O vinagre possui 4% em massa de ácido acético, CH3COOH, e

P1 - PROVA DE QUÍMICA GERAL – 04/04/08
Nome:
GABARITO
Nº de Matrícula:
Turma:
Assinatura:
Questão
Valor
1a
2,5
2a
2,5
3a
2,5
4a
2,5
Total
10,0
Dados
R = 0,0821 atm L mol-1 K-1
T (K) = T (°C) + 273,15
1 atm = 760,0 mmHg
PV = nRT
P+
d=
n2 a
V2
m
V
(V
nb ) = nRT
Grau
Revisão
1a Questão
O silício puro, Si, é um dos componentes de chips de computador. A etapa final
de sua obtenção envolve a reação entre o tetracloreto de silício, SiCl4, e o
magnésio, Mg, conforme a representação abaixo:
SiCl4(l) + 2Mg(s)
Si(s) + 2MgCl2(s)
Responda as questões que se seguem, sabendo que 500,0 g de SiCl4 foram
colocados para reagir com 500,0 g de Mg.
a) Qual é o reagente limitante da reação? Mostre com cálculos.
b) Calcule a quantidade, em mol, de cada uma das quatro espécies após o
termino da reação, considerando 100% de rendimento.
c) Calcule o rendimento percentual da reação quando forem obtidos 70,0 g de Si.
Resolução:
SiCl4(l) + 2Mg(s)
a) MM
nSiCl 4 =
500 g
500 g
169,9
24,31
Si(s) + 2 MgCl2(s)
500
= 2,94 mol de SiCl4 precisaria 2 x 2,94 = 5,88 mol de Mg
169,9
Temos
nMg =
500
= 20,6 mol de SiCl4 , logo Mg está em excesso
24,3
SiCl4 é o limitante
b)
SiCl4(l)
= 2,94 -
2,94 = 0 mol de SiCl4
Mg(s)
= 20,6 -
5,88 = 14,72 mol de Mg
Si(s)
=
0 + 2,94 = 2,94 mol de Si(s)
MgCl2(s)
=
0 + 5,88 = 5,88 mol de MgCl2
c) 2,94 mol Si(s)
1 mol
82,6 g
28,09
82,6
100%
70
84,7
85%
2a Questão
O cis-diaminodicloroplatina(II), Pt(NH3)2Cl2, é um quimioterápico amplamente
utilizado no tratamento de vários tipos de câncer. Comercialmente, esse
composto é conhecido como cisplatina e pode ser obtido segundo a reação:
(NH4)2PtCl4(aq) + 2NH3(aq)
Pt(NH3)2Cl2(s) + 2NH4Cl(aq)
Na tentativa de se obter novas drogas, vários derivados do cisplatina têm sido
sintetizados, como, por exemplo, aquele contendo piridina, C5H5N, obtido
segundo a reação:
Pt(NH3)2Cl2(aq) + n C5H5N(aq)
Pt(NH3)2Cl2(C5H5N)n(s)
onde n representa o coeficiente estequiométrico do reagente C5H5N(aq).
a) Calcule o volume de solução aquosa de amônia, NH3, 0,125 mol L-1, necessário
para obter 10,0 g de cisplatina, considerando 100% de rendimento.
b) Determine o valor de n no composto Pt(NH3)2Cl2(C5H5N)n, sabendo que 0,150
g de cisplatina foram reagidos completamente com 1,50 mL de piridina
(d = 0,979 g mL-1) e que, o excesso de piridina foi reagido com 37,0 mL de HCl,
0,475 mol L-1, conforme a reação:
C5H5N(aq) + HCl(aq)
C5H5NH+(aq) + Cl-(aq)
Resolução:
Cálculo da quantidade, em mol, de Pt(NH3)2Cl2) (MM = 300 g mol L-1):
300 g
1 mol
10,0 g
x
x = 0,0333 mol
Para se obter 0,0333 mol de cisplatina são necessários 0,0666 mol de NH3. Em
termos de volume de solução, 0,125 mol L-1, tem-se:
0,125 mol
1,0 L
0,0666 mol
x
x = 0,533 L ou 533 mL
b) Cálculo da quantidade total de piridina:
m = d.V
m = 0,979 x 1,50 = 1,47 g
79 g
1 mol
1,47 g
x
x = 0,0186 mol
Cálculo da quantidade de piridina em excesso:
npiridina
excesso
= n HCl
n HCl = 0,475 x 0,037 = 0,0176 mol
Cálculo da quantidade de piridina que reagiu:
npir reagiu = npir inicial - npir excesso = 0,0186 – 0,0176 = 0,00103 mol
Cálculo do valor de n:
ncisplatina =
0,150
= 0,00050 mol
300
ncis 0,00050 1
=
= logo x = 2
npir 0,00103 2
3a Questão
Na tabela abaixo são apresentados os valores de fração molar ( ) dos principais
constituintes do ar expirado por um indivíduo e do ar atmosférico seco, a 37°C e
1,0 atm.
Constituinte gasoso
N2
O2
Ar
CO2
H2O
Fração molar ( )
ar expirado
ar atmosférico seco
0,7420
0,7808
0,1520
0,2095
0,0090
0,0093
0,0380
0,0004
0,0590
0,0
a) Calcule o valor da densidade do ar expirado.
b) Calcule a razão entre a pressão parcial do CO2 no ar expirado e no ar
atmosférico seco.
c) Em altas pressões os gases deixam de se comportar idealmente. Explique.
Resolução:
a) Inicialmente devemos calcular a massa de um mol de moléculas do ar
expirado:
A fração molar de um componente em uma mistura é o número de mol do
componente dividido pelo número total de mol na mistura.
Em um mol de ar (ntotal = 1,0), os números de mol dos gases individuais são:
0,7420mol N2,; 0,1520 mol O2; 0,0090 mol de Ar; 0,0380 mol de CO2 e 0,0590 mol
de H2O.
Massa = 0,7420 mol N2 x
+ 0,0090 mol Ar x
28,01
32,00
+ 0,1520 mol O2 x
1mol N2
1molO 2
39,95
44,01
+ 0,0380 mol CO2 x
1mol Ar
1mol CO2
+ 0,0590 mol H2O x
18,02
= 28,74g.mol
1mol H2O
Utilizando as equações:
Chegamos na seguinte equação:
1
d=
M
;
V
d=
M MM.P
=
V
RT
de ar expirado
PV = n RT
e n=
M
MM
Sabendo que: P = 1 atm; R = 0,082 L . atm . K-1 . mol-1; T = 310 K ; 28,74 g . mol-1
d=
28,74 x 1
= 1,131 g . L 1
0,082 x 310
b) Novamente devemos usar o conceito da fração molar (fração molar de um
componente em uma mistura e a pressão parcial do componente dividido pela
pressão total da mistura (1atm)).
Utilizando os dados da fração molar do CO2 da tabela, concluímos que a PCO 2 (ar
espirado) é igual a 0, 0380, e a PCO 2 (ar atmosférico) é igual a 0,0004.
A razão entre as pressões é então:
0,0380
= 95
0,0004
c) Em altas pressões, o volume ocupado pelas moléculas de gás torna-se
significativo, logo o espaço onde as moléculas poderão mover-se é bem diferente
do volume do recipiente. Além disso, as forças intermoleculares passam a ser
igualmente significativas. Com isso, a pressão real do gás será menor que aquela
prevista pelo comportamento ideal.
4a Questão
A dimerização do monóxido de cloro, ClO, no inverno Antártico, tem papel
importante na preservação da camada de ozônio.
2 ClO(g)
(ClO)2(g)
A constante de equilíbrio, Kc, da reação varia com a temperatura como mostrado
na tabela.
T (K)
Kc
233
3,5×10
248
1
4,2×10
258
2
1,2×10
268
2
3,6×10
273
3
2,1×10
280
3
9,7×10
288
4
4,3×10
4
a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio, Kc, para a reação.
b) Considere que a concentração de ClO, no equilíbrio, a 233 K, é 1,0 mol L-1.
Quando esse sistema tem sua temperatura aumentada para 288 K, um novo
equilíbrio é estabelecido. Calcule as concentrações de ClO e (ClO)2 nesse novo
equilíbrio.
c) Esboce um gráfico que represente os equilíbrios, a 233K e a 288K, descritos no
item “b”, relacionando concentração de reagente e produto em função do tempo.
Resolução
a) Kc = [(ClO)2]/[ClO]2
b) No equilíbrio a 233 K:
Kc = [(ClO)2]/[ClO]2
Kc = [(ClO)2]/(1)2 = 0,35
[(ClO)2] = 0,35 mol L–1
A 288 K:
2 ClO
(ClO)2
1+2x
0,35 – x
Kc = [0,35-x]/(1+2x)2 = 4,3×10
4
4,3×10 4×(1+2x)2 = 0,35-x
x2 + 581,3x - 203,5 = 0
= (581,3)2 - 4×1×(-203,5) = 3,4×105
x = (-581,3+(3,4x105)1/2)/2 = 0,35
2 ClO
(ClO)2
1 + 2×0,35
0,35 – 0,35
1,7
0
[ClO] = 1,7 mol L–1
[(ClO)2] = 0 mol L–1
c)