Lista de Exercícios – 4 – Indústrias Químicas
Descripción
BC 0307 – Transformações Químicas Novembro 2009
Lista de Exercícios – 4 – Indústrias Químicas Resolução pelo Monitor: Rodrigo Papai de Souza 1) a-) Calcular a solubilidade do BaSO4 em uma solução 0,01 M de Na2SO4 Dado: BaSO4 (s) ⇌ Ba+2(aq) + SO4-2(aq) Kps = 1,5.10-9 Dissolução do Na2SO4: Sulfato de Sódio = Sal Solúvel = 100% dissociado Na2SO4(s) 2 Na+(aq) + SO4-2(aq) 0,01 mol/L 0,02 mol/L 0,01 mol/L BaSO4 (s) ⇌ Início Reage/Forma Equilíbrio
cte cte cte
Ba+2(aq) + SO4-2(aq) 0 s mol/L s mol/L
0,01 mol/L s mol/L (0,01+ s) mol/L
= ݏܭሾܽܤାଶ ሿ. ሾܱܵସିଶ ሿ = ݏ. ሺ0,01 + ݏሻ = 1,5.10ିଽ ࢙ ≅ , . ିૠ /ࡸ
Resposta: A solubilidade molar do BaSO4 em Solução de Na2SO4 0,01 M é de aproximadamente 1,5.10-7 mol/L. b-) Calcular a solubilidade do Al(OH)3 em uma solução 0,1 M de KNO3 Dado: Al(OH)3 (s) ⇌ Al+3(aq) + 3 OH-(aq) Kps = 5.10-33 Dissolução do KNO3: Nitrato de Potássio = Sal Solúvel = 100% dissociado KNO3(s) K+(aq) + NO3- (aq) 0,1 mol/L 0,1 mol/L 0,1 mol/L Obs: Na solução não existe nenhum íon comum com o Al(OH)3.Logo, a solubilidade do Al(OH)3 em água é igual a solubilidade do Al(OH)3 em solução de KNO3. Al(OH)3 (s) ⇌ Início Reage/Forma Equilíbrio
cte cte cte
Al+3(aq) + 3 OH- (aq) 0 s mol/L s mol/L
0 3s mol/L 3s mol/L
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= ݏܭሾ ݈ܣାଷ ሿ. ሾܱ ି ܪሿଷ = ݏ. ሺ3ݏሻଷ = 27 ݏସ = 5.10ିଷଷ ࢙ ≅ , ૢ. ିૢ /ࡸ
Resposta: A solubilidade molar do Al(OH)3 é aproximadamente 3,69.10-9 mol/L. 2) Formar-se-á ou não um precipitado de PbCl2, ao se misturarem volumes iguais de soluções 0,1M de Pb(NO3)2 e 0,01 M de NaCl?
Dado: PbCl2 (s) ⇌ Pb+2(aq) + 2 Cl-(aq) Kps = 1,6.10-5 Nitrato de Chumbo = Sal Solúvel = 100% dissociado Pb+2(aq) + 2 NO3- (aq) Pb(NO3)2(s) Para um Volume V: 0,1V mol 0,1V mol 0,2V mol Cloreto de Sódio = Sal Solúvel = 100% dissociado NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) Para um Volume V: 0,01V mol 0,01V mol 0,01V mol Volume Total = V + V = 2V ሾܾܲ ାଶ ሿ = ሾ ି ݈ܥሿ
݊ሺܾܲ ା ሻ 0,1ܸ = = 0,05 ݈݉/ܮ 2ܸ 2ܸ
݊ሺ ି ݈ܥሻ 0,01ܸ = = 0,005 ݈݉/ܮ = 2ܸ 2ܸ
PbCl2 (s) ⇌
Pb+2(aq) + 2 Cl-(aq)
ܳ = ݏሾܾܲ ାଶ ሿ. ሾ ି ݈ܥሿଶ
ࡽ࢙ = ሺ, ሻ. ሺ, ሻ = , . ି
Resposta: ܰ → ݏܭ < ܛܘۿã ℎܽݎ݁ݒá ݂ܽ݉ݎçã!ܗ܌܉ܜܑܘ݅ܿ݁ݎܲ ݁݀ 3) Em que pH começa a precipitar o Mg(OH)2, se a concentração do Mg+2 na solução é 0,01 M? Dado: Mg(OH)2 (s) ⇌ Mg+2(aq) + 2 OH-(aq) Kps = 8,9.10-12 Mg(OH)2 (s) ⇌
No equilíbrio:
Mg+2aq) + 2 OH- (aq)
= ݏܭሾ݃ܯାଶ ሿ. ሾܱ ି ܪሿଶ
Quando ሾ݃ܯାଶ ሿ = 0,01 ݈݉/ ܮ:
8,9.10ିଵଶ = ሺ0,01ሻ. ሾܱ ି ܪሿଶ
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ሾܱ ି ܪሿ ≅ 2,98.10ିହ
= ܪܱ− logሾܱ ି ܪሿ = − logሺ2,98.10ିହ ሻ = 4,53 ࡴ + ࡻࡴ = → ࡴ = − , = ૢ, ૠ
Resposta: ۳ܘ ܕ۶ ≅ ૢ, ૠ, ocorre o ínicio da precipitação do Mg(OH)2. 4) Que concentração de Ag+, em mols por litro, deve estar presente no início da precipitação do AgCl de uma solução contendo 1.10-4 mols de Cl- por litro? Dado: AgCl(s) ⇌ Ag+ (aq) + Cl-(aq) Kps = 1,78.10-10 No equilíbrio: Quando ሾ ି ݈ܥሿ = 10ିସ ݈݉/ ܮ:
= ݏܭሾ݃ܣା ሿ. ሾ ି ݈ܥሿ
1,78.10ିଵ = ሾ݃ܣା ሿ. ሺ10ିସ ሻ
ሾࢍା ሿ ≅ , ૠૡ. ି /ࡸ Resposta: A concentração de Ag+ deve ser de 1,78.10-6 mol/L. 5) A solubilidade do BaSO4 em água é 10-5 mol/L. Qual é a solubilidade do BaSO4 numa solução 0,1M de K2SO4? Cálculo do Kps do BaSO4: BaSO4 (s) ⇌ Início Reage/Forma Equilíbrio
cte cte cte
Ba+2(aq) + SO4-2(aq) 0 10-5 mol/L 10-5 mol/L
0 10-5 mol/L 10-5 mol/L
= ݏܭሾܽܤାଶ ሿ. ሾܱܵସିଶ ሿ = ሺ10ିହ ሻଶ = ି Dissolução do K2SO4: Sulfato de Potássio = Sal Solúvel = 100% dissociado K2SO4(s) 2 K+(aq) + SO4-2(aq) 0,1 mol/L 0,2 mol/L 0,1 mol/L BaSO4 (s) ⇌ Início Reage/Forma Equilíbrio
cte cte cte
Ba+2(aq) + SO4-2(aq) 0 s mol/L s mol/L
0,1 mol/L s mol/L (0,1+ s) mol/L
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= ݏܭሾܽܤାଶ ሿ. ሾܱܵସିଶ ሿ = ݏ. ሺ0,1 + ݏሻ = 10ିଵ ࢙ ≅ ିૢ /ࡸ
Resposta: A solubilidade molar do BaSO4 em Solução de K2SO4 0,1 M é de aproximadamente 10-9 mol/L. 6) Se 0,11 mg de AgBr se dissolvem em 1000 mL de água a uma dada temperatura, qual é o produto de solubilidade deste sal naquela temperatura? AgBr M = 187,9 g/mol 0,11.10ିଷ ܥሺݎܤ݃ܣሻ = = 5,85.10ି ݈݉/ܮ 187,9 × 1 AgBr (s) ⇌ Equilíbrio
Ag+(aq) +
Br-(aq)
5,85.10-7 mol/L 5,85.10-7 mol/L 5,85.10-7 mol/L = ݏܭሾ݃ܣା ሿ. ሾ ି ݎܤሿ
ࡷ࢙ = ሺ, ૡ. ିૠ ሻ ≅ , ૠ. ି Resposta: Kps do AgBr = 3,43.10-13. 7) Satura-se uma solução com respeito a um composto de fórmula geral AB2C3: AB2C3(s) ⇌ A+ (aq) + 2 B+(aq) + 3 C-(aq) Determina-se que esta solução contém o íon C- em concentração 0,003 M. Calcule o produto de solubilidade do AB2C3. ݈ܲ݁ܽ ݁ܽ݅ݎݐ݁݉݅ݑݍ݁ݐݏ, ݏ݉݁ݐ:
ሾܣା ሿ
݈ܰ݅ݑݍ݁ íܾ݅ݎ:
ሾ ܤା ሿ ሾ ି ܥሿ = = 2 3
= ݏܭሾܣା ሿ. ሾ ܤା ሿଶ . ሾ ି ܥሿଷ ଶ
ሾ ି ܥሿ 2ሾ ି ܥሿ = ݏܭ .ቆ ቇ . ሾ ି ܥሿଷ 3 3
4ሾ ି ܥሿହ 4. ሺ0,003ሻ = ݏܭ = = , ૡ. ି 3ଷ 27 Resposta: Kps do AB2C3 = 1,08.10-16.
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8) O exame dos seguintes dados: I. ሾܪଷ ܪܰܥଷ ሿା ሾܰܥሿି + ܪܱܪ SAL
⇌ ܰܥܪ+ ሾܪଷ ܪܰܥଷ ሿܱܪ ÁCIDO
BASE
ÁCIDO ....................K1 = 5.10-10
II. Constante de Ionização:
BASE.................... K2 = 5.10-4 Permite concluir que, na dissolução em água, do composto ሾܪଷ ܪܰܥଷ ሿܰܥ, se obtém uma solução: a-) básica, porque K1 < K2 b-) básica, porque K1 > K2 c-) básica, porque K2 < K1 d-) básica, porque K2 > K1 e-) neutra, porque [ácido] = [base] OBS: alternativa A = alternativa D ; alternativa B = alternativa C De fato, na hidrólise deste composto [ácido] = [base], porém a solução não é neutra, mas sim BÁSICA, pois K2 > K1 ou K1 < K2. Logo, as alternativas CORRETAS são: A e D. 9) O ácido acético, em solução aquosa 0,02 molar e a 25ºC, está 3% dissociado. Sua constante de dissociação, nessas condições, é aproximadamente: a-) 1,8.10-5 b-) 1,2.10-4 c-) 2.10-2 d-) 3,6.10-2 e-) 6.10-2
H3CCOOH Início 0,02 mol/L Reage/Forma 0,0006 mol/L Equilíbrio (0,02-0,0006) mol/L
⇌
H+(aq)
+
0 0,0006 mol/L 0,0006 mol/L
H3CCOO-(aq) 0 0,0006 mol/L 0,0006 mol/L
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= ܽܭ
ሾ ܪା ሿ. ሾܪଷ ିܱܱܥܥሿ ሺ0,0006ሻଶ = ≅ , ૡ. ି ሾܪଷ ܪܱܱܥܥሿ 0,02 − 0,0006
Ou pela Lei de Ostwald: = ܽܭ
ߙ ଶ . ࣾ ሺ0,03ሻଶ . 0,02 = ≅ , ૡ. ି 1−ߙ 1 − 0,03
Resposta: Alternativa A. 10) Na alta atmosfera ou em laboratório, sob a ação de radiações eletromagnéticas, o ozônio é formado através da reação endotérmica: 3 O2 (g) ⇌ 2 O3 (g) a-) O aumento da temperatura favorece ou dificulta a formação do ozônio? Resposta: Favorece a formação do Ozônio, pois o aumento de temperatura sempre favorece a reação Endotérmica. b-) E o aumento da pressão? Justifique as respostas. Resposta: O aumento da pressão Favorece a formação do Ozônio, pois o aumento da pressão sempre desloca o equilíbrio para o lado de menor número de mols (menor volume gasoso). 11) Num recipiente fechado é realizada a seguinte reação à temperatura constante: SO2 (g) + ½ O2 (g) ⇌ SO3 (g) a-) Sendo V1 a velocidade da reação direta e V2 a velocidade da reação inversa, qual a relação V1/V2 no equilíbrio? No equilíbrio: ܸଵ = ܸଶ Logo, ࢂ = ࢂ b-) Se o sistema for comprimido mecanicamente, ocasionando um aumento da pressão, o que acontecerá com o número total de moléculas? Ao aumentar a pressão, o equilíbrio será deslocado para o lado com menor número de moléculas de gases. Logo, o número total de moléculas DIMINUI!
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12) O Hidrogênio pode ser obtido do metano, de acordo com a equação química em equilíbrio: CH4 (g) + H2O (g) ⇌ CO (g) + 3 H2 (g) A constante de equilíbrio dessa reação é igual a 0,2 à 900K. Numa mistura dos gases em equilíbrio a 900K, as pressões parciais de CH4 e de H2O são ambas iguais a 0,40 atm e a pressão parcial de H2 é de 0,30 atm. a-) Escreva a expressão da constante de equilíbrio. ܲሺܱܥሻ. ܲଷ ሺܪଶ ሻ = ܭ ܲሺܪܥସ ሻ. ܲሺܪଶ ܱሻ Obs: A H2O entra na constante de equilíbrio, pois está no estado gasoso e não em solução aquosa. b-) Calcule a pressão parcial de CO(g) no equilíbrio. = ܭ 0,2 =
ܲሺܱܥሻ. ܲଷ ሺܪଶ ሻ ܲሺܪܥସ ሻ. ܲሺܪଶ ܱሻ
ܲሺܱܥሻ. ሺ0,3ሻଷ → ࡼሺࡻሻ ≅ , ૡ ࢇ࢚ ሺ0,4ሻ. ሺ0,4ሻ
13) O processo Haber-Bosch, para a síntese da amônia, foi desenvolvido no início desse século , sendo largamente utilizado hoje em dia. Nesse processo, a mistura de nitrogênio e hidrogênio gasosos é submetida a elevada pressão, na presença de catalisadores em temperatura de 450ºC. A reação pode ser representada a seguir: N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g)
∆H = –100 KJ/mol
Com relação ao processo Haber-Bosh é incorreto afirmar que: a-) A alta temperatura tem como objetivo aumentar a concentração de amônia obtida no equilíbrio. b-) O uso do catalisador e a alta temperatura permitem que a reação ocorra em uma velocidade economicamente viável. c-) A alta pressão desloca o equilíbrio no sentido de produzir mais amônia. d-) O catalisador não influi na concentração final de amônia obtida após atingido o equilíbrio. e-) Para separar a amônia dos reagentes resfriam-se os gases, obtendo amônia líquida a –33ºC, retornando o H2 e N2 que não reagiram para a câmara de reação.
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Resposta: Alternativa A. Com relação ao processo Haber-Bosch é incorreto afirmar que a alta temperatura aumenta a concentração de amônia, pois o equilíbrio é deslocado no sentido da decomposição do NH3 (sentido endotérmico), aumentando as concentrações de N2 e H2 e diminuindo a concentração de NH3. 14) Admita que o café tem pH = 5,0 e o leite tem pH = 6,0. Sabendo-se que pH = -log[H+] e que pH + pOH = 14, calcule: a-) A concentração de OH- no café. ܪ+ = ܪܱ14 → = ܪܱ14 − 5 = 9 ሾࡻࡴି ሿ = ିࡻࡴ = ିૢ /ࡸ
b-) A concentração de H+, em mol/L, em uma “média” de café com leite que contém 100 mL de cada bebida. ݂ܽܥé → = ܪ5 → ሾ ܪା ሿ = 10ିହ ݈݉/ ݉ܧ → ܮ100 ݉ܮ: 10ି ݉ ܪ ݁݀ ݈ା
= ܪ → ݁ݐ݅݁ܮ6 → ሾ ܪା ሿ = 10ି ݈݉/ ݉ܧ → ܮ100 ݉ܮ: 10ି ݉ ܪ ݁݀ ݈ା ݉ܧ → ܽݎݑݐݏ݅ܯ200 ݉ܮ: ሺ10ି + 10ି ሻ ݉ ܪ ݁݀ ݈ା ሾࡴା ሿ =
ሺିૠ + ି ሻ = , . ି /ࡸ ,
15) Um suco de tomate tem pH = 4,0 e um suco de limão tem pH = 2,0. Sabendo-se que pH = -log[H+] e que pH + pOH = 14: a-) Calcule quantas vezes a concentração de H+ do suco de limão é maior do que a concentração de H+ do suco de tomate. ܶ = ܪ → ݁ݐܽ݉4 → ሾ ܪା ሿ ்ைெ்ா = 10ିସ ݈݉/ܮ ݉݅ܮã = ܪ → 2 → ሾ ܪା ሿூெÃை = 10ିଶ ݈݉/ܮ ሾࡴା ሿࡸࡵࡹÃࡻ ି = = ሾࡴା ሿࢀࡻࡹࢀࡱ ି
ሾࡴା ሿࡸࡵࡹÃࡻ = ሾࡴା ሿࢀࡻࡹࢀࡱ Resposta: A concentração de íons H+ no suco de limão é 100 vezes maior do que a concentração de íons H+ no suco de tomate. b-) Calcule o volume de solução aquosa de NaOH de concentração 0,010 mol/L necessário para neutralizar 100 mL de cada um dos sucos.
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ࢀࢇ࢚ࢋ → ሾࡴା ሿࢀࡻࡹࢀࡱ = ି /ࡸ → ࡱ ࡸ: ି ࢊࢋ ࡴା Neutralização: H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) ݊ሺ ܪା ሻ = ݊ሺܱ ି ܪሻ
݊ሺܱ ି ܪሻ = 10ିହ ݈݉ NaOH Na+(aq) + OH-(aq) ݊ሺܱ ି ܪሻ = ܥሺܱܰܽܪሻ. ܸሺܱܰܽܪሻ = 10ିହ
, . ࢂሺࡺࢇࡻࡴሻ = ି → ࢂሺࡺࢇࡻࡴሻ = ି ࡸ = ࡸ
ࡸã → ሾࡴା ሿࡸࡵࡹÃࡻ = ି /ࡸ → ࡱ ࡸ: ି ࢊࢋ ࡴା Neutralização: H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) ݊ሺ ܪା ሻ = ݊ሺܱ ି ܪሻ
݊ሺܱ ି ܪሻ = 10ିଷ ݈݉ NaOH Na+(aq) + OH-(aq) ݊ሺܱ ି ܪሻ = ܥሺܱܰܽܪሻ. ܸሺܱܰܽܪሻ = 10ିଷ
, . ࢂሺࡺࢇࡻࡴሻ = ି → ࢂሺࡺࢇࡻࡴሻ = , ࡸ = ࡸ Resposta: Para neutralizar 100 mL do suco de tomate é necessário 1 mL de solução NaOH (0,01 M), já para neutralizar 100 mL do suco de limão é necessário 100 mL de solução NaOH (0,01 M). 16) O indicador vermelho de fenol é usado no controle de pH de água de piscina. Sobre o indicador e o pH de água de piscina sabe-se que: •
Vermelho de fenol em solução com pH > 7,8 tem cor vermelha;
•
Vermelho de fenol em solução com pH < 6,8 tem cor amarela;
•
pH ideal da água de piscina = 7,4
A adição de vermelho de fenol a uma amostra de água de piscina resultou em solução vermelha. a-) A água de piscina é ácida, básica ou neutra? A amostra de água de piscina possui certamente pH > 7,8. Logo, é uma solução básica.
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b-) Para se efetuar correções de pH usa-se ácido clorídrico ou carbonato de sódio. A água de piscina em questão necessita de correção de pH? Se for o caso, qual destes reagentes deve ser usado? Justifique. Sim, a água de piscina necessita de correção de pH. No caso o reagente utilizado deve ser o ácido clorídrico HCl, pois aumenta a concentração de íons H+, diminuindo o pH da água. Obs: O carbonato de sódio ao ser adicionado em água sofre hidrólise, aumentando a concentração de íons OH- na solução, tornando-a mais básica. 17) O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, é uma base pouco solúvel em água, apresentando constante do produto de solubilidade, Kps = 4.10-12. Uma suspensão desta base em água é conhecida comercialmente como “leite de magnésia”, sendo comumente usada no tratamento de acidez no estômago. a-) Calcule, em mol/L, a solubilidade do Mg(OH)2, numa solução saturada desta base. Mg(OH)2 (s) ⇌
Início Reage/Forma Equilíbrio
cte cte cte
Mg+2aq) + 2 OH- (aq) 0 s mol/L s mol/L
0 2s mol/L 2s mol/L
= ݏܭሾ݃ܯାଶ ሿ. ሾܱ ି ܪሿଶ = ݏ. ሺ2ݏሻଶ = 4 ݏଷ = 4.10ିଵଶ ࢙ = ି /ࡸ Resposta: A solubilidade molar do Mg(OH)2 é aproximadamente 10-4 mol/L. b-) Escreva a equação balanceada da reação de neutralização total do hidróxido de magnésio com ácido clorídrico, HCl. Mg(OH)2 + 2 HCl MgCl2 + 2 H2O
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