Quimica Qualitativa - Exercicios - Engenharia quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Roberto_880
Roberto_8805 de Março de 2013

Quimica Qualitativa - Exercicios - Engenharia quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas e exercicios de engenharia quimica sobre o estudo da quimica qualitativa, perguntas e respostas.
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CURSO SUPERIOR PROCESSOS QUÍMICOS QUIMICA QUALITATIVA

CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA DE PROCESSOS QUÍMICOS

QUÍMICA QUALITATIVA QUÍ 1. VA

2 SEMESTRE 2012

1. No sistema em equilíbrio N2(g) + 3 H2(g), a 27°C, as pressões parciais de cada gás são : p.N2: 0,4 atm, p.H2= 1,0 atm e p.NH3: 0,2 atm. Calcular as constantes de equilibro Kp e Kc desse equilibro, na temperatura dada. (R=8,21 x10-2 atm.L.K-1.mol-1).

Dica: Cada vez que o enunciado diga que o sistema já está em equilibro, colocamos o resultado no final da tabela, [ ] Equilíbrio 0,4 1 0,2 assim o resultado final não será afetado. Faça primeiro a conversão de Temp de °C para Kelvin.

Dados: Temp= 27°C >> + 273= 300 K R = 8,21 x 10-2 atm.L.K-1.mol-1

Kc = PRODUTO / REAGENTE Kp = KC (R T)∆n onde ∆n é a diferença entre os moles do sistema.

Tabela 1 — Equação REAGENTES Eq. N2

Mol Inicial [ ] Inicial

3 H2

H2O ↔

PRODUTO 2 NH3

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[

] 0,4 1 0,2

[ ] Equilíbrio

Kc = (0,2)2 / (0,4). (1)3 Kp = 2,46 Respostas: Kp = 2,46 Kc = 0,1

= 0,1 ;

logo >> Kp= 0,1 (8,21x10-2 . 300) 3-2

"As raízes do estudo são amargas, mas os frutos são doces." (Aristóteles)

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2. A 458°C, o equilibro 2 HI(g) ↔ H2(g) + I2(g) apresenta Kc= 2,0x10-2. Numa experiência realizada naquela temperatura, 1,0 mol de HI é colocado num recipiente de 5,0 litros. Quais são as concentrações molares de HI, I2 e H2 depois de estabelecido o equilibro?

Dica: Lembre, as concentrações sempre serão mol / 1 litro, logo, primeiro faça o calculo para a concentração de mol por um litro [ ] Inicial.

Dados: Kc = 2,0 x10-2

Kc = PRODUTO / REAGENTE

Tabela 2 — Equação REAGENTES Eq. 2 HI Mol Inicial 1 mol/5L [ ] Inicial 0,2 mol /L ∆ [ ] -X [ ] Equilíbrio 0,2 - X H2O ↔ PRODUTO H2 X X +X X I2 X X +X X

Kc= X . X / (0,2) 2 ⇒ X2 = 2,0 x 10-2 . (0,2) 2 = 0,0008 ⇒ X = √ 0,0008 = 0,028

X= 0,028 mol = H2 = I2

} Equilíbrio =

Logo..

[

0,2 – 0,028 = 0,172 mol

Respostas: 2 HI = 0,172 mol I2 = 0,028 mol H2= 0,028 mol

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3. O hipoclorito de sódio, NaOCl, é um ingrediente usado em desinfetantes e alvejantes. Uma solução 0,10M de NaOCl pode ser considerada ácida, básica ou neutra? Qual o pH? Ka =3,0x10- 8.

Dica: Conhecendo o Ka, sabemos que é uma solução ácida, logo, precisamos encontrar o H+

Dados: Ka= 3,0 x10-8

Ka = A x H+ / HA

Tabela 3 — Equação REAGENTES Eq. NaOCl Mol Inicial 0,10 mol/L [ ] Inicial 0,10 mol /L ∆ [ ] -X [ ] Equilíbrio 0,10 - X

H2O ↔

A X X +X X

PRODUTO H+ X X +X X

Ka = X . X / 0,10 ⇒ X2 = 3,0x10-8 . 0,10 = 3,0x10-9 ⇒ X =√ 3,0x10-9 = 5,47x10-5 X = 5,47x10-5 = A = H+ pH = -log H+ = -log 5,47x10-5 = 4,26 pOH= 14 - pH = 14 - 4,26 = 9,74 Resposta: pH = 4,26 pOH= 9,74 Logo, a solução é básica.

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4. Calcular o pH de uma solução 1,0 mol/L de NH4Cl a 25°C. (Dados: Kb= 1,08x10-5).

Dica: O enunciado nos informa o Kb , logo, devemos encontrar o OH-

Dados: Kb= 1,08 x10-5

Kb = B x OH- / BOH

Tabela 4 — Equação REAGENTES Eq. NaOCl Mol Inicial 1,0 mol / L [ ] Inicial 1,0 mol / L ∆ [ ] -X [ ] Equilíbrio 1,0 - X

H2O ↔

B X X +X X

PRODUTO OHX X +X X

Kb = X . X / 1,0 ⇒ X2 = 1,08x10-5 . 1,0 = 1,08x10-5 ⇒ X =√ 1,08x10-5 = 4,24x10-3 X = 4,24x10-3 = B = OHpOH = -log OH- = -log 4,24x10-3 = 2,37 pH= 14 - pOH = 14 - 2,37 = 11,63 Resposta:

pH= 11,63

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5. Calcular o pH de uma solução tampão formada por hidróxido de amônio 0,1M e cloreto de amônio 0,02M. Dado: Kb= 2x10-5.

Dica: Se o enunciado diz que é uma solução tampão a equação é diferente, dependendo se a solução é ácida ou básica você deverá encontrar o H+ ou OH-; neste caso o enunciado nos informa o Kb, indicando uma solução básica, por tanto deveremos encontrar o OHDados: Kb= 2 x10-5

OH- / Kb = Mol BOH- / Mol B-

Logo ⇒

OH- = (Kb . Mol BOH-) / Mol B-

Tabela 5 — Equação Solução Tampão REAGENTES Eq. NH4OH Mol Inicial 0,1 mol / L

H2O ↔

PRODUTO NH4ClOH0,02 mol /L X

Kb = 0,02 . X / 0,1 ⇒ X = 2x10-5 .0,1/ 0,02 = 1,0 x10-4 ⇒ X = 1,0x10-4 = OHOH-= 1,0 x10-4 pOH = - log OH- = -log 1,0 x10-4 = 4 pH= 14 - pOH = 14 - 4 = 10

Resposta: pH= 10

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6. Ácido formico, HCHO2, é um ácido monoprótico. Em uma solução 0,100M de ácido fórmico o pH é 2,38 a 25°C. Calcule o Ka e o pKa para ácido fórmico a esta temperatura.

Dica: O enunciado nos informa o pH, utilizando a fórmula.. H+ = 10-pH, encontraremos o H+

H+= 10-pH = 10-2,38 = 4,16 x 10-3 = X

Logo [ ] Equilibrio = 0,100 - X

[ ] Equilibrio = 0,100 - 4,16 x 10-3 = 0,095 = HA (HCHO2) Ka = X . X / HA X= 4,16 x 10-3 Ka = X2 / 0,100 ⇒ (4,16 x10-3)2 / 0,095 = 1,82 x 10-4 pKa = -log Ka = -log 1,82 x10-4 = 3,74

Resposta: Ka = 1,82 x 10-4 pKa= 3,74

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7. O hipoclorito de sódio (NaClO) é usado como fonte de cloro em alguns alvejantes de lavanderia, em desinfetantes de piscinas e nas instalações de tratamento de água. Estime o pH de uma solução de NaClO 0,015 mol L-1 sendo Kb= 2,9 x 10-7. Dica: Seguimos o mesmo raciocínio de uma solução base, devido a que o enunciado já nos informa o Kb. Dados: Kb= 2,9 x10-7

Kb = B x OH- / BOH

Tabela 6 — Equação REAGENTES Eq. NaOCl Mol Inicial 0,015 mol / L [ ] Inicial 0,015 mol / L ∆ [ ] - X [ ] Equilíbrio 0,015 - X

H2O ↔

B X X +X X

PRODUTO OHX X +X X

Kb = X . X / 0,015

X2 = 2,9x10-7 . 0,015 = 4,35 x10-9

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X = √ 4,35x10-9 = 6,60 x 10-5 X = 6,60 x 10-5 = B = OHpOH = -log OH- = -log 6,60 x10-5 = 4,18 pH= 14 - pOH = 14 - 4,18 = 9,82 Resposta:

pH= 9,82

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8. A hidrazina (N2H4) pode ionizar-se na água em duas etapas: N2H4 + H2O ↔ N2H5 + OH- Kb1= 8,5x10-7 N2H5 + H2O ↔ N2H62+ + OH- Kb2 = 8,9x10-16 Qual a concentração de OH-, N2H5+, N2H62+ e pH numa solução 0,010 mol L-1 de N2H4 em água?.

Dica: O enunciado nos informa a quantidade de etapas (2) e o Kb, por tanto seguiremos o raciocínio de uma equação básica. Para resolver a 2 etapa precisamos calcular primeiro o N2H5

1º ETAPA Tabela 7 — Equação por etapas REAGENTES Eq. N2H4 Mol Inicial 0,010 mol / L

[ ] Inicial

H2O ↔

[

[

]

] Equilíbrio

-X 0,010 - X

PRODUTO N2H5 OHX X X X +X +X X X

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Kb1 = 8,5 x 10-7

Kb = X . X / 0,010

X2 = 8,5x10-7 . 0,010 = 8,5 x10-9

X = √ 8,5x10-9 = 9,21 x 10-5 = OH- = N2H5 pOH = -log OH- = -log 9,21 x10-5 = 4,03 pH= 14 - pOH = 14 - 4,03 = 9,97

2º ETAPA Tabela 8 — Equação por etapas REAGENTES Eq. N2H5 Mol Inicial 9,21 x 10-5 mol / L

[ ] Inicial

H2O ↔

N2H62+ X X +X X

[

[

]

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] Equilíbrio

-X 9,21 x 10-5 - X

PRODUTO OHX X +X X

Kb2 = 8,9 x 10-16

Kb = X . X / 9,21 x 10-5 ⇒

X2 = 8,9x10-16 . 9,21 x 10-5 = 8,19 x10-20 ⇒

X = √ 8,19 x10-20 = 2,86 x 10-10 = OH- = N2H62+

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pOH = -log OH- = -log 2,86 x 10-10 = 9,54 pH= 14 - pOH = 14 - 9,54 = 4,46 Respostas: OH- e N2H5 = 9,21 x 10-5 N2H62+ = 2,86 x 10-10 pH= 9,97 – Prefere-se como resposta o pH da primeira etapa –

9. Um estudante precisa de uma solução tampão aquosa com pH de 3,9. O ácido fórmico e um do seus sais, o formato de sódio, formariam um par adequado a este objetivo? Em caso afirmativo, qual a razão molar necessária entre o ácido, HCHO2- Ka=1,77x10-5.

Dica: É uma solução tampão e precisaremos usar a tabela para este tipo de soluções. O pH é ácido e com ele podemos descobrir o H+ mediante a formula H+= 10-pH

Dados: Ka=1,77x10-5.

H+ / Ka = Mol A.H-+/ Mol A+ H+= 10-pH = 10-3,9 = 1,25 x 10-4 = X = H+ Logo ⇒

Tabela 9 — Equação Solução Tampão REAGENTES Eq. HCHO2Mol Inicial X H2O ↔ PRODUTO A 4,16 x 10-3

+

H+ 4,16 x 10-3

H+ / Ka = Mol A.H-+/ Mol A+ ⇒ 4,16 x 10-3 / 1,77x 10-5 = 7,06 {Razão Molar}

Resposta: Razão Molar = 7,06 mol

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10. Descobrir o pH de uma solução tampão formada por ácido acético 0,01M e acetato de sódio também 0,01M. Dado: Ka= 1,8x10-5.

Dica: Se o enunciado diz que é uma solução tampão a equação é diferente, dependendo se a solução é ácida ou básica você deverá encontrar o H+ ou OH-; neste caso o enunciado nos informa o Ka, indicando uma solução ácida, por tanto deveremos encontrar o H+

Dados: Ka= 1,8x10-5.

H+ / Ka = Mol A.H+/ Mol A+

Logo ⇒

H+ = (Ka . Mol A.H+) / Mol A+

Tabela 10 — Equação Solução Tampão REAGENTES Eq. CH3COOH Ac. Acético Mol Inicial 0,01 mol / L

H2O ↔

PRODUTO CH3COONa H+ Acetato de Na 0,01 mol /L X

Ka = 0,01 . X / 0,01 ⇒ X = (1,8 x10-5 . 0,01) / 0,01 = 1,8 x10-5 = H+ H+= 1,0 x10-4 pH = -log H- = - log 1,8 x10-5 = 4,74 Resposta: pH= 4,74

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