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11 1a Lista de Exercícios Estrutura Atômica 1) Qual a massa e o número atomico do átomo final obtido após um átomo radiativo de número atômico 90, contendo no núcleo 144 nêutrons, emitir duas partículas α e duas partículas β, consecutivamente? A que série pertence esse átomo? 2) Qual o elemento radiotivo que após dois decaimentos α e três decaimentos β chega ao 82 Pb 206, Veja na tabela periódica: 3) (Unirio-RJ) O elemento radioativo natural 90 Th 232 , após uma série de emissões alfa e beta, isto é, por decaimento radioativo, converte-se em um isótopo não- radioativo, estável, do elemento chumbo, 82 Pb 208. O número de partículas alfa e beta, emitidas após o processo, é, respectivamente, de: a) 5 e 2. b) 5 e 5. c) 6 e 4 d) 6 e 5. e) 6 e 6. 4) O elemento netúnio (93Np237), após a emissão de sete partículas alfa e quatro partículas beta, transforma-se em qual elemento químico? a) 92238U b) 90232Th c) 88226Ra d) 85210At e) 83209Bi Gabarito 1)Serie do Uranio 238 2) 83Bi214 3)C 4)E 28 2ª Lista de Exercícios 1ª Lei da Termodinâmica 1) A equação termoquímica para a combustão do cicloexano, C6H12 é: C6H12(l) + 9O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) Qual a variação na energia interna para a combustão de 1,00 mol de C6H12(l) a 298K? Dado: ΔH = -3.920kJ a 298K. 2) A gasolina, que contém octano como um componente, pode queimar a monóxido de carbono com fornecimento de ar restrito, segundo as reações: 2C8H18(l)+25O2(g)→ 16CO2(g) + 18H2O(g) ΔH0 = -10.942kJ 2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) ΔH0 = -566kJ Equação global: 2C8H18(l) +17O2(g) →16CO(g) +18H2O(g) Qual a entalpia padrão da reação de combustão incompleta do octano líquido a monóxido de carbono? 3) O dissulfeto de carbono pode ser preparado a partir de coque (uma fonte impura de carbono) e do enxofre elementar: 4C(s) + S8(s) →4CS2(l) ΔH0 = -358,8kJ (a) Quanto calor é absorvido na reação de 0,20 mol de S8? (b) Calcule o calor absorvido na reação de 20,0 g de carbono e excesso de S8. (c) Se o calor absorvido for de 217kJ, quanto de CS2 foi produzido? 4) A combustão do octano é expressa pela equação: 2C8H18(l)+25O2(g)→16CO2(g)+18H2O(g) ΔH0 = -10.942kJ (a) Calcule a massa de octano a ser queimada para liberar 12MJ. (b) Quanto de calor será gerado na combustão de 1,0gal de gasolina? Dados: Densidade do octano 0,70g/ml e 1,0gal = 3869ml 5) Dois estágios sucessivos na produção industrial de ácido sulfúrico são a combustão do enxofre e a oxidação do dióxido de enxofre a trióxido de enxofre. Baseado nas entalpias-padrão: S(s) + O2(g) →SO2(g) ΔH0 = -296,83kJ 2S(s)+3O2(g)→2SO3(g) ΔH0=-791,44kJ Calcule a entalpia para a reação: 2SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g) 6) A partir das seguintes reações: P4(s)+6Cl2(g)→4PCl3(l)ΔH0=-1278,8kJ PCl3(l)+Cl2(g)→PCl5(s) ΔH0 = -124 kJ Calcule a entalpia para a reação: P4(s)+10Cl2(g)→4PCl5(l) 7) A partir das seguintes reações: N2(g)+3H2(g) → 2NH3(g) ΔH0 = -92,22kJ NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s) ΔH0=-176,0kJ N2(g) + 4H2(g) + Cl2(g) → 2 NH4Cl(s) ΔH0 = -628,86 kJ 29 Calcule a entalpia para a reação: H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) 8) Determine a variação da energia interna, supondo que 1 mol de um certo gás sofra uma transformação conforme mostra o gráfico abaixo. Adote R = 8,314 J/mol.K e calor molar a volume constante Cv =16,72J/Kmol 9) Em um laboratório de Física, uma amostra de 20 g de cobre recebeu 186 cal de calor de uma determinada fonte térmica. Sabendo que o calor específico do cobre é 0,093 cal/g°C, determine a variação de temperatura sofrida pela amostra. 10) Determine a capacidade térmica de um corpo que recebeu 2000 calorias de calor de uma fonte térmica e sofreu uma variação de temperatura de 40 °C. 11) De acordo com a equação abaixo e os dados fornecidos, C2H2(g) + 5/2 O2(g) → 2 CO2 + H2O(l) (Dados: ΔHf0 do C2H2(g) = + 226, 5 kJ/mol; ΔHf0 do CO2(g) = -393,3 kJ/mol; ΔHf0 da H2O = - 285,5 kJ/mol) Indique qual o valor da entalpia padrão de combustão do acetileno, C2H2(g). 12) Uma antiga lâmpada usada em minas queimava acetileno, C2H2, que era preparado na própria lâmpada, gotejando-se água sobre carbeto de cálcio, CaC2, de acordo com a reação: CaC2 (s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) Com as entalpias padrão de formação listadas na Tabela 1, determine o ΔH da reação. Tabela 1: Entalpias padrão de formação, ΔHf0, a 298 K CaC2(s) = -59 kJ/mol. H2O(l) = -286 kJ/mol. Ca(OH)2(s) = - 986 kJ/mol. C2H2(g) = + 227 kJ/mol. Pode-se afirmar que, à temperatura de 298 K, 13) Devido aos atentados terroristas ocorridos em Nova Iorque, Madri e Londres, os Estados Unidos e países da Europa têm aumentado o controle quanto à venda e produção de compostos explosivos que possam ser usados na confecção de bombas. Dentre os compostos químicos explosivos, a nitroglicerina é um dos mais conhecidos. É um líquido à temperatura 30 ambiente, altamente sensível a qualquer vibração, decompondo-se de acordo com a equação: 2 C3H5(NO3)3 (l) → 3 N2(g) + ½ O2(g) + 6 CO2 (g) + 5H2O (g) Considerando-se uma amostra de 4,54g de nitroglicerina, massa molar 227 g/mol, contida em um frasco fechado com volume total de 100,0 mL: Dados: ΔHf0 do C3H5(NO3)3 (l) = - 364 kJ/mol; ΔHf0 do CO2(g) = -394 kJ/mol; ΔHf0 do H2O (g) = - 242kJ/mol. Calcule a entalpia envolvida na explosão. GABARITO 1)-3.912kJ 2)-6.414kJ 3a)71,76kJ 3b)149,5kJ 3c)183,8g 4a)250g 4b)1,3x105kJ 5)-197,78kJ 6)-1774,8kJ 7)-184,64kJ 8)6688J 9) 100o C 10) 50cal/0C 11) -1298,6 KJ/mol 12) -128KJ/mol 13) -14,10KJ/mol 42 3ª Lista de Exercícios 2ª e 3ª Leis da Termodinâmica 1) Calcule a entropia em uma amostra de gelo quando 50 J de energia são removidos dela a 0 °C em uma geladeira. 2) A temperatura de 1,00 mols de He(g) é aumentada de 25 °C para 300 °C à pressão constante. Qual a variação na entropia do hélio? Dados: Asuuma comportamento ideal e use CP,m = 5/2 R. 3) Calcule a entropia padrão da reação a 25 °C: N2O4(g) → 2 NO2(g) Dados: ΔSNO2 = 240,06 J/K ΔSN2O4 = 304,29 J/K 4) Um processo exotérmico com ΔS positivo pode tornar-se espontâneo se a temperatura for aumentada? 5) Calcule a energia livre de gibbs padrão: 2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) Dados: ΔGCO2 = –394,36 kJ/mol ΔGCO = –137,17 kJ/mol 6) Qual substância tem maior entropia a 298 K: a) HBr(g)/HF(g); b)NH3(g)/Ne(g); c) I2(s)/I2(l); d) 1 mol Ar(g) a 1 atm/1 mol Ar(g) a 2 atm. 7) Sem realizar cálculos, justifique se a entropia aumenta ou diminui nos seguintes processos: a) N2(g) + 2 O2(g) → 2 NO2(g) b) CO2(s) → CO2(g) c) resfriar água de 50 °C para 4 °C. 8) Calcule a entropia padrão das reações a 25 °C, interprete o sinal e a grandeza da variação na entropia: a) H2 + ½ O2 → H2O S°O2 = 205,1 J/K mol/S°H2 = 130,7 J/K mol/S°H2O = 69,9 J/K mol b) CO + ½ O2 → CO2 S°O2 = 205,10 J/K mol/S°CO = 197,67 J/Kmol/S°CO2 = 213,74 J/Kmol 9) Calcule a variação de entropia das vizinhanças quando: a) 1 mJ liberado a 2×10-7 K; b) 1 J, energia de uma batida de coração, liberado a 37 °C; c) 20 J liberado quando 1,0 mol de He congela a 3,5 K. 10) Calcule a variação de entropia: a) Um bloco de cobre a 25 °C que absorve 5 J de energia de um aquecedor; b) Um bloco de cobre a 100 °C que absorve 5 J de energia de um aquecedor; c) Explique a diferença. 11) Calcule energia livre da reação a 80 °C. Em qual intervalo de temperatura a reação é espontânea? B2O3(s) + 6HF(g) → 2BF3(g) + 3H2O(l) ΔH°, kJ/mol S°, J/K mol B2O3 –1272,853,87 HF –271,1 173,78 H2O –285,83 69,91 BF3 –1137 254,12 12) O benzeno (C6H6) é um composto orgânico líquido altamente tóxico que apresenta alta capacidade de desenvolver câncer. Ele pode ser obtido industrialmente e servir de matéria- prima para uma série de compostos orgânicos. A equação abaixo representa uma das reações de obtenção do benzeno: 6 C(s) + 3 H2(g) → C6H6(l) 43 Determine a variação da entropia da reação de formação do benzeno a partir do conhecimento da entropia de seus participantes: (Dados: SC= - 1,4; SH2= - 34,6; SC6H6= -173,2 cal/K.mol). 13) Uma máquina térmica cíclica recebe 5000 J de calor de uma fonte quente e realiza trabalho de 3500 J. Calcule o rendimento dessa máquina térmica. 14) Uma máquina térmica recebe 800 J de calor de uma fonte quente, em uma temperatura de 400 K, e rejeita 300 J para uma fonte fria. Calcule a temperatura da fonte fria e o trabalho realizado pela máquina. 15) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. Qual o calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules? Gabarito 1)-0,18J/K 2)13,6J/K 3)175,83J/Kmol 4) Sim 5)-514kJ/mol 6a)HBr 6b)Ne 6c)I2(g) 6d)Ar2atm 7a)diminui 7b)aumenta 7c)diminui 8a)- 163,35J/Kmol 8b)-86,48J/Kmol 9a)5kJ/K 9b) 0,0032J/K 9c)5,75J/K 10a)0,016J/K 10b)0,013J/K Para uma temperatura fixa alta a entropia é baixa11)ΔG = -98,326kJ e T < 613, 12) -61cal/Kmol, 13) 70%, 14) 150K e 500J, 15) 1200J e 800J 55 4ª Lista de Exercícios Equilíbrio Físico 1) A 25 °C, a pressão de vapor da água é 23,76 Torr e a entalpia de vaporização é 44,0 kJ/mol. Calcule a pressão de vapor da água a 35 ºC. 2) Na elevação do Lago do Urso no Parque Nacional Montanha Rochosa, a 2900 m, a pressão parcial de oxigênio é 0,14 atm. Qual a solubilidade do oxigênio a 20 °C? 3) Calcule a pressão de vapor de água a 90 °C para uma solução com 5,00 g de glicose (C6H12O6) e 100 g de água. Dados: Pressão de vapor da água pura a temperatura de 90 °C é 524 Torr, MM glicose = 180 g/mol e água = 18 g/mol. 4) Determine o ponto de congelamento de solução 0,20 mol/kg de codeína (C18H21NO3) em benzeno. 5) A pressão de vapor de azoteto de hidrogênio, HN3, é 58 Torr a –22,75 0C e 512 Torr a 25,0 0C. Calcule a) entalpia padrão de vaporização; b) entropia padrão de vaporização; c) energia livre de gibbs padrão de vaporização. Dado: Ponto de ebulição do HN3 = 36 0C. 6) O ponto de ebulição do fluoreto de hidrogênio é 19,5 ºC e sua pressão de vapor a 0 0C é 359 Torr. Calcule: a) entalpia padrão de vaporização; b) entropia padrão de vaporização; c) pressão de vapor a 8,5 0C. 7) Calcule solubilidade em água a 20 ºC a) O2 a 50 kPa; b) CO2 a 500 Torr; c) CO2 a 0,10 atm. 8) O CO2 dissolvido em água em um recipiente lacrado atingiu o equilíbrio. Explique o que acontece à solubilidade do CO2: a) pressão parcial do CO2 gasoso for dobrada; b) pressão total do gás sobre o líquido for dobrada pela adição de nitrogênio. 9) Calcule a pressão de vapor do solvente: a) solução aquosa a 100 °C de fração molar de sacarose 0,100; b) solução aquosa a 100 °C de molalidade de sacarose 0,100 mol/kg. Dados: MM sacarose = 342 g/mol e água = 18 g/mol 10) a) Calcule a pressão de vapor de uma solução aquosa 1,00% em massa de etileno glicol (C2H4(OH)2) a 0 0C. b) Qual a pressão de vapor de NaOH aquoso 0,100 mol/l a 80 0C? c) Qual a variação de pressão de vapor ao dissolver 6,60 g de CO(NH2)2 (MM = 60 g/mol) em 100 g de água a 10 0C. 11) Quando 8,05 g de um composto X desconhecido foram dissolvidos em 1,00×102 g de benzeno, a pressão de vapor diminuiu de 100 Torr para 94,8 Torr a 26 0C. Calcule: a) fração molar; b) massa molar de X? Dado: MM benzeno = 78 g/mol. 12) Estime a elevação do ponto de ebulição: a) C12H22O11 (aq) 0,10 mol/l; b) NaCl (aq) 0,22 mol/l; c) solução aquosa saturada de LiF a 100 0C. Considere dissociação completa dos íons. Dado: Solubilidade a 100 ºC LiF = 2,30 g/l. 13) Estime o abaixamento do ponto de congelamento das soluções do exercício 12. Dado: Solubilidade 0ºC LiF=1,20g/l. 56 14) Quando 1,05 g de um composto molecular é dissolvido em 100 g de tetracloreto de carbono, o ponto de ebulição da solução é 61,51 0C. Qual a massa molar do composto? 15) Uma solução contendo 1,14 g de uma substância molecular dissolvida em 100 g de cânfora congela a 177,3 0C. Qual é a massa molar da substância? Kc=39,7 16) a) Qual o ponto de congelamento de uma solução de benzeno que ferve na temperatura de 82 0C? b) Qual a molalidade de uma solução aquosa que congela a –3,04 0C? c) O ponto de congelamento de uma solução aquosa com um não-eletrólito dissolvido em 2x10² g de água é –1,94 0C. Quantos mols de soluto estão presentes? 17) Benzeno (C6H6, MM = 78 g/mol) e tolueno (C6H5CH3, MM = 92 g/mol) formam uma solução ideal. A pressão de vapor do benzeno é 94,6 Torr e a do tolueno é 29,1 Torr a 25 °C. Calcule a pressão de vapor e a fração molar na fase vapor das misturas: a) 1,50 mol de benzeno e 0,5 mol de tolueno; b) 15 g de benzeno e 64,3 g de tolueno. 18) 1,1-dicloroetano (MM = 99 g/mol) tem uma pressão de vapor de 228 Torr, enquanto que 1,1- diclorotetrafluoroetano (MM = 171 g/mol), tem uma pressão de vapor de 79 Torr a 25 ºC. Qual a massa de 1,1- dicloroetano deve ser misturada a 100 g de 1,1-diclorotetrafluoroetano que a solução tenha uma pressão de vapor resultante de 157 Torr? Assuma comportamento ideal. 19) Sob mesma pressão, comparando-se as temperaturas de ebulição e do congelamento de uma solução aquosa de açúcar com as correspondentes para a água pura, tem-se: a) Valores maiores para as temperaturas referentes à solução. b) Valores menores para as temperaturas referentes à solução. c) Maior temperatura de ebulição e menor temperatura de congelamento para a solução. d) Menor temperatura de ebulição e maior temperatura de congelamento para a solução. e) A mesma temperatura de ebulição e diferentes temperaturas de congelamento para a solução e a água. 20) A adição de 150 g de sacarose a um litro de água pura fará com que: a) sua pressão de vapor diminua. b) passe a conduzir corrente elétrica. c) sua pressão de vapor aumente. d) seu ponto de ebulição diminua. e) seu ponto de congelamento aumente. 21) Calcule a temperatura de congelamento e a de ebulição de uma solução contendo 13g de etilenoglicol (C2H6O2), comumente usado nos radiadores de automóveis em 200g de água, ao nível do mar. (Dados: KE = 0,52°C/molal; Kc = 1,86°C/molal; massa molar do C2H6O2 = 62g/mol.) 22) Uma solução aquosa de glicose apresenta concentração 0,50 molal. Calcular a elevação do ponto de 57 ebulição da água em graus Celsius (constante ebulioscópica molal da água = 0,52°C/molal). 23) O sulfeto de carbono (CS2) tem Ponto de Congelamento igual a -108,65°C e constante crioscópica igual a 3,83°C.molal -1 . Calcule a massa molar de certa forma alotrópica de enxofre, sabendo que a dissolução de 12,6g em 766,0g de CS2 produziu uma solução cujo congelamento se deu a - 108,90°C. 24) A pressão de vapor da água pura é de 6,4 kPa a 25 °C. Qual será a pressão de vapor de uma solução à mesma temperatura que possui 0,8 mol de glicose em 4,0 mol de água? 25) Uma solução aquosa diluída foi preparada dissolvendo-se 123 g de glicose (C6H12O6) em 960 g de água. Sabendo que a pressão máxima de vapor da água no local é igual a 650 mmHg a uma dada temperatura,calcule o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor que ocorreu com a adição da glicose. (Dados = massas molares: H2O = 18 g/mol; C6H12O6 = 180 g/mol). 26) Uma solução apresenta 54 g de glicose em 500 g de água. Sendo a contante Kcda água igual a 1,86 ºC . kg . mol-1 . Qual o abaixamento da temperatura de congelamento da solução: 27) (UECE) Seguindo os passos do químico francês François-Marie Raoult (1830-1901), pesquisando sobre o efeito ebuliométrico nas soluções, um estudante de química dissolveu 90 g de glicose (C6H12O6) em 400 g de água e aqueceu o conjunto. Sabendo que Ke da água = 0,52 ºC/mol, depois de algum tempo, qual a temperatura inicial de ebulição por ele encontrada Gabarito 1)42Torr 2)1,8×10–4mol/l 3)521Torr 4)4,5ºC 5a)28,3kJ/mol 5b)91,2J/Kmol 5c)1,1kJ/mol 6a)25,5kJ/mol 6b)87J/Kmol 6c)504Torr 7a)6,4×10– 4mol/l 7b)0,015mol/l 7c)0,23×10–2mol/l 8a)aumenta 8b)não altera 9a)684Torr 9b)758Torr 10a)4,57Torr 10b)354Torr 10c)9,03Torr 11a)0,052 11b)115g/mol 12a)0,051ºC 12b)0,1122ºC 12c)0,046ºC 13a)0,186ºC 13b)0,4092ºC 13c)0,086ºC 14)167,7g/mol 15)181g/mol 16a)1,65ºC 16b)1,63mol/kg 16c)0,209mol 17a)benzeno: 70,95Torr e 0,91. tolueno: 7,27Torr e 0,09 17b)benzeno: 20,3Torr e 0,47. tolueno: 22,8Torr e 0,53 18)61,87g.19)C, 20)A, 21)100,54oC, -1,93oC 22) 0,26oC, 23) 252g/mol, 24) 5,33Kpa, 25) 641,8 mmHg, 26) 1,116oC, 27) 0,65oC 64 5ª Lista de Exercícios Equilíbrio Químico 1) A reação H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) tem valor de ΔGr°= –21,1 kJ/mol a 500 K. Qual a energia livre de gibbs da reação quando P H2 = 1,5 bar, P I2 = 0,88 bar e P HI = 0,065 bar? Qual é a direção espontânea da reação? 2) A reação 2SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2SO3 (g) tem valor de K = 3,1×104 a 400 ºC. Qual a Kc nesta temperatura? 3) Reação de gaseificação do carvão: 2 CO (g) + 2 H2 (g) ↔ CH4 (g) + CO2 (g) Determine K e Kc a 298 K. No equilíbrio, CO = 4,30×10-9 mol/l; H2 = 1,15×10-8 mol/l; CH4 = 5,14×10-2 mol/l e CO2 = 4,12×10-2 mol/l. 4) Uma amostra de N2O4 com pressão parcial de 3,0 bar é deixada para dissociar NO2 até o equilíbrio: N2O4 (g) ↔ 2 NO2 (g) Verifica-se que a pressão parcial de N2O4 caiu a 1,0 bar. Calcule a pressão parcial de NO2 no equilíbrio e K. 5) Preveja direção do deslocamento: 4NH3 (g) + 3O2 (g) ↔ 2N2 (g) + 6H2O (g) a) adicionar N2; b) remover NH3; c) remover H2O. 6) Preveja direção do deslocamento: SO3 (g) + NO (g) ↔ SO2 (g) + NO2 (g) a) adicionar NO; b) remover SO2; c) adicionar NO2. 7) Calcule constante de equilíbrio a 25 °C para as reações: a) combustão do hidrogênio: 2 H2 (g) + O2 (g) ↔ 2 H2O (g) b) oxidação do monóxido de carbono: 2 CO (g) + O2 (g) ↔ 2 CO2 (g) Dados: G0 H2O = –228,57 kJ/mol; CO = –137,17 kJ/mol; CO2 = –394,36 kJ/mol. 8) Calcule energia livre de gibbs padrão das reações: a) N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) KP = 41 a 400 K; b) 2 SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2 SO3 (g) KP = 3,0×104 a 700 K. 9) Calcule energia livre de gibbs: N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) quando as pressões parciais de N2, H2 e NH3 são 1,0; 4,2 e 63 bar e a temperatura é 400 K. 10) Determine Kc a partir de Kp : a) 2 NOCl (g) ↔ 2 NO (g) + Cl2 (g) Kp = 1,8×10-2 a 500 K; b) CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g) Kp = 167 a 1073 K. 11) Use os dados coletados das reações e, equilíbrio a 460 °C para determinar Kc da reação: H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) [H2], mol/l [I2], mol/l [HI], mol/l 6,47×10-3 0,594×10-3 0,0137 3,84×10-3 1,52×10-3 0,0169 1,43×10-3 1,43×10-3 0,0100 12) Em uma mistura de H2, I2 e HI em equilíbrio a 500 K, observou-se [HI] = 2,21×10-3 mol/l e [I2] = 1,46×10-3 mol/l. H2 + I2 ↔ 2HI Sabendo que a Kc = 160, calcule a concentração de H2 no equilíbrio. 65 13) Após 0,0172 mol de HI ser aquecido até 500 K em um recipiente fechado de 2,00 l, a mistura em equilíbrio contém 1,90 g de HI. Calcule Kc: 2 HI (g) ↔ H2 (g) + I2 (g). Dado: MM HI = 128 g/mol 14) Uma amostra de 25,0 g de carbamato de amônio, NH4 (NH2CO2) foi colocada em um frasco de 0,250 l a vácuo e a 25 °C. No equilíbrio, o frasco continha 17,4 mg de CO2. Qual o valor da Kc para reação: NH4(NH2)CO2 (s) ↔ 2NH3(g) + CO2(g) Dados: MM NH4(NH2)CO2=78 g/mol e CO2= 44 g/mol. 15) A Kc = 1,1×10-2 para a reação: PCl5 (g) ↔ PCl3 (g) + Cl2 (g) MM PCl5 = 208,5 g/mol Kc = 1,1×10-2 a 400 K a) Dado 1,0 g de PCl5 em recipiente de 250 mL, determine a composição do equilíbrio. b) Qual a porcentagem de decomposição a 400 K? 16)Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação: 2SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) Em um recipiente de 1 litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio; o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. Qual o valor aproximado da constante de equilíbrio? 17) Em uma mistura de H2 , I2 e HI em equilíbrio a 500 K, observou- se [HI] = 2,21 x 10-3 mol/L e [I2] = 1,46 x 10-3 mol/L. H2 + I2 <-> 2 HI Sabendo que a Kc = 160, calcule a concentração de H2 no equilíbrio. 18) Adicionou-se 0,20 mol/L de FeCl2 a 0,16 mol/L de AgNO3. No equilíbrio, obteve-se 0,10 mol/L de AgCl. FeCl2 + 2 AgNO3 <- > 2 AgCl + Fe(NO3)2 a) Qual a concentração das substâncias no equilíbrio? b) Calcule Kc. Gabarito 1)45kJ/mol, direção dos produtos 2)1,7×106 3)Kc = 8,66×1029, K = 1,41×1027 4)4,0 bar e 16 5a)esquerda 5b)esquerda 5c)direita 6a)direita 6b)direita 6c)esquerda 7a) 1,35×1080 7b) 1,47×1090 8a)-12,3kJ/mol 8b)-60kJ/mol 9)-13,2kJ/mol 10a)4,3×10-4 10b)1,87 11)48,83 12)2,09×10-5 13)6,3×10-3 14)1,2×10-8 15a)[PCl5]=0,005mol/l; [PCl3]=[Cl2]=0,014mol/l 15b)73%.16) 1,33, 17) 2,09x10-11, 18) Kc=0,92 73 6ª Lista de Exercícios Equilíbrio em Fase Aquosa 1) Estime as molaridades de H3O+ e OH- a 25 °C em HI(aq) 6,0 . 10-5 mol/l. 2) Qual o valor de pH: a) amônia de limpeza, [OH-] = 3 . 10-3mol/l; b) HClO4 (aq) 6,0 . 10-5 mol/l. 3) Calcule o pH do ácido lático, CH3CH(OH)COOH 0,20 mol/l. Dado: Ka = 8,4 . 10-4. 4) Estime pH e grau de ionização de hidroxilamina, NH2OH(aq) 0,15 mol/l. Dado: Kb = 1,1 . 10-8. 5) Calcule a molaridade inicial do Ba(OH)2 e as molaridades de Ba2+, OH- e H3O+ em uma solução com 0,50 g de Ba(OH)2 em 0,100 l. Dado: MM Ba(OH)2 = 171,5 g/mol. 6) Calcule pH e pOH de CH3COOH 0,15 mol/l. Dado: Ka = 1,8 . 10-5. 7) Calcule pH, pOH e grau de ionização de NH3 (aq) 0,10 mol/l. Dado: Kb = 1,8 . 10-5. 8) O pH de uma solução HClO2(aq) 0,10 mol/l é de 1,2. Qual Ka e pKa? 9) Calcule pH de uma solução CH3NH2 0,300 mol/l e CH3NH3Cl 0,146 mol/l. Dado: Kb = 3,6 . 10-4. 10) Calcule pH do tampão de NH4Cl 0,040 mol/l e NH3 0,030 mol/l. Dado: Kb = 1,8 . 10-5 e pKb = 4,75. 11) O produto de solubilidade do sulfato de prata, Ag2SO4, é 1,4×10-5. Estime a solubilidade. 12) A solubilidade do iodato de chumbo (II), Pb(IO3)2 é 4,0 . 10-5 mol/l. Qual a Kps? 13) Qual a solubilidade do carbonato de cálcio em CaCl2 0,20 mol/l? Dado: Kps CaCO3 = 8,7 . 10-9. 14) Considere uma solução 0,01 mol . L1- de um monoácido forte genérico HA e indique a alternativa correta. a) O pH é igual a 1. b) O pH é menor que 1. c) O pH é maior que 1. d) [HA] é muito maior que [A-]. e) [A-] = 0,1 mol . L1-. 15) Considerando que a solubilidade do Ca3(PO4)2, a 25ºC, vale 10-6 mol/L, qual será o valor do produto de solubilidade (KPS) para esse composto? 16) O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, é uma base fraca pouco solúvel em água, apresentando constante de produto de solubilidade, KPS,igual a 4 . 1012. Uma suspensão dessa base em água é conhecida comercialmente como “leite de magnésia”, sendo comumente usada no tratamento de acidez no estômago. Calcule, em mol/L, a solubilidade do Mg(OH)2, numa solução dessa base. 74 17) Uma solução foi preparada adicionando-se 0,30 mol de ácido acético e 24,6 gramas de acetato de sódio em quantidade suficiente de água para completar 1,0 litro de solução. O sistema de CH3COOH e CH3COONa constitui uma solução-tampão na qual esse sistema está em equilíbrio. Assim, determine o pH da solução preparada. (Dados: Ka = 1,8×10-5, log 1,8 = 0,26) 18) Qual deve ser a concentração de íons acetato (H3CCOO-) presentes em soluções de ácido acético (H3CCOOH) 0,500 mol/L para produzir uma solução com pH = 5,00? Dados: Ka = 1,8 x 10-5; pKa = 4,74 = - log Ka; 100,26= 1,8 GABARITO 1)6,0 . 10-5mol·L-1 e 1,7 . 10-10mol·L-1 2a)11,5 2b)4,22 3) Ka = 8,4 . 10-4 e pH = 1,90 4)9,61 e 0,027% 5)[Ba2+] = 0,029 mol/l, [OH-] = 0,058 mol/l e [H3O+] = 1,7 . 10-13 mol/l 6)pH = 2,88 e pOH = 11,12 7)pH = 11,12, pOH = 2,88 e α = 1,34% 8)pKa = 1,0 e Ka = 0,1 9)10,87 10)9,1 11)1,5 . 10- 2mol/l 12)2,6 . 10-13mol/l 13)4,4 . 10-8 mol/l 14) pH=2 C, 15) 108x1030, 16) 104, 17) [sal]=0,64, 18)4,74 83 7ª Lista de Exercícios Eletroquímica 1) A reação que ocorre em uma célula níquel – cádmio usada na bateria de laptop é: Cd(s)+2Ni3+(OH)3(s) ↔ Cd2+(OH)2(s)+ 2Ni2+ (OH)2(s) O potencial de célula é de 1,25 V. Qual a energia livre de gibbs? 2) O potencial padrão do eletrodo Ag+/Ag é 0,80 V e o potencial padrão de I2(s) | I-(aq) || Ag+(aq) | Ag(s) é de 0,26 V à mesma temperatura. Qual é o potencial padrão do eletrodo I2/I-? 3) Calcule o potencial da célula galvânica Zn | Zn2+ (1,50 mol/l) || Fe2+ (0,10 mol/l) | Fe. Dados: E0 Zn = –0,76 V e E0 Fe = – 0,44 V. 4) Determine o tempo para depositar 7,00 g de magnésio metálico a partir de cloreto de magnésio fundido e corrente de 7,30 A. Dado: MM Mg = 24 g/mol. 5) Complete as afirmações: a) Em uma célula galvânica, a oxidação ocorre no [anodo/catodo]; b) O catodo é o eletrodo [positivo/negativo]. 6) Escreva as semirreações de catodo e anodo, a equação balanceada das reações e o diagrama de célula: a) Ni2+(aq) + Zn0(s) ↔ Ni0(s) + Zn2+(aq) b) Ce4+(aq) + I-(aq) ↔ I2 (s) + Ce3+(aq) 7) Preveja o potencial padrão das células galvânicas: a) Cr3+(aq) | Cr2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) b) Sn4+(aq) | Sn2+(aq) || Pb4+(aq) | Pb2+(aq) Dados: E0 Cr = – 0,41 V, Cu = 0,34 V, Sn = 0,15 V, Pb = 1,67 V. 8) Calcule a energia livre de gibbs padrão das células galvânicas: a) Cr3+(aq) | Cr2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) b) Sn4+(aq) | Sn2+(aq) || Pb4+(aq) | Pb2+(aq) 9) O potencial padrão da célula galvânica Cu(s) | Cu2+(aq) || Pb2+(aq) | Pb(s) é – 0,47 V. Se o potencial padrão do eletrodo de cobre é 0,34 V, qual o potencial padrão do eletrodo de chumbo? 10) Os pares de redox são unidos e formam uma célula galvânica que gera corrente elétrica. Qual o diagrama da célula e o potencial padrão? Dado: Co2+ | Co (– 0,28 V) e Ti3+ | Ti2+ (– 0,37 V). 11) Calcule constante de equilíbrio: a) Cr3+(aq), Cr2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s); b) Mn(s) + Ti2+(aq) ↔ Mn2+(aq) + Ti(s) Dados: E0 Mn= – 1,18 V, Ti= – 1,63 V. 12) Calcule a K da célula galvânica: Sn4+(aq)| Sn2+(aq) || Pb4+(aq)| Pb2+(aq)|C. Dado: E0 = 1,33 V. 13) Calcule o potencial da célula: Cu(s) | Cu2+(aq) (10-3 mol/l) || Cu2+(aq) (10-2 mol/l) | Cu(s). Obs.: A reação mais concentrada reduz 14) Qual a K e o pH da célula: Pt(s) | H2(g)(1,0 atm)| H+(aq) || Cl-(aq)(1,0 mol/l) | Hg2Cl2(s) | Hg(l) Dado: E0 = 0,33 V. 15) Qual quantidade de elétrons para produzir: a) 5,12 g de cobre a partir de solução de sulfato de cobre II; b) 200 g de alumínio a partir de óxido de alumínio fundido. Dado: MM Cu = 63,5 g/mol e Al = 27 g/mol. 84 16) a) Qual o tempo para depositar 4,4 mg de prata a partir de uma solução de nitrato de prata e corrente de 0,50 A? b) Usando esta corrente e tempo, qual a massa de cobre depositada a partir de solução de sulfato de cobre II? Dados: MM Ag = 107 g/mol Cu = 56 g/mol. 17) a) Qual a corrente para produzir 4,0 g de cromo metálico a partir de óxido de cromo IV em 24 h? b) Qual a corrente para produzir 4,0 g de sódio metálico a partir de cloreto de sódio fundido em 24 h? Dado: MM Cr = 52 g/mol 18)As pilhas e as baterias são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxidorredução transforma energia química em energia elétrica. Portanto, sempre há uma substância que se reduz, ganhando elétrons, que é o cátodo, e uma que se oxida, perdendo elétrons, que é o ânodo. Abaixo, temos um exemplo de uma pilha eletroquímica: A respeito dessa pilha, responda: a) Qual eletrodo, A ou B, está sofrendo redução e qual está sofrendo oxidação? b) Qual eletrodo é o cátodo e qual é o ânodo? c) Escreva a semirreação que ocorre nos eletrodos A e B e a reação global da pilha. d) A concentração dos íons B3+ e A2+ aumenta ou diminui? e) Ocorre corrosão ou deposição dos eletrodos A e B? 19)A produção industrial de alumínio pela eletrólise da bauxita fundida é um processo industrial que consome grande quantidade de energia elétrica. A semi- reação de redução do alumínio é dada por: Al3+ + 3e- → Al0 . Qual o tempo necessário para produzir 2,75 g de alumínio metálico, sob uma corrente de 0,5A 20)Numa pilha em que se processa a reação 2 Ag+ + Cu → Cu2+ + 2Ag Qual o valor do potencial-padrão dos eletrodos e da constante de equilibrio? Dados: Cu2+ + 2e- → Cu0 E0 = 0,34V Ag+ + 1e- → Ag0 E0 = 0,80V 21)O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que 85 isso não passa de uma “lenda urbana”, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais: Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio. d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. 22)Considere as semirreações com seus potenciais padrão de redução: Cr3+ + 3e- → Cr0 E0= -0,74V Cd2+ + 2e- → Cd0 E0 = -0,40V a)Mostre a reação global da pilha formada e calcule sua força eletromotriz. b) Diga quem é o cátodo e o ânodo na pilha formada. c) Em qual sentido os elétrons se deslocarão? d) Em quais eletrodos ocorrerá corrosão e aumento de massa? e) Qual o E da pilha quando [Cr3+]=0,5M e [Cd2+]=0,1M? 23)O cloreto de bário é um pó branco que, inalado, pode causar lesões no cérebro e desordem intestinal. A eletrólise ígnea do BaCl2, cuja reação global é Ba2+ + 2 Cl- → Ba + Cl2, quando se utiliza uma corrente elétrica de 0,80 A durante 30 min, qual a massaproduzida? (Dado MMBa = 137g/mol) Gabarito 1)–241kJ/mol 2)0,54V 3)0,29V 4)2,11h 5a)anodo 5b)positivo 6a)Ni2+|Ni0||Zn0|Zn2+ 6b)2Ce3+|2Ce4+||2I-|I2 7a)0,75V 7b)1,52V 8a)–144,7kJ/mol 8b)–293,3kJ/mol 9)–0,13V 10)0,09V 11a)2,2×1025 11b)1,6×1015 12)K=2,6×106 13)0,03V 14)K=9,3×10-3 e pH = 10 15a)0,161mol 15b)22,2mol 16a)7,9s 16b)1,3mg 17a)0,34A 17b)0,19A. 18) A e B) A red cat e B oxid ano C) 2 0 0 33 2 3 2A B A B D) 3B Aumenta 2A Diminui E) A deposição e B corrosão E) A deposição e B corrosão 19) t=57900s 20) Eo=0,46V e K=2,718 21)E 22)E=0,32V 23) m=1,02g 93 8ª Lista de Exercícios Cinética Química 1) Ao dobrar a [C4H9Br], dobra também a velocidade da reação: C4H9Br + OH– ↔ C4H9OH + Br– Dobrando [C4H9Br] e [OH-] a velocidade dobra. Qual a ordem dos reagentes e a ordem total da reação? 2) Determine k e a lei de velocidade do consumo de S2O82- na reação: S2O82- + 3 I- ↔ 2 SO42- + I3- Dados: [S2O82-] mol/l [I-] mol/l v mol/l s 0,15 0,21 1,14 0,22 0,21 1,70 0,22 0,12 0,98 3) Calcule a [N2O] remanescente após a decomposição de primeira ordem ter ocorrido a 780°C por 100ms, se a concentração inicial de N2O era 0,20mol/l e k = 3,4s-1. 2 N2O(g) ↔ 2 N2(g) + O2(g) Velocidade = k [N2O] 4- Quanto leva para a concentração decrescer para 1,0% do seu valor inicial em uma reação de primeira ordem com k = 1,0s-1? 5- Qual tempo para [N2O] cair a: (a) metade; (b) um oitavo do seu valor inicial, quando ele se decompõe a 1000K. Use k = 0,76. 6- A meia vida do metilmercúrio no nosso corpo é 70 dias. Quantos dias são necessários para a quantidade de metilmercúrio cair a 10% do valor inicial após a ingestão acidental? 7- O pentóxido de dinitrogênio, N2O5, se decompõe por uma reação de primeira ordem. Qual é a velocidade inicial para a decomposição de N2O5, quando 2g de N2O5 estão confinados em um recipiente de 1,0L e aquecidos a 65°C (338K)? Da tabela, temos que k = 5,2×10-3s-1 a 65°C. Dado: Conc. = m/(PM*V(l)) 8- Os seguintes dados cinéticos foram obtidos para a reação: A(g) + 2 B(g) ↔ produto [A]0 mol/l [B]0 mol/l Velocidade mol/l s 0,60 0,30 12,6 0,20 0,30 1,4 0,60 0,10 4,2 0,17 0,25 ? (a) Qual é a ordem com respeito a cada reagente e a ordem global da reação? (b) Escreva a lei de velocidade para a reação; (c) Dos dados, determine o valor da constante de velocidade; (d) Use os dados para predizer a última velocidade de reação. 9- A meia-vida para a decomposição de primeira ordem de A é 200s. Quanto tempo decorrerá para a concentração de A cair para: (a) metade; (b) um dezesseis avos; (c) um nono da concentração inicial? 94 10- Determine as constantes de velocidade para as seguintes reações de primeira ordem: (a) A ↔ B, sabendo-se que a concentração de A decresce à metade do seu valor inicial em 1000s; (b) A ↔ B, sabendo-se que a concentração de A decresce de 0,33mol·L-1 a 0,14mol·L-1 em 47s; 11- A meia-vida para a reação de segunda ordem de uma substância A é 50,5s quando [A]0 = 0,84mol·L-1. Calcule o tempo necessário para a concentração de A cair para um dezesseis avos. 12- A constante de velocidade da reação de primeira ordem: 2 N2O(g) ↔ 2 N2(g) + O2(g) é 0,38s-1 a 1000K e 0,87s-1 a 1030K. Calcule a energia de ativação da reação. 13) na presença de hidrogênio, conforme a seguinte equação: 2NO(g) + 2H2(g) →N2(g) + 2H2O(g) A velocidade inicial de formação de N2 foi medida para várias concentrações iniciais diferentes de NO e H2, e os resultados são os seguintes: Fazendo uso desses dados, determine: a) a equação de velocidade para a reação; b) o valor da constante de velocidade da reação; c) a velocidade inicial da reação quando [NO]= 0,5 mol/L e [H2]= 1,0 mol/L. 14) Uma reação genérica em fase aquosa apresenta a cinética descrita abaixo. 3A + B → 2C v = k[A]2[B] A velocidade dessa reação foi determinada em dependência das concentrações dos reagentes, conforme os dados relacionados a seguir. Encontre os valores de x e y que completam a tabela 95 15)Os dados presentes na tabela estão relacionados às concentrações iniciais dos reagentes CO e O2, presentes na combustão do CO à temperatura constante. Experimento [CO] (M) [O2](M) V(mol/l.s) 1 1 2 4x10-6 2 2 2 8x10-6 3 1 1 1x10-6 A equação de velocidade para essa reação pode ser escrita como v = k.[CO]a[O2]b, onde a e b são, respectivamente, as ordens de reação em relação aos componentes CO e O2. De acordo com os dados experimentais, quais os valores de a e b? GABARITO: 1- Ordem 1 e ordem 0. Total 1 2- velocidade = k[S2O82-][I-], k = 36s-1 3- 0,14mol·L-1 4- 4,6s. 5- (a) 0,91s e (b) 2,7s. 6- 230 dias. 7- 9,63x10-5 mol/Ls 8- (a) A=2 , B=1 ; Total =3 (b)v=k*A²*B (c) k= 116,6 (d) v=0,84 mol/l*s 9- (a) 200 s (b)801s (c)635s 10- (a) k=6,9x10-4 (b) k=1,8x10-2 (c) k=7,6x10-3 11- 2,35x10-2 s-1 12- Ea= 2,4x102 KJ/mol 13- a-v=K[NO]2[H2], b-k=1,23s-1, c- v=0,30 14- x=12x10-5 e y=24x10-5 15- a=1 e b=2