P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 15/09/2012

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1 P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL 15/09/01 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor Grau Revisão 1 a,5 a,5 3 a,5 a,5 Total 10,0 Dados R = 0,081 atm L mol -1 K -1 T (K) = T ( C) + 73,15 1 atm = 760 mmhg V m =,1 L mol -1 PV = nrt P i = i P S = K H P

2 1 a Questão O elemento lítio, Li, e o gás nitrogênio, N, reagem para produzir nitreto de lítio, Li 3 N, conforme representado na equação abaixo: 6Li(s) + N (g) Li 3 N(s) a) Calcule o rendimento teórico de Li 3 N, em gramas, quando 15 g de Li, com uma pureza de 95,0%, são colocados para reagir com 65,0 g de N. b) Por que as quantidades de produtos formados em uma reação são determinadas somente pela quantidade de reagente limitante? c) Calcule a massa, em gramas, de Li 3 N obtida a partir de 5,00 g de cada um dos reagentes, considerando que o rendimento real (experimental) da reação foi de 80,5%. d) Por que o rendimento real de uma reação é quase sempre menor do que o rendimento teórico (100%)?

3 a) M(Li) = 6,91 g mol -1 M(N) = 1,00 67 g mol -1 M(N ) = 8,031 g mol M(LiN 3 ) = 3,830 g mol Resolução: 1 mol Li 6,91 g x 15 g x = 18,0 mol Li 100% x 95,0% x = 17,1 mol Li 1 mol N 8,013 g x 65,0 g x =,3 g de N 1 mol N 6 mol de Li,3 mol x x = 13,9 mol Li Então: N é o reagente limitante. 1 mol N mol Li 3 N,3 mol x x =,6 mol de Li 3 N 1 mol Li 3 N 3,830 g,6 mol x x = 16 g de Li 3 N b) O reagente limitante regula a quantidade de produto porque é completamente usado durante a reação; nenhum produto pode ser obtido quando um dos reagentes estiver indisponível. c) 1 mol N 8,013 g x 5,00 g x = 0,178 mol de N

4 1 mol Li 6,91 g x 5,00 g x = 0,70 mol de Li 1 mol N 6 mol Li x 0,70 mol Li x = 0,10 mol de N Então: Li é o reagente limitante. 6 mol Li mol Li 3 N 0,70 mol x x = 0,0 mol de Li 3 N 1 mol Li 3 N 3,830 g 0,0 mol x x = 8,36 g 100% (teórico) x 80,5% (real) x = 6,73 g deli 3 N d) Nenhuma reação é perfeita, pois, nem todas as moléculas reagentes formam produtos. Reações paralelas podem formar produtos secundários e reduzir a quantidade de produto desejada; ou então também nem sempre é possível isolar completamente o produto desejado da mistura. Outros fatores que afetam o rendimento são condições ambientais (T, P), a pureza dos reagentes, perdas durante as etapas de reação e contaminações.

5 a Questão Parte A A potassa comercial é constituída de hidróxido de potássio, KOH, e impurezas inertes. Uma amostra de potassa com massa de 8,333 g foi dissolvida com água pura em balão volumétrico de 500,0 ml. A um volume de 5,00 ml desta solução foi adicionado 0,5010 g de ácido sulfúrico, H SO (eq. 1). O excesso de H SO reagiu exatamente com 0,9 ml de hidróxido de sódio, NaOH, 0,1003 mol L -1 (eq. ). KOH(aq) + H SO (aq) K SO (aq) + H O(l) eq. 1 NaOH(aq) + H SO (aq) Na SO (aq) + H O(l) eq. a) Determine a porcentagem em massa (% m/m) de KOH na amostra de potassa. Parte B b) Determine o volume de uma solução concentrada de H SO 98,0% em massa (densidade igual a 1,80 g ml -1 ) necessário para preparar 900,0 ml de uma solução de H SO 0,00 mol L -1. c) Em um laboratório, encontrou-se uma solução de H SO com densidade 1,16 g ml -1. Neste caso, podemos afirmar que g ml -1, refere-se a uma unidade de concentração? Justifique a sua resposta. DADOS: M (KOH) = 56,11 g mol -1 M (NaOH) = 0,00 g mol -1 M (H SO ) = 98,07 g mol -1

6 Resolução: (n (n H SO H SO ) ) T T n H SO n 1 NaOH n H SO n KOH 98,07g 1 mol 0,510 g (n H SO ) T (n SO ) T H (n H ) SO T 0,5010 g x 1 mol 98,07 g = 5,109 x 10-3 mol 1000 ml 0,1003 mol 0,9 ml nn a OH 0,9 ml x 0,1003 n NaOH 1000 ml mol n NaOH =,10 x 10-3 mol Pela reação (): NaOH : H SO : 1 n : n 1 H SO n NaOH n NaOH = n 1 n 1 = 3,10 x 10 mol 3 n 1 =,05 x 10 mol n = ( n H SO ) T n 1 = 5,109 x 10-3 mol,05 x 10-3 mol = 3,057 x 10-3 mol Pela reação (1): H SO : KOH 1 : 3,057 x 10-3 mol : n KOH n KOH = x 3,057 x 10-3 mol = 6,11 x 10-3 mol

7 5,00 ml 6,11 x10-3 mol 500,0 ml x x = 500,0 ml x 6,11x10 5,00 ml 3 mol 0,13 mol 1 mol 56,11 g 0,13 mol m KOH m KOH 0,13 mol x 1 mol 56,11g 6,86 g KOH : Amostra 6,86 g : 8,333 g % : 100% % = 6,86 g x 8, g % = 8,3% b) (H SO ) f 1000 ml 0,00 mol 900,0 mlx 0,00 mol n 1000mol 0,180mol dil 900 ml n 1 mol 98,07 g 0,180 molx 98,07 g m 1mol 17,65g 0,180 mol m 98,0 % 17,7 g 100 x 17,7 g m solução 98,0 18,1g 100% m solução 1,80 g 1 mol 18,1g x 1mol v 1,80 g 10,1mL 18,1 g v C) Não, g ml -1 não se refere a unidade de concentração, porque se refere a uma relação entre massa da solução e volume da solução.

8 3 a Questão Parte A Um sistema fechado é constituído pela mistura dos gases hidrogênio, H, nitrogênio, N, e oxigênio, O, a uma temperatura de 7 ºC e pressão de,0 atm. Considere o comportamento ideal para todos os gases. a) Calcule a quantidade de matéria, em mol, de cada um dos gases considerando um volume total igual a 36,5 L e pressões parciais para o H e N de,0 e 1,0 atm, respectivamente. b) Calcule a fração em mol do gás H na mistura gasosa. c) Explique o efeito da compressão e resfriamento simultâneos na pressão total desta mistura gasosa. Parte B d) A ureia, CO(NH ), substância utilizada como fertilizante, é obtida pela reação entre o gás carbônico, CO, e a amônia, NH 3, conforme a equação abaixo. Calcule a massa, em gramas, da CO(NH ) formada pela reação entre 89,6 L de NH 3 e excesso de CO, a 0 0 C e 1,00 atm. Considere a reação completa e o comportamento ideal para todos os gases. CO (g) + NH 3 (g) CO(NH ) (s) + H O(g) DADOS: M (NH 3 ) = 17,0 g mol -1 M (CO ) =,0 g mol -1 M (H O) =18,0 g mol -1 M (CO(NH ) ) = 60,1 g mol -1

9 Resolução: a) T= 7 ºC + 73,15 = 300 K P=,0 atm Vt = VH + VN + VO = 36,5 L PH =,0 atm PN = 1,0 atm PO? PO = 1,0 atm PV = nrt,0 x 36,5 =n 0,081 x 300 n total =6,0 mol Para cada um dos gases: nn = n O 1,0 x 36,5 =n 0,081 x 300 n N = n O = 1,5 mol n H,0 x 36,5 =n 0,081 x 300 n H = 3,0 mol b) fração em mol do gás H na mistura gasosa. x A = 3,0 / 6,0 = 0,50 c) Efeito da compressão e resfriamento simultâneos na pressão desta mistura gasosa: Considerando a lei dos gases perfeitos combinada: P i Vi = P f Vf Ti T f onde Pi = pressão inicial, V i = volume inicial, T i = temperatura inicial, P f = pressão final, V f = volume final, T f = temperatura final Sendo P i =,0 atm, V i = 36,5 L e T i = 300 K, tem-se que: P f V f =,0 x 36,5 T f 300 P f = 0,9 T f / V f A compressão aumenta a pressão, mas o resfriamento abaixa a pressão. No caso desta mistura gasosa, quando a compressão e resfriamento simultâneos obedecerem a relação T f / V f igual a 8,, a pressão final será igual a,0 atm (igual à pressão inicial).quando a relação T f / V f for maior do que 8,, a pressão final será maior do que,0 atm.(maior do que a pressão inicial). E, quando a relação T f / V f for menor do que 8,, a pressão final será menor do que,0 atm (menor do que a pressão inicial). Para P f =,0 T f / V f =,0 / 0,9 = 8, Para P f >,0 T f / V f > 8,

10 Para P f <,0 T f / V f < 8, d) massa, em gramas, de ureia: CO (g) + NH 3 (g) CO(NH ) (s) + H O(g) M ureia= 60,0 g mol -1 PV = nrt 1,00 x 89,6 = n 0,081 x 73 n NH 3 =,00 Pela proporção estequiométrica NH 3 CO(NH ),00,00 mol,00 x 60,0 g mol -1 = 10 g m =10 g

11 a Questão Um determinado mergulhador de águas submarinas possui 5,00 L de sangue e durante os seus mergulhos costuma respirar ar com uma composição, em volume, ao nível do mar, 1,000 atm e 98,15 K, de 78,08% de nitrogênio, N, 0,976% de oxigênio, O, 0,93% de argônio, Ar, 0,03% de dióxido de carbono, CO. a) Calcule a densidade, em g L -1, do ar ao nível do mar. b) Calcule a quantidade de matéria, em mol, do N no sangue do mergulhador a 1,000 atm e a 50,0 atm. c) Calcule o volume do gás N liberado da corrente sanguínea do mergulhador, quando ele sobe abruptamente do fundo do mar (50,0 atm) para a superfície (1,000 atm). DADOS: K H N no sangue = 6,15 x 10 - mol L -1 atm -1 a 98,15 K (ou 9,0 x 10 atm) M (N ) = 8,013 g mol -1 M (O ) = 31,999 g mol -1 M (Ar) = 39,90 g mol -1 M (CO ) =,00 g mol -1

12 Resolução: a) Inicialmente devemos calcular a massa de um mol de AR, incluímos a quantidade de matéria em mol de cada participante da mistura (AR) com suas respectivas massas molares. (0,7808 x 8,013) + (0,0976 x 31,999) + (0,0093 x 39,90) + (0,0003 x,00) = 9,0 g mol -1 Aplicando a equação PV P' V' podemos calcular o volume molar, Vm, da T T' mistura gasosa, utilizando o Vm =,1 L. mol -1 (Capa da prova). O valor obtido é de,65 L mol -1 a (1,000 atm e 98,15 K) Sabendo que a densidade é a massa pelo volume, chegamos a nossa resposta. d M V 8,9,66 1,18 g Outra maneira de calcular a densidade é usar a seguinte formula: d P.MM RT 1,000 x 9,0 0,081x 98,15 L 1 1,18 g b) Para este cálculo devemos utilizar a lei de Henry, S = K H P (Capa da prova) A 1,000 atm Em um volume de 5,00 L,80 x 10 L 1 S = K H P = 6,15 x 10 - x 0,7808 =,80 x 10 - mol L -1 mol x 5,00 L,0 x 10 L 3 mol A 50,0 atm 50,0 x,0 x 10-3 = 1,0 x 10-1 mols ou S = K H P = 6,15 x 10 - x 39,0 = 0,00 mol L -1 mol 0,00 x 5,00 L 1,0 x 10 L 1 mols c) Neste caso devemos aplicar a equação dos gases ideais, PV = nrt, e calcular o valor do volume. n RT [(1,0x10 V P -1-3 ) - (,0 x 10 )] x 0,081x98,15,88L 1,000