P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 18/05/13

P2 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 18/05/13

Nome:

Nº de Matrícula

: GABARITO

Assinatura:

Questão Valor Grau Revisão

1a 2,5 2a 2,5 3a 2,5 4a 2,5 Total 10,0 Dados: T (K) = T (°C) + 273,15

R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L mol-1 K-1 pH+ pOH = 14 à 25 °C PV = nRT Kp = Kc (RT)n Vm = 22,414 L mol-1, à 0 °C e 1 atm U = q + w 1 cal = 4,184 J

1a Questão

A formação do trióxido de enxofre, SO3, a partir do dióxido de enxofre, SO2, é uma

etapa do processo de fabricação do ácido sulfúrico e pode ser representada por:

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) KC = 0,0413, a 1000 K

Considere que a reação ocorre em sistema fechado e faça o que se pede. a) Calcule a constante KP.

b) Explique o que ocorre com o equilíbrio da reação se o sistema for comprimido.

c) Em outro reator de 1,00 L, foram inicialmente misturados 1,00 mol de cada uma das espécies. Calcule a pressão total do sistema, após o equilíbrio da reação ser atingido, sabendo que a concentração de SO3 no equilíbrio é 0,378 mol L-1.

Resolução: a) Kp = Kc (RT)n n = 2-3 = -1

Kp = 0,0413 (0,0821 x 1000)-1 = 5,03 x 10-4

b) O equilíbrio se desloca para o lado de menor pressão para aliviar o aumento de P ocasionado pela compressão. Como o lado dos produtos contém menor quantidade de matéria (n), a formação de produtos e favorecida (menor P).

c) P(1000K) Kp 2 2 3 2 3 .PO PSO SO = 2SO2 O2 2SO3 mol L-1 1,00 mol L 1,00 1,00 Qc = 1,00 1,00 (1,00) 1 (1,00) 2 2 

Qc > Kc  eq vai para a esquerda

1,00 + 2x 1,00+ x 1,00 -2x 0,378 1,00 – 2x = 0,378 2x = 1,00 – 0,378 x = 2 0,622 = 0,311 1,62(2) 1,31(1) 0,378 RT = 0,0821 x 1000 = 82,1(0) 2 SO P = 1,622 x 82,10 = 1,33(3) 2 O P = 1,311 x 82,10 = 107,(7) 3 SO P = 0,378 x 82,10 = 30,9(0) P = 271,(9) = 27(2) atm

2a Questão

O ácido ascórbico, C6H8O6, também conhecido como vitamina C, e o ácido cítrico

C6H8O7, sãocomumente utilizados na indústria como conservantes e acidulantes. Nesta

questão considere apenas a primeira dissociação de cada um deles, conforme representado abaixo:

Eq.1 C6H8O6(aq) + H2O(l) C6H7O6-(aq) + H3O+(aq) Ka1 = 7,9 x 10-5

Eq. 2 C6H8O7(aq) + H2O(l) C6H7O7-(aq) + H3O+(aq) Ka1 = 7,1 x 10-4

a) Diga quais são os dois pares conjugados da equação 1, segundo Bronsted-Lowry, indicando os ácidos e as bases.

b) Uma bebida de soja contém 30 mg de C6H8O6, com grau de dissociação de 26%, e

0,24 g de C6H8O7 em 200 mL. Calcule o pH da bebida, desconsiderando o efeito do íon

comum e outras reações.

c) Foi encontrado um lote da bebida de soja com pH igual a 12, em decorrência de contaminação com hidróxido de sódio, NaOH, uma base forte. Explique o que ocorreu com o grau de dissociação dos ácidos nesta situação.

Dados:

M(C6H8O6) = 176,122 g mol-1

M(C6H8O7) = 192,122 g mol-1

Resolução: a) 2 pares conjugados da equação 1

1. Ácido: C6H8O6 e Base Conjugada: C6H7O6

-2. Base: H2O e Ácido Conjugada: H3O+

b) [C6H8O6] = 8,52 x 10-4 [C6H8O7] = 6,25 x 10-3 C6H8O6 C6H7O6- + H3O+ 8,52 x 10-4 0 0 x x x 8,52 x 10-4- x x x 8,52 x 10-4  100% x  26% x = 2,21 x 10-4 mol L-1 [H3O+]= 2,21 x 10-4 C6H8O7 C6H7O7- + H3O+ 6,25 x 10-3 0 0 x x x 6,25 x 10-3 - x x x Ka1= x2 / (6,25 x 10-3 – x) Ka1= 7,1 x 10-4

Após resolver a equação de 2º grau: X= 1,79 x 10-3 [H3O+]= 1,79 x 10-3 [H3O+]total= 2,21 x 10-4 + 1,79 x 10-3 [H3O+]total= 2,01 x 10-3 pH= -log (2,01 x 10-3) pH = 2,70

c) Aumentando-se a concentração de íons hidroxila, OH- disponível irá ocorrer um aumento na reação com os íons H3O+, deslocando assim o equilíbrio no sentido direto,

aumentando o grau de dissociação.

3a Questão

Um comprimido de antiácido contém 300 mg de hidróxido de alumínio, Al(OH)3. A

dissolução do Al(OH)3 em água é representada na equação 1 e em ácido clorídrico,

HCl, um ácido forte, na equação 2.

Eq. 1 Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3OH-(aq) Kps = 3,00 x 10-34

Eq. 2 Al(OH)3(s) + 3HCl(aq)  Al3+(aq) + 3Cl-(aq) + 3H2O(l)

a) Calcule a massa de Al(OH)3 presente no comprimido que se dissolve em um copo

de 250 mL de água. Desconsidere a ionização da água.

b) O volume do estômago humano pode variar de 250 mL até alguns litros e o pH de 1 a 2. Mostre com cálculos se 1 comprimido de Al(OH)3 é suficiente para diminuir a acidez

de 500 mL do conteúdo estomacal, aumentando o pH de 1,50 para 2,00, considerando que a acidez é só devida ao HCl.

c) Em 1,00 L de água pura, foi adicionado nitrato de alumínio, Al(NO3)3, um sal muito

solúvel em água. Calcule a massa mínima de Al(NO3)3 necessária para iniciar a

precipitação do Al(OH)3, considerando a dissociação da água, mostrada na equação 3.

Eq. 3 2H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) KW = 1,00 x 10-14

Dados:

M(Al(OH)3) = 78,00 g mol-1

M(Al(NO3)3) = 213,00 g mol-1

Resolução:

a) A solubilidade do Al(OH)3, em mol L-1, é calculada:

KPS = [Al3+] [OH-]3 3,00 . 10-34 = x . (3x)3 3,00 . 10-34 = 27x4 x = 1826 . 10-9 mol L-1 Então, dissolve-se: 1,826 . 10-9 mol em 1000 mL x em 250 mL x = 4,564 . 10-10 mol .78,00 g mol-1 = 3,56 . 10-8 g

R: Dissolvem-se 3,56 . 10-8 g de Al(OH)3 em 250 mL de água.

b) Calcula-se a [H+] correspondente a cada pH e a diferença entre elas: [H+] = 10-pH pH = 1,5: [H+] = 0,03162 mol L-1 pH = 2,0: [H+] = 0,0100 mol L-1 ∆ [H+ ] = 0,02162 mol L-1 Então temos: 0,02162 mol em 1000 mL x mol em 500 mL x = 0,01081 mol H+

Cada mol de Al(OH)3 neutraliza 3 mol de H+, então:

1 mol Al(OH)3 → 3 mol H+

x mol Al(OH)3 → 0,01081 mol H+

x = 0,003603 mol . 78,00 g mol-1 = 0,281 g

R: São necessários 0,281 g de Al(OH)3 e no comprimido têm 0,300 g, então 1

comprimido é suficiente.

c) Calcula-se a [Al3+] para precipitar Al(OH)3 em água ([OH-] = 1,00 . 10-7):

3,00 . 10-34 = [Al3+] . (1,00 . 10-7)3 [Al3+] = 3,00 . 10-13

Como o Al3+ vem da dissolução do Al(NO3)3, multiplica-se pela massa molar para saber

a massa: 3,00 . 10-13 . 213,00 = 6,39 . 10-11 g L-1

4a Questão

A tripalmitina, C51H98O6, é um glicerídeo do ácido palmítico encontrado no óleo de

palma e em outros óleos e gorduras, podendo ser usado em produtos dietéticos. Sua reação de combustão está representada a seguir:

C51H98O6(s) + 1452O2(g)  51CO2(g) + 49H2O(g)

a) Calcule o calor de combustão molar da tripalmitina, a 1 atm e 25 °C.

b) Em 100 g de um doce dietético, existe 0,100 g de tripalmitina que será metabolizada no organismo, segundo a equação acima. Calcule, em quilocalorias, a energia que será produzida pelo consumo de 100 g desse doce. Desconsidere quaisquer outras reações. c) Em um reator, foram queimados 50,0 g de tripalmitina com 10,0 L de O2 a uma

pressão de 7,00 atm e temperatura de 25 °C. Identifique o reagente limitante e calcule a variação da energia interna do sistema, U, em quilojoules. Considere o rendimento da reação igual a 100%. Dados, a 25 °C: M(C51H98O6) = 807,34 g mol-1 H°f CO2(g) = -393,50 kJ mol-1 H°f H2O(g) = -241,82 kJ mol-1 H°f C51H98O6(s) = -8955,68 kJ mol-1 1 cal = 4,184 J

Resolução: a) Hc = [ 51 x ( -393,50) + 49 x ( -241,82) – ( -8955,68) Hc = [-20068,5 - 11849,2 + 8955,68] Hc = - 31917,7 + 8955,68 Hc = - 22962,0 kJ Resposta: Hc = - 22962 kJ b) Para a Tripalmitina 1 mol  807,34 g x  0,100 g x = 1,239 x 10-4 mol 1 mol  -22962 kJ 1,239 x 10-4  x X = 2,845 kJ 1 cal  4,184 J x - 2,845 x 103 J x = - 679,9 cal  - 0,6799 kcal Resposta: - 0,680 kcal c)1 mol tripalmitina  807,34 g x  50,0 g x = 0,06193 mol tripalmitina

Verificando o Limitante

1 mol de Tripalmitina  72,5 mol de O2

0,06193 mol  x x = 4,490 mol de O2 P. V = nO2. R . T 7,00 x 10,0 = 2 O n x 0,0821 x 298 2 O

n = 2,861 mol  logo ele é o reagente limitante Calculando o H da reação em função do limitante

1 mol tripalmitina  - 22962,0 kJ  72,5 mol de O2

x  2,861 mol de O2 x = - 906,1 kJ Calculando n de CO2 72,5 mol de O2  51 mol de CO2 2,861 mol de O2 x x = 2,013 mol de CO2 Calculando n de H2O 72,5 mol de O2  49 mol de H2O 2,861 mol de O2 x x = 1,934 mol de CO2 n = (2,013 + 1,934) – 2,861 = 1,086 = 1,086 Calculando U U = H – (n x R x T) U = - 906,1 – (1,086 x 8,314 . 10-3 x 298) U = - 906,1 – 2,691 U = - 908,8 Resposta: - 909 kJ