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P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL – 22/03/2014 Nome: Nº de Matrícula: GABARITO Turma: Assinatura: Questão Valor 1a 2,5 a 2,5 3a 2,5 4a 2,5 Total 10,0 2 Dados R = 0,0821 atm L mol-1 K-1 T (K) = T (°C) + 273,15 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr PV = nRT Pi = i P S = KH P Grau Revisão 1a Questão O 1-bromobutano, C4H9Br, é um composto incolor, comumente usado como agente de alquilação. Considere que a produção de C4H9Br ocorre a partir de 1,33 g de brometo de sódio, NaBr, em 1,50 mL de água, seguida pela adição de 0,800 mL de 1-butanol, C4H9OH, e 1,10 mL de ácido sulfúrico concentrado, H2SO4, conforme a equação abaixo e faça o que se pede. NaBr(aq) + C4H9OH(l) + H2SO4(l) C4H9Br(l) + NaHSO4(aq) + H2O(l) a) Calcule a fração em mol de NaBr na mistura de reagentes. b) Calcule o rendimento percentual, assumindo-se que somente 1,10 g do C4H9Br fosse produzido. c) Explique porquê, geralmente, as reações não atingem 100% de rendimento. Dados: densidade (C4H9OH) = 0,810 g mL-1 densidade (H2SO4) = 1,84 g mL-1 densidade (H2O) = 1,00 g mL-1 M (C4H9OH) = 74,122 g mol -1 M (C4H9Br) = 137,019 g mol -1 M (NaBr) = 102,894 g mol -1 M (H2SO4) = 98,077 g mol-1 M (H2O) = 18,015 g mol-1 Resolução: 1,00 g 1 mL y 1,50 mL y = 1,500 g -2 n(H2O) = 1,500 / 18,015 = 8,326 x 10 mol Cálculo de n(H2O): Cálculo de n(NaBr): n(NaBr) = 1,33 / 102,894 = 1,293 x 10-2 mol 0,810 g 1 mL x 0,800 mL x = 0,6480 g n(C4H9OH) = 0,6480 / 74,122 = 8,742 x 10-3 mol Cálculo de n(C4H9OH): 1,84 g 1 mL y 1,10 mL y = 2,024 g n(H2SO4) = 2,024 / 98,077 = 2,064 x 10-2 mol Cálculo de n(H2SO4): Cálculo de n(total): n(total) = 8,742 x 10-3 + 1,293 x 10-2 + 2,064 x 10-2 + 8,326 x 10-2 n(total) = 12,557 x 10-2 = 1,2557 x 10-1 mol Cálculo da Fração em mol: x(NaBr) = n(NaBr) / n(total) x(NaBr) = 1,293 x 10-2 / 1,2557 x 10-1 = 1,03 x 10-3 = 0,103 b) Cálculo do reagente limitante: 1 mol C4H9OH 1 mol NaBr 1 mol H2SO4 8,742 x 10-3 mol 8,742 x 10-3 mol 8,742 x 10-3 mol RL excesso excesso Massa de produto para 100%: 1 mol C4H9OH 1 mol C4H9Br 74,122 g 137,019 g 0,648 g w w = 1,198 g C4H9Br Cálculo do Rendimento: 1,198 g 100% 1,10 g r r = 91,8 % c) - Reação Competitiva – uma reação que ocorre ao mesmo tempo que aquela na qual estamos interessados e que usa alguns dos mesmos reagentes. - Reação Incompleta no momento da medição. - Reações que não se completam – parecem parar quando uma certa parte dos reagentes foi consumida. - Reações que atingem um equilíbrio dinâmico. - Impurezas nos reagentes, quando não se sabe da presença delas. Quando sabe-se da presença de impurezas, basta retirá-las antes do cálculo do rendimento. - Influência de condições ambientais no experimento. - Perdas e/ou contaminações durante o processo, quando há um grande número de etapas. 2a Questão A cisplatina, Pt(NH3)2Cl2, é mundialmente conhecida como um agente anticancerígeno usado no tratamento de tumores. Pode ser produzida pela reação entre o tetracloroplatinato(II) de potássio, K2PtCl4, e a amônia, NH3, de acordo com a equação abaixo: K2PtCl4(s) + 2NH3(aq) → Pt(NH3)2Cl2(s) +2KCl(aq) a) Calcule a massa de Pt(NH3)2Cl2, em gramas, que pode ser obtida pela reação de 99,6 g de K2PtCl4 com 0,588 mol de NH3. b) Calcule o rendimento percentual quando 1,71 g de K 2PtCl4 e 0,120 g de NH3 produzem 1,00 g de Pt(NH3)2Cl2. c) 100 mL de K2PtCl4 reagem com 100 mL de NH3 0,500 mol L-1, conforme equação acima. A solução aquosa de NH3 restante é separada e reage, estequiometricamente, com 150 mL de uma solução aquosa de HCl 0,200 mol L -1, conforme equação abaixo. Calcule a concentração inicial de K2PtCl4, em mol L-1. NH3(aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq) Dados: M (Pt(NH3)2Cl2) = 300,1 g mol-1 M (K2PtCl4) = 415,1 g mol-1 M (NH3) = 17,03 g mol-1 Resolução: a) 1 mol K2PtCl4 2 mol NH3 0,240 mol x x = 0,480 mol NH3 0,588 – 0,480 = 0,108 mol de NH3 em excesso São formados 0,240 mol de K2PtCl4 n = m/M m = 0,240 x 300,1 m = 72,0 g b) Mostrar através de cálculos o RL = NH3 n NH3 = m/M n NH3 = 0,120/17,03 n NH3 = 7,046 x 10-3 mol 2 mol NH3 1 mol Pt(NH3)2Cl2 7,046 x 10-3 mol x x = 3,523 x 10-3 mol NH3 n Pt(NH3)2Cl2 = m/M 3,523 x 10-3 x 300,1 = m m = 1,057 g 1,057 g 100% 1,00 g y y = 94,6 % c) 1 mol Pt(NH3)2Cl2 2 mol NH3 0,100 L x y n NH3 em excesso: 0,150 L x 0,200 mol L-1 = 3,000 x 10-2 mol n NH3 inicial: 0,100 L x 0,500 mol L-1 = 5,000 x 10-2 mol n NH3 que reage: 5,000 x 10-2 mol - 3,000 x 10-2 mol = 2,000 x 10-2 mol = y substituindo na regra de 3 acima, temos: 2 x 0,100 L x = 2,000 x 10-2 mol x = 0,100 mol L-1 3a Questão Considere as equações químicas abaixo e faça o que se pede: NaHCO3(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) Na2CO3(aq) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) a) Uma mistura de bicarbonato de sódio, NaHCO 3, e carbonato de sódio, Na2CO3, contendo uma massa de 1,50 g reagiu com, exatamente, 14,0 mL de HCl 1,50 mol L-1. Calcule a massa, em gramas, de cada um dos componentes da mistura. b) Calcule a pressão de CO2, em atm, produzida no item “a” considerando que o gás de ambas as reações foi recolhido em um recipiente de 450 mL a 27 oC. c) Explique como a Lei dos Gases Ideais, PV = nRT, foi obtida. Obs.: Considere que as reações ocorrem com 100% de rendimento e os gases se comportam idealmente. Dados: M (NaHCO3) = 84,0 g mol-1 M (Na2CO3) = 106 g mol-1 M (HCl) = 36,5 g mol-1 Resolução: a)1,50 mol HCl 100 mL x 14,0 mL x = 0,0210 mol HCl m t mNaHCO3 mNaCO3 1,50g m t m A mB 1,50g m A 1,50 g mB x 2 y 0,0210mol mA 2mB 0,0210 84,0 106 106 m A 168 mB 0,0210 8,90x10 Substituindo m A por b 1,50 mB : 106 (1,50 mB ) 168 mB 0,0210 x 8,904 x 10 3 159,0 mB 168mB 187,0 62m 28 28 mB 0,45g mNaCO3 62 m A 1,50 0,45 1,05gmNaHCO3 b) 1mol NaHCO3 84,0 g x 1,048 g x = 0,01248 mol NaHCO3 1mol NaHCO3 1 mol CO2 0,01248 mol 0,01248 mol 1mol NaCO3 106 g x 0,452 g x = 0,00424 mol NaCO3 1mol NaCO3 1 mol CO2 0,00424 mol 0,00424 mol CO2 total = 0,01248 + 0,004824 = 0,01672 mol PV = nRT P = 0,01672 mol x 0,0821 atm L mol -1 x 300,2 K 0,916 atm 0,450 L c) A lei dos gases ideais foi obtida através de experimentos independentes em diferentes épocas e por diferentes cientistas. Os experimentos levaram em consideração que os gases apresentaram propriedades físicas semelhantes, respondendo da mesma forma a essas variações. A variação de temperatura de pressão, de quantidade de matéria ou de volume de um gás em um recipiente resulta em uma resposta significativa do gás, não observado para líquidos e sólidos. Os primeiros experimentos mostraram que o volume é inversamente proporcional a pressão, desde que n e V sejam constantes (Lei de Boyle). Os experimentos seguintes observaram que a variação de P (com n e V constantes) e de volume (com n e P constantes) é diretamente proporcional à temperatura (Lei de Charles-GayLussac). E, finalmente, a variação da quantidade de matéria afeta diretamente o volume (com P e T constantes) ou a pressão (com V e T constantes) (Principio de Avogadro). Os enunciados acima são de proporcionalidade e descrevem o comportamento do gás ideal. Matematicamente: 1 Vx (T, n constantes Boyle) T VxT (P, n constantes Charles Gay Lussac) Vxn (T, P constantes Avogadro) Com a combinação das três proporcionalidades: 1 Vx Tn p 1 V R T P PV nRT 4a Questão No YouTube existem dezenas de vídeos que mostram o “efeito explosivo” da adição de uma famosa bala de menta a uma garrafa de refrigerante diet. O resultado desta mistura é um jato de espuma que sai do vasilhame de refrigerante, podendo subir vários metros no ar. Uma das explicações para este fenômeno é a interferência da bala na solubilidade do gás carbônico, CO2, na bebida gaseificada. Com base nestas informações responda o que se pede. Desconsidere os efeitos da Lei de Raoult e quaisquer reações do CO 2 no refrigerante, bem como, as contribuições do CO2 atmosférico. a) Explique a Lei de Henry utilizando a situação acima. b) Mostre através de cálculos como é possível formar o jato de refrigerante em uma garrafa de 1,00 L, sabendo que estão dissolvidos 8,30 g de CO 2. Considere que um mol do gás a uma determinada temperatura e pressão ocupa um volume de 24,0 L e que todo o CO2 se desprende do líquido. c) Após se atingir o equilíbrio dinâmico entre o gás dissolvido e o gás livre, 4,49 g de CO2 estão dissolvidos em 1,00 L de refrigerante. Calcule o valor da constante de Henry, KH, do CO2, considerando a pressão de CO2 igual a 3,00 atm. Dados: M (CO2) = 44,0 g mol-1 Resolução: a) Ao se adicionar a bala na garrafa de refrigerante a solubilidade do CO 2 é reduzida no líquido e consequentemente a pressão de CO 2 também diminui como mostrado na Lei de Henry, S = P x KH. b) nCO2 = m/M .: nCO2 = 8,30 g/44,0 g mol-1 : nCO2 = 0,189 mol Vm = V/n .: V = Vm x n .: V = 24,0 L x0,189 mol V = 4,54 L Como a garrafa de refrigerante tem capacidade de 1,00 L, o gás escapará do recipiente, pois será produzido um volume de gás de 4,55 L. c) nCO2 = m/M .: nCO2 = 4,49 g/44,0 g mol-1 : nCO2 = 0,102 mol c = n/V .: c = 0,102 mol/1,00 L.: c = 0,102 mol L-1 S = P x KH .: KH = S/P .: KH = 0,102 mol/3,00 atm: KH = 0,0340 ou 3,40 x 10-2 mol L-1 atm-1
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