Enunciado

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