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g) Resultados experimentais mostram que a reação é de segunda ordem em relação ao NO e de primeira ordem em relação ao Br2. Com base nestas informações, responda às seguintes questões: a) Escreva a equação de velocidade para a reação. 15 calculados no item (a). Calcule a velocidade de variação da [A] para o intervalo compreendido entre 10,0 e 20,0 segundos. Explique os resultados obtidos. d) Qual é o valor da velocidade instantânea quando [B] = 0,750 mol L-1? c) Determine, a partir dos dados, o valor da constante da velocidade. d) Calcule a velocidade reação quando [H2SeO3] = 3,0 mmol.L-1, [I-] = 2,5 mmol.L-1 e [H+] = 1,5 mmol.L-1. 3.10 Quando 0,52 g H2 e 0,19 g I2 são colocados em um balão de reação de 750 mL, aquecido em 700K, eles reagem por um processo de segunda ordem (primeira ordem em cada reagente) em que ᴋ = 0,063 L.mol-1.s-1 na lei de velocidade (para a velocidade de formação de HI). (a) Qual é a velocidade inicial de reação? (b) Qual será o fator de aumento da velocidade de reação se a concentração de H2 na mistura for dobrada? 3.8 Os seguintes dados cinéticos foram obtidos para a reação A + B + C produtos. Concentração Inicial (mmol.L-1) Exp. [A] [B] [C] Velocidade (mmol.L-1.s-1) 1 2 3 4 5 3,48 0,87 0,87 3,48 3,00 3,05 3,05 0,50 3,05 2,50 4,00 4,00 4,00 1,00 1,50 37,00 9,25 0,25 2,31 ? a) Apresente a lei de velocidade desta reação. b) Qual é a ordem da reação? c) Determine, a partir dos dados, o valor da constante da velocidade. d) Calcule a velocidade reação quando [A] = 3,0 mmol.L-1, [B] = 2,5 mmol.L-1 e [C] = 1,5 mmol.L-1. 3.11 Ouro radioativo (Au-198) é utilizado no diagnóstico de problemas renais. O tempo de meia vida do isótopo é de 2,7 dias. Se iniciarmos um processo de decaimento com uma quantidade de 5,6 mg de Au-198, qual será a quantidade do isótopo após 64 horas? 3.12 Determine a constante de velocidade das seguintes reações de primeira ordem, expressas como a velocidade de perda de A: (a) A B, sabendo que a concentração de A decresce à metade do valor inicial em 1000 s. (b) A B, sabendo que a concentração de A decresce de 0,67 mol.L-1 a 0,53 mol.L-1 em 25s. (c) 2A B + C, sabendo que [A]0= 0,153 mol.L-1 e que após 115s a concentração de B cresce para 0,034 mol.L-1. 3.9 O ácido selenoso em meio ácido, na presença de íons iodeto, forma o selênio metálico, o ânion triiodeto (I3-) e moléculas de água. A tabela abaixo apresenta os valores da velocidade de reação para diferentes concentrações iniciais dos reagentes (em mmol.L-1) a 298 K (25 oC). - + [H2SeO3] [I ] [H ] 1,25 2,50 1,25 2,50 3,00 1,25 1,25 3,75 1,25 2,5 1,25 1,25 1,25 2,50 1,5 Velocidade -1 -1 (mmol.L .s ) 8,7 17,3 78,3 138,4 ? 3.13 A decomposição do cloreto de sulforila (SO2Cl2) segue uma cinética de primeira ordem e tem -3 -1 k = 2,81.10 min na lei de velocidade de a) Escreva a equação química e a lei de velocidade desta reação. b) Qual é a ordem da reação? 16 decomposição a uma determinada temperatura. a) Se a concentração inicial do cloreto de sulforila for 1,70 mol.L-1, qual será a sua concentração após 10 minutos? b) Quanto tempo levará para a concentração de cloreto de sulforila cair de 1,4 mol.L-1 até 0,35 mol.L-1 nestas condições? c) Quanto tempo levará para a concentração de cloreto de sulforila seja 10% da concentração inicial? b) Quanto tempo levará para a concentração de água oxigenada cair de 0,4mol.L-1 até 0,15mol.L-1? c) Qual é o tempo necessário para que a concentração de água oxigenada decresça de um quarto? 3.17 O etano, C2H6, forma radicais CH3, em 700 °C, em uma reação de primeira ordem, para a qual -1 ᴋ = 1,98 h . (a) Qual é a meia-vida da reação? (b) Calcule o tempo necessário para que a quantidade de etano caia de 1,15 x 10-3 mol até 2,35x 10-4 mol em um balão de reação de 500 mL, em 700 °C. (c) Quanto restará de uma amostra de 6,88 mg de etano em um balão de reação de 500 mL, em 700°C, após 45 min? 3.14 A reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio, N2O5, é de primeira ordem com constante de velocidade igual a 3,7 x 10-5 s-1, em 298 K. (a) Qual é a meia-vida (em horas) da decomposição de N2O5, em 298K? (b) Se [N2O5]0= 0,0567 mol. L-1, qual será a concentração de N2O5 após 3,5 h? (c) Quanto tempo (em minutos) passará até que a concentração de N2O5 caia de 0,0567 mol.L-1 a 0,0135 mol.L-1? Para os exercícios a seguir, considere as seguintes informações sobre Ordem da reação: (i) Se um gráfico de ln [A] contra o tempo é uma reta, a reação é de primeira ordem; (iib) Se o gráfico de 1/[A] contra o tempo é uma reta, a reação é de segunda ordem; (iii) A concentração do reagente em uma reação de ordem zero cai em velocidade constante até que ele se esgote. A velocidade de uma reação de ordem zero é independente da concentração. 3.15 A meia-vida da decomposição de primeira ordem de A é 355s. Qual é o tempo necessário para que a concentração de A caia até (a) um quarto; (b) 15% do valor inicial; (c) um nono da concentração inicial? 3.16 A decomposição de peróxido de hidrogênio (H2O2) forma água e gás oxigênio. Esta reação segue uma cinética de primeira ordem em relação a água oxigenada e tem k = 4,1.10-2 min-1 na lei de velocidade de decomposição. a) Apresente a equação química. Se a concentração inicial de água oxigenada for 0,70 mol.L-1, qual será a sua concentração após 10 minutos? 17 de velocidade e (b) a lei de velocidade única Eixo “x” Tempo (s) 0 400 800 1200 1600 Tempo (s) 0 1000 2000 3000 4000 Eixo “y” [HI] (mol.L 1 ) 1,000 0,112 0,061 0,041 0,031 Eixo “y” Eixo “y” ln [HI] 1 / [HI] 3.19 Considerando que os dados a seguir foram obtidos para a reação H2(g) + I2(g) 2HI (g) em 780 K, determine, a partir do gráfico, a ordem de reação para o H2: Eixo “x” Tempo (s) 0 1 2 3 4 Eixo “y” [H2] -1 (mmol.L ) 1,000 0,43 0,27 0,20 0,16 Eixo “y” Eixo “y” ln [H2] 1 / [H2] Eixo “y” Eixo “y” ln [A] 1 / [A] 3.21 Indique quais das seguintes declarações sobre a catálise são verdadeiras. Se a declaração for falsa, explique por quê. (a) Em um processo de equilíbrio, o catalisador aumenta a velocidade da reação direta e deixa inalterada a velocidade da reação inversa. (b) O catalisador não é consumido durante a reação. (c) A trajetória da reação é a mesma na presença ou na ausência do catalisador, mas as constantes de velocidade das reações direta e inversa diminuem. (d) Um catalisador deve ser cuidadosamente escolhido de modo a mudar o equilíbrio na direção dos produtos. 3.18 Considerando que os dados a seguir foram obtidos para a reação 2HI (g) H2(g) + I2(g), em 580 K, determine, a partir do gráfico, a constante de velocidade e (b) a lei de velocidade única: Eixo “x” Eixo “y” [A] (mmol.L 1 ) 2,57 1,50 0,87 0,51 0,30 3.22 Indique quais das seguintes declarações sobre a catálise são verdadeiras. Se a declaração for falsa, explique por quê. (a) Um catalisador heterogêneo funciona porque liga uma ou mais de uma das moléculas que sofrem reação à superfície do catalisador. (b) As enzimas são proteínas naturais que servem de catalisadores em sistemas biológicos. (c) A constante de equilíbrio de uma reação é maior na presença de um catalisador, mas as constantes de velocidade das reações direta e inversa diminuem. 3.20 Considerando que os dados a seguir foram obtidos para a decomposição de A, sendo 2 A 4 B + C, determine, a partir do gráfico, a ordem de velocidade e constante 18 (d) Um catalisador muda a trajetória de uma reação de modo a torná-la mais exotérmica. 3.23 O seguinte perfil de reação esquemático descreve a reação A D. (a) A reação total é exotérmica ou endotérmica? (b) Quantos intermediários existem? Identifique-os. (c) Identifique os complexos ativados e os intermediários de reação. (d) Qual é a etapa determinante da velocidade da reação? (e) Qual é a etapa mais rápida? Explique sua resposta. 19 PARTE 4 4.1 Verifique se as seguintes afirmações estão certas ou erradas. Se estiverem erradas, explique por quê. (a)Uma reação para quando atinge o equilíbrio. (b) Uma reação em equilíbrio não é afetada pelo aumento da concentração de produtos. (c) Se a reação começa com maior pressão dos reagentes, a constante de equilíbrio será maior. (d) Se a reação começa com concentrações maiores de reagentes, as concentrações de equilíbrio de cada produto será maior. (e) Em uma reação de equilíbrio, a reação inversa começa assim que os produtos se formam. (f) Se fizermos uma reação ocorrer mais rapidamente, podemos aumentar a quantidade do produto no equilíbrio. (g) A energia livre de reação é zero no equilíbrio. (h) A energia livre padrão de reação é zero no equilíbrio. fechado de 2,0 L, na mesma temperatura, e deixa-se que atinja o equilíbrio com H2 e Br2. Quais das quantidades abaixo serão diferentes nos dois recipientes? Quais serão iguais? Explique suas respostas. (a) quantidade de Br2; (b) concentração de H2; (c) a razão [HBr]/[H2][Br2]; (d) a razão [HBr]/[Br2]; (e) a razão [HBr]2/[H2][Br2]; (f) a pressão total no recipiente. 4.4 Use os seguintes coletados em 460°C concentrações molares determinar a constante I2(g) 2HI(g). [H2] (mol.L-1) 6,47 x 10-3 3,84 x 10-3 1,43 x 10-3 dados, que foram e que são as de equilíbrio, para Kc da reação H2(g) + [I2] (mol.L-1) 0,594 x 10-3 1,52 x 10-3 1,43 x 10-3 [HI] (mol.L-1) 0,0137 0,0169 0,0100 4.5 A constante de equilíbrio da reação 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) é K= 2,5 x1010 em 500K. Encontre o valor de K para cada uma das seguintes reações, na mesma temperatura. (a) SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) (b) SO3(g) SO2(g) + 1/2O2(g) (c) 3SO2(g) + 3/2O2(g) 3SO3(g) 4.2 Escreva a expressão do equilíbrio Kc para cada uma das seguintes reações: (a) CO(g) + Cl2(g) COCl(g) + Cl(g) (b) H2(g) + Br2(g) 2HBr(g) (c) 2H2S(g) + 3O2(g) 2SO2(g) + 2H2O(g) (d) 2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) (e) SbCl5(g) SbCl3(g) + Cl2(g) (f) N2(g) + 2H2(g) N2H4(g) 4.6 Determine K, a parir dos seguintes dados de equilíbrio coletados em 24°C, para a reação NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g). PNH3(bar) PH2S(bar) 0,307 0,307 0,364 0,258 0,539 0,174 4.3 Uma amostra de 0,10 mol H2(g) e uma de 0,10 mol Br2(g) são colocadas em um recipiente fechado de 2,0 L. Deixa-se que a reação H2(g) + Br2(g) 2HBr(g) atinja o equilíbrio. Uma amostra de 0,20 mol HBr é colocada em um segundo recipiente 20 4.7 Para a reação H2(g) + I2(g) 2HI(g), K=160 em 500K. A análise da mistura de reação em 500K mostrou que sua composição é PH2= 0,20 bar, PI2= 0,10 bar e PHI= 0,10 bar. (a) Calcule o quociente da reação. (b) Será que a mistura de reação está em equilíbrio? (c) Caso não esteja, a tendência é formar mais reagentes ou mais produtos? Com relação ao processo Haber-Bosh é incorreto afirmar que a) a alta temperatura tem como objetivo aumentar a concentração de amônia obtida no equilíbrio. b) o uso do catalisador e a alta temperatura permitem que a reação ocorra em uma velocidade economicamente viável. c) a alta pressão desloca o equilíbrio no sentido de produzir mais amônia. d) o catalisador não influi na concentração final de amônia obtida após atingido o equilíbrio. e) para separar a amônia dos reagentes resfriam-se os gases, obtendo amônia liquída a -33°C, retornando o H2 e o N2 que não reagiram para a câmara de reação. 4.8 Quando 0,0172 mol HI é aquecido até 500K em um recipiente fechado de 2,00 L, a mistura resultante em equilíbrio contém 1,90 g HI. Calcule Kc para a reação de decomposição 2HI(g) H2(g) + I2(g). 4.9 (a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, K, da reação O2(g) + O(g) O3(g), sabendo que NO2(g) NO(g) + O(g) K= 6,8 x -49 10 O3(g) + NO(g) NO2(g) + O2(g) -34 K= 5,8 x 10 4.11 A reação de um ácido orgânico com um álcool forma ésteres. Por exemplo, a reação do ácido acético, CH3COOH, com etanol, C2H5OH, em um solvente orgânico, forma o éster conhecido como acetato de etila, CH3COOC2H5, e água. A reação é (b) A pressão total inicial de uma mistura equimolar dos reagentes é 4,0 bar. Quais são as pressões parciais dos reagentes e produtos no equilíbrio? CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O Kc= 4,0 em 100°C Se as concentrações iniciais de CH3COOH e C2H5OH são 0,32 e 6,30 mol.L-1, respectivamente, e nenhum dos produtos está presente inicialmente, qual deverá ser a concentração do éster no equilíbrio? 4.10 O processo Haber-Bosch, para a síntese da amônia, foi desenvolvido no início desse século, sendo largamente utilizado hoje em dia. Nesse processo, a mistura de nitrogênio e hidrogênio gasosos é submetida a elevada pressão, na presença de catalisadores em temperatura de 450°C. A reação pode ser representada a seguir: N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ∆H= -100 kJ/mol 4.12 Um reator de 3,00 L é preenchido com 0,342 mol CO, 0,215 mol H2 e 0,125 mol CH3OH. O equilíbrio é atingido na presença de um catalisador de óxido de zinco-crômio (III). Em 300°C, Kc= 1,1 x 10-2 para a reação CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)? (a) A concentração molar do CH3OH aumenta, diminui ou permanece 21 inalterada, à medida que a reação se aproxima do equilíbrio? (b) Qual é a composição da mistura no equilíbrio? 4.16 Escreva as fórmulas dos conjugados de (a) H2O; (b) OH-; (c) C6H5NH2 (anilina) e das bases conjugadas de (d) H2S; (e) HPO42-; (f) HClO4. 4.13 Diga, para cada um dos seguintes equilíbrios, se haverá deslocamento na direção dos reagentes ou dos produtos quando a temperatura aumenta. (a) N2O4 (g) 2 NO2 (g) , ∆H°= +57 kJ (b) X2(g) 2 X(g), em que X é um halogênio (c) Ni(s) + 4 CO(g) Ni(CO)4 (g), ∆H°= -161 kJ (d) CO2(g) + 2NH3 (g) CO(NH2)2 (s) + H2O(g), ∆H°= -90 kJ 4.17 Identifique (a) o ácido e a base de Bronsted e (b) a base e o ácido conjugado formado na seguinte reação: HNO3(aq) + HPO42-(aq) NO3-(aq) + H2PO4-(aq). HSO3-(aq) + NH4+(aq) NH3(aq) + H2SO3(aq). 4.14 A reação total da fotossíntese é 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(aq) + 6O2(g) e ∆H°= +2802 kJ. Suponha que a reação está no equilíbrio. Diga qual é a consequência que cada uma das seguintes mudanças teria sobre a composição de equilíbrio (tendência de mudança na direção dos reagentes, tendência de mudança na direção dos produtos, ou não ter consequência alguma): (a) o aumento da pressão parcial de O2; (b) compressão do sistema; (c) aumento da quantidade de CO2;; (d) aumento da temperatura; (e) remoção parcial de C6H12O6; (f) adição de água; (g) redução da pressão parcial de CO2. 4.15 Escreva as fórmulas dos conjugados de (a) CH3NH2 (metilamina); (b) hidrazina, NH2NH2; (c) HCO3-, e das bases conjugadas de (d) HCO3-; (e) C6H5OH (fenol); (f) CH3COOH. ácidos 4.18 O pH de várias soluções foi medido em um laboratório de pesquisas de uma empresa de alimentos. Converta os seguintes valores de pH para molaridade de íons H3O+: (a) 3,3 (o pH do suco de laranja azedo); (b) 6,7 ( o pH de uma amostra de saliva); (c) 4,4 (o pH da cerveja); (d) 5,3 (o pH de uma amostra de café). 4.19 Calcule o pH e o pOH de cada uma das seguintes soluções de ácido ou base forte em água: (a) 0,0146 M HNO3(aq); (b) 0,11 M HCl(aq); (c) 0,0092 M Ba(OH)2(aq); (d) 2,00 ml de 0,175 M KOH(aq) depois da dissolução até 5,00 x 102 mL; (e) 13,6 mg de NaOH dissolvido em 0,350 L de solução; (f) 75,0 mL de 3,5 x 10-4 M HBr(aq) depois da dissolução até 0,500 L. ácidos 4.20 Admita que o café tem pH = 5,0 e leite tem pH = 6,0. 22 Sabendo-se que pH= -log [H+] e que pH + pOH= 14, calcule: a) a concentração de OH- no café b) a concentração de H+, em mol/L, em uma “média” de café com leite que contém 100 mL de cada bebida. sal ácido base II. Constante de ionização -10 ácido............K1= 5 x 10 , base.............K2= 5 x 10-4 Permite concluir que, na dissolução em água, do composto [H3CNH3]CN, se obtém uma solução: a) básica, porque K1 < K2 b) básica, porque K1 > K2 c) básica, porque K2 < K1 d) básica, porque K2 > K1 e) neutra, porque [ácido] = [base] 4.25 Sugira uma explicação para a diferença entre as forças de (a) ácido acético e ácido tricloro-acético; (b) ácido acético e ácido fórmico. 4.21 Um suco de tomate tem pH= 4,0 e um suco de limão tem pH= 2,0. Sabendo-se que pH= -log [H+] e pH + pOH= 14: a) Calcule quantas vezes a concentração de H+ do suco de limão é maior do que a concentração de H+ do suco de tomate. b) Calcule o volume de solução aquosa de NaOH de concentração 0,010mol.L-1 necessário para neutralizar 100 mL de cada um dos sucos. 4.26 Os valores de Ka do fenol e do 2,4,6tricloro-fenol são 1,3 x 10-10 e 1,0 x 10-6, respectivamente. Qual é o ácido mais forte? Explique a diferença de forças dos ácidos. 4.22 Dê os valores de Ka dos seguintes ácidos: (a) ácido fosfórico; H3PO4, pKa1= 2,12; (b) ácido fosforoso, H3PO3, pKa1= 2,00; (c) ácido selenoso, H2SeO3, pKa1= 2,46; (d) íon hidrogenosselenato, HSeO4-, pKa2= 1,92. (e) Liste os ácidos em ordem crescente de força. 4.27 O valor de pKb da anilina é 9,37 e o da 4-cloro-anilina é 9,85. Qual é a base mais forte? Explique a diferença de forças das bases. 4.23 Escreva a equação do equilíbrio de transferência de prótons de cada um dos seguintes ácidos fracos e dê a expressão da constante de acidez Ka. Identifique a base conjugada, escreva a equação apropriada para a transferência de prótons e escreva a expressão da constante de basicidade Kb. (a) HClO2; (b) HCN; (c) C6H5OH. 4.28 Organize as seguintes bases em ordem crescente de força, usando os valores de pKa dos ácidos conjugados que estão entre parênteses. Existe uma tendência simples nas forças? (a) amônia (9,26); (b) metilamina (10,56); (c) etilamina (10,81); (d) anilina (4,63). 4.29 A percentagem de desprotonação do ácido benzóico em uma solução 0,110 mol.L-1 é 2,4%. Quais são o pH da solução e o Ka do ácido benzóico? 4.24 O exame dos seguintes dados: I. [H3CNH3]+[CN]- + HOH HCN + [H3CNH3]OH 23 concentrações da novocaína e de seu ácido conjugado no fluxo sanguíneo? 4.30 O ácido láctico é produzido nos músculos durante exercícios. Calcule o pH e o pOH das seguintes soluções de ácido láctico, CH3CH(OH)COOH, em água: (a) 0,12 mol.L-1; (b) 1,2 x 10-3 mol.L-1; (c) 1,2 x 10-5 mol.L-1 4.35 Determine o Kps das seguintes substâncias pouco solúveis, conhecidas as suas solubilidades molares: (a) AgBr, 8,8x10-7 mol.L-1; (b) PbCrO4, 1,3x 10-7 mol.L-1; (c) Ba(OH)2, 0,11 mol.L-1; (d) MgF2, 1,2x10-3 mol.L-1. 4.31 Explique o que ocorre (a) com a concentração dos íons H3O+ de uma solução de ácido acético, quando se adiciona acetato de sódio sólido; (b) com a porcentagem de desprotonação do ácido benzóico em uma solução de ácido benzóico, quando se adiciona ácido clorídrico; (c) com o pH da solução, quando se adiciona cloreto de amônia sólido a uma solução de amônia em água. 4.36 Calcular a solubilidade do BaSO4 em uma solução 0,01 mol.L-1 de Na2SO4. Dado: BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42-(aq) Kps= 1,5 x10 -9 4.37 Calcular a solubilidade do Al(OH)3 em uma solução 0,1 mol.L-1 de KNO3. Dado: Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3OH-(aq) Kps= 5x 10-33 4.32 Determine o pH e o pOH de (a) uma solução que é 0,50 mol.L-1 NaHSO4(aq) e 0,25 mol.L-1 Na2SO4(aq); (b) uma solução que é 0,50 mol.L-1 NaHSO4(aq) e 0,10 mol.L-1 Na2SO4(aq); (c) uma solução que é 0,50 mol.L-1 NaHSO4(aq) e 0,50 mol.L-1 Na2SO4(aq)? 4.38 Formar-se-á ou não um precipitado de PbCl2, ao se misturarem volumes iguais de soluções 0,1 mol.L-1 de Pb(NO3)2 e 0,01 mol.L-1 de NaCl? Dado: PbCl2(s) Pb2+(aq) + 2Cl-(aq) Kps= 1,6x 10-5 4.33 Diga em que região de pH cada um dos tampões, a seguir, serão efetivos, imaginando molaridades iguais do ácido e de sua base conjugada: (a) lactato de sódio e ácido láctico; (b) benzoato de sódio e ácido benzóico; (c) hidrogenofosfato de potássio e fosfato de potássio; (d) hidrogenofosfato de potássio e dihidrogenofosfato de potássio; (e) hidroxilamina e cloreto de hidroxilamônio. 4.39 Em que pH começa a precipitar o Mg(OH)2, se a concentraçao do Mg2+ na solução é 0,01 mol.L-1? Dado: Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2 OH-(aq) Kps= 8,9 x 10-12 4.40 Que concentração de Ag+, em mols por litro, deve estar presente no ínicio da precipitação do AgCl de uma solução contendo 1,0x10-4mols de Cl- por litro? AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Kps= 1,78 x -10 10 4.34 A novocaína, que é utilizada pelos dentistas como anestésico local, é uma base fraca com pKb= 5,05. O sangue tem pH= 7,4. Qual é a razão entre as 24 4.41 Se 0,11 mg de AgBr se dissolve em 1000 mL de água a uma dada temperatura, qual é o produto de solubilidade deste sal naquela temperatura? que não ocorra precipitação durante a fluoretação? Ignore a eventual protonação do F-. 4.45 Os íons fluoreto da água potável convertem a hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH, dos dentes, em fluoroapatita, Ca5(PO4)3F. Os valores de Kps dos dois compostos são 1,0 x 10-36 e 1,0 x 10-60, respectivamente. a) Qual é a solubilidade molar de cada substância?As solubilidades de equilíbrio a serem examinadas são Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq) + 3PO43-(aq) + OH-(aq) Ca5(PO4)3F(s) 5Ca2+(aq) + 3PO43-(aq) + F- 4.42 O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, é uma base pouco solúvel em água, apresentando constante de produto de solubilidade, Kps= 4 x10-12. Uma suspensão desta base em água é conhecida comercialmente como “leite de magnésia”, sendo comumente usada no tratamento de acidez no estômago. a. Calcule, em mol/L, a solubilidade do Mg(OH)2, numa solução saturada desta base. b. Escreva a equação balanceada da reação de neutralização total do hidróxido de magnésio com ácido clorídrico, HCl 4.43 Examine os dois equilíbrios: BaF2(s) Ba2+(aq) + 2F-(aq) Kps= 1,7 x -6 10 F-(aq) + H2O(l) HF (aq) + OH- (aq) Kb(F-)= 2,9 x 10-11 (aq) b) Qual é a energia livre padrão de reação da conversão da hidroxiapatita em fluoroapatita? 4.46 Diga se Ag2CO3 precipita de uma solução formada por uma mistura que contém 100 mL de 1,0x 10-4 mol.L-1 AgNO3(aq) e 100 mL de 1,0 x 10-4 mol.L-1 Na2CO3(aq)? a) Escreva a equação química do equílibrio total e determine a constante de equilíbrio correspondente. b) Determine a solubilidade de BaF2 em (b) pH= 7,0; (c) pH= 4,0. 4.47 As pedras dos rins são pequenas massas duras que se formam nos rins, usualmente a partir dos sais minerais da urina. Os oxalatos minerais são um constituinte comum das pedras dos rins. (a) Qual é a solubilidade molar do oxalato de cálcio, CaC2O4 (pKps= 8,59) na água? Se a concentação de íons Mg2+ dos fluidos liberados pelos rins é 0,020 mol.L-1 e a concentração do íon oxalato, C2O42-, é 0,035 mol.L-1, será que o oxalato de magnésio (pKps= 4,07) precipita? 4.44 A fluoretação da água potável de uma cidade produz uma concentração de íons fluoreto próxima a 5 x 10-3 mol.L-1. Se a água utilizada na cidade for dura (água que contém íons Ca2+), pode ocorrer precipitação de CaF2 durante a fluoretação. Qual é a concentração máxima de íons Ca2+ que pode estar presente em solução para 25
