(a) Um pequeno pedao de fio de ferro com uma massa de 0,1568 g

P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 16/05/03
Nome:
Turma:
Nº de Matrícula: GABARITO
Assinatura:
Questão
Valor
1a
2,0
2a
2,0
3a
2,0
4a
2,0
5a
2,0
Total
10,0
Constantes:
R = 8,314 J mol-1 K-1
R = 0,0821 atm L mol-1 K-1
cH2O = 4,18 J g-1 °C-1
1 cal = 4,18 J
1 atm L = 101,325 J
Equações de Cinética:
ln
[ A ]t
= − kt
[ A]0
1
1
= kt +
[ A]t
[ A] 0
ln
k2 Ea ⎛ 1
1 ⎞
⎜⎜ − ⎟⎟
=
k1
R ⎝ T1 T2 ⎠
Grau
Revisão
1a Questão
A queima parcial de carvão na presença de O2 e H2O produz uma mistura gasosa
chamada gás de síntese, composta por de CO (g) e H2 (g). Este gás de síntese
pode ser usado como combustível e na produção de importantes compostos
orgânicos, como por exemplo, o álcool metílico. Um gás de síntese tem a seguinte
composição por volume: 55% CO(g), 33% H2(g), e 11% de gases não
combustíveis.
a) Quantos moles de CO (g) e H2 (g) estão presentes numa amostra de 1,00 L
deste gás nas CNTP?
b) Qual é o calor de combustão por litro deste gás de síntese medido nas CNTP?
c) Até que temperatura, poderia 1,00 Kg de água a 25 °C, ser aquecida com o
calor obtido na combustão de 1,00 litro deste gás de síntese medido nas CNTP?
Reações :
Combustão do H2(g):
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g),
ΔHR = -285,8 kJ mol-1
Combustão do CO(g):
CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g),
ΔHR = - 283,0 kJ mol-1
Resolução:
a)
moles de gás de síntese em 1 L: nt
PV = nt . RT
1 atm. 1 L = nt . 0,082
atm . L
. 273 k
mol . K
nt = 4,47 x 10-2
nº moles CO: nCO = 0,55 x 4,47 x 10-2 = 2,46 x 10-2
nº moles H2: nH2 = 0,33 x 4,47 x 10-2 = 1,47 x 10-2
b) Calor desprendido pela queima de CO (g)
2,46 x 10-2 x 283 = 6,96 kJ
Calor desprendido pela queima do H2 (g)
1,47 x 10-2 x 285,8 = 4,21 kJ
Calor total: 11,2 kJ liberado ou
ΔΗ = -11,2 kJ
c) 11,2 x 103 J = 4,18
J
x 1000 g x Δt
g °C
Δt = 2,7 °C ⎯→ tƒ ≅ 27,7 °C
2a Questão
A nitroglicerina (MM = 227) é um líquido que se decompõe de maneira explosiva
conforme a reação:
C3H5(NO3)3 (l) → 5/2 H2O (g) + 3 CO2 (g) + 3/2 N2 (g) +1/4 O2 (g)
a) Calcule, a partir dos calores de formação, o ΔH° e o ΔU° desta reação a 298 K
e 1 atm e comente se o resultado obtido é compatível com a sua expectativa de
uma reação explosiva.
Dados:
ΔHf° [(C3H5(NO3)3 (l)] = -372,4 kJ mol-1
ΔHf° [(H2O (g)] = - 241,8 kJ mol-1
ΔHf° [(CO2 (g)] = - 393,5 kJ mol-1
Resolução:
Δn = 7,25
ΔV = (7,25 x 0,082 x 298) L
PΔV = 177,2 atm L = -17,95 kJ
valor (0,5)
ΔH = -1,39 x 103 kJ
valor (0,5)
ΔU = -17,95 - 1,39 x 103 = -1,41 x 103 kJ
valor (0,5)
A variação de entalpia, ΔΗ, é negativa e tem módulo grande. Logo, espera-se uma
reação altamente exotérmica. O trabalho é de expansão e Δn tem um valor grande (1 mol
substância no estado líquido gerando vários moles no estado gasoso), logo, espera-se que a
variação da energia interna, ΔU, negativa.
3a Questão
Uma das possibilidades de redução de CO2, um dos gases responsáveis pelo
efeito estufa na atmosfera, é a carbonatação de óxidos, isto é, a sua
transformação em carbonatos. A figura abaixo apresenta a variação de energia
livre, ΔG, para a reação de carbonatação de três tipos de óxidos:
variação de energia livre, cal
/ mol
Variação de energia livre em função da temperatura
-30000
-20000
-10000
0
10000
CaO+ CO2 = CaCO3
FeO + CO2 = FeCO3
20000
MgO + CO2 = MgCO3
30000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
temperatura ºC
Responda: (Obs.: Só serão aceitas as respostas devidamente justificadas)
a) Qual dos três óxidos seria o mais eficiente no processo de redução de CO2 à
temperatura de 200 0C? Justifique.
b) A partir de que temperatura, a carbonatação do MgO deixa de ser espontânea?
Justifique.
c) Qual dos carbonatos formados é o mais estável a altas temperaturas? Justifique
d) Sabendo que a variação de entropia, ΔS0, da reação de carbonatação do MgO
é 40,6 cal mol-1, qual o valor de ΔH0 para esta reação? Esta reação é exotérmica
ou endotérmica?
Considere que os valores de S e ΔH não variam com a temperatura
Resolução:
a) CaO - Porque nessa temperatura o ΔG da reação de carbonatação é o menor.
valor (0,4)
b) A partir de ∼ 450 °C quando o valor de ΔG passa a ser positivo
valor (0,4)
c) FeCO3. Porque tem o maior ΔG de decomposição. Ou: porque os valores de ΔG
da reação de cabonatação em altas temperaturas (> 800°C) são os menores
valor (0,4)
d)
ΔG° = ΔH° - T . ΔS°
por exemplo:
a
T = 573 k
ΔG = - 5000 cal
e
ΔS = 40,6
- 5000 = ΔH - 40,6 x 573
e
ΔH = 18,26 kcal
a
T= 400 oC
ΔG° = 0
e
ΔH° = TΔS°
ΔH° = (400 + 273) . ΔS°
ΔH° = 27,3 kcal
O mesmo raciocínio poderá ser aplicado a quaisquer temperaturas
absolutas.
4a Questão
Existe um tipo especial de ovo cozido, o chamado “3 minutos”. Neste tipo de ovo
cozido, ocorre a precipitação da albumina, contida na clara do ovo, enquanto a
gema é preservada. Este tempo de 3 minutos foi estimado baseado na
temperatura de ebulição da água a 1 atmosfera (100 °C).
Suponha que você esteja num local elevado onde a temperatura de ebulição da
água seja de 90 °C.
Uma vez que, a velocidade de uma reação é proporcional a sua constante de
velocidade, k, qual deveria ser o novo tempo de cozimento do ovo?
Dado: Ea = 52,0 kJ/mol
Resolução:
v (100 °C) =
v (30 °C) =
[album]
3 min
[album]
tempo
Se v α k, então:
⎛
⎞
⎜
⎟
Ea ⎜ 1
k2
v2
3
1 ⎟
ln
= ln
= ln
=−
−
k1
v1
tempo
R ⎜ 363 373 ⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
(
ln
3
52
=−
2,75 x10 −3 − 2,68 x10 −3
−3
tempo
8,314 x10
ln
3
= −0,438
tempo
tempo = 3 x 1,55 = 4,6 minutos
)
5a Questão
A lei da velocidade da reação abaixo no sentido direto é:
velocidade de reação = 2,5 x 10-3 s-1 [BrCH3], a 20 °C.
-
O calor liberado quando 100 mg de BrCH3 reagem com íons hidroxila, OH é de
3,15 J e a energia de ativação da reação inversa é de 8000 J mol-1.
-
BrCH3 (aq.) + OH-(aq.) → Br (aq.) + CH3OH(l)
a) Calcule o tempo necessário para que 99% da reação ocorra a 300 °C.
b) Explique por que a velocidade e a constante de velocidade de uma reação
química variam com a temperatura.
Reagentes
Energia (kJ)
Complexo
ativado
Ea(direta
Ea(inversa)
ΔH(direta)
Caminho da reação
Produtos
Resolução:
a)
MM CH3Br = 95
ΔΗ mol-1 ≅ 3 kJ mol-1
k = 2,5 x 10-3 s-1 a 20 °C 
ln
k2
5000
=
−3
8,3
2,5 x 10
Ea (reação direta) = 5000 J
1 ⎞
⎛ 1
−
⎜
⎟ = 1,005
⎝ 293 573 ⎠
ln k2 - ln 2,5 x 10-3 = 1,005
ln K2 = - 4,99
k2 = 6,8 x 10-3 s-1
ln [A]t = ln [A]0 - kt
[A]t = 0,01 [A]0
ln
0,01 [ A] 0
= -6,8 x 10-3 x t
[ A] 0
t = 677 s
b) Porque, à medida que a temperatura aumenta, as moléculas se movimentam
mais aumentando o número de choques entre elas com energia maior que a
energia de ativação. Pela equação de Arrenhius, o valor de k cresce com a
temperatura, logo, como a velocidade da reação é proporcional a k, também
cresce.