Transcript ExerciciosEquilíbrio Químico

de coral nos mares, pode-se empregar o seguinte equilíbrio
químico:
Equilíbrio Químico
Parte I
1. (Fuvest 2013) O fitoplâncton consiste em um conjunto
de organismos microscópicos encontrados em certos
ambientes aquáticos. O desenvolvimento desses
organismos requer luz e CO2, para o processo de
fotossíntese, e requer também nutrientes contendo os
elementos nitrogênio e fósforo.
Considere a tabela que mostra dados de pH e de
concentrações de nitrato e de oxigênio dissolvidos na água,
para amostras coletadas durante o dia, em dois diferentes
pontos (A e B) e em duas épocas do ano (maio e
novembro), na represa Billings, em São Paulo.
Ponto A
(novembro)
Ponto B
(novembro)
Ponto A
(maio)
Ponto B
(maio)
pH
Concentração
de nitrato
(mg/L)
Concentração de
oxigênio (mg/L)
9,8
0,14
6,5
9,1
0,15
5,8
7,3
7,71
5,6
7,4
3,95
5,7
Com base nas informações da tabela e em seus próprios
conhecimentos sobre o processo de fotossíntese, um
pesquisador registrou três conclusões:
I. Nessas amostras, existe uma forte correlação entre as
concentrações de nitrato e de oxigênio dissolvidos na
água.
II. As amostras de água coletadas em novembro devem ter
menos CO2 dissolvido do que aquelas coletadas em
maio.
III. Se as coletas tivessem sido feitas à noite, o pH das
quatro amostras de água seria mais baixo do que o
observado.
É correto o que o pesquisador concluiu em
a) I, apenas.
b) III, apenas.
c) I e II, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
2. (Fuvest 2011) Recifes de coral são rochas de origem
orgânica, formadas principalmente pelo acúmulo de
exoesqueletos de carbonato de cálcio secretados por
alguns cnidários que vivem em colônias. Em simbiose com
os pólipos dos corais, vivem algas zooxantelas. Encontrados
somente em mares de águas quentes, cujas temperaturas,
ao longo do ano, não são menores que 20 ºC, os recifes de
coral são ricos reservatórios de biodiversidade. Como
modelo simplificado para descrever a existência dos recifes
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CaCO3 ( s ) + CO2 ( g) + H2O ( ℓ ) ⇌ Ca2 + ( aq ) + 2HCO3− ( aq )
a) Descreva o mecanismo que explica o crescimento mais
rápido dos recifes de coral em mares cujas águas são
transparentes.
b) Tomando como base o parâmetro solubilidade do CO2
em água, justifique por que ocorre a formação de recifes
de coral em mares de água quente.
3. (Espcex (Aman) 2014) Considere uma solução aquosa de
HCℓ de concentração 0,1mol ⋅ L−1 completamente
dissociado (grau de dissociação: α = 100% ). Tomando-se
apenas 1,0 ml dessa solução e adicionando-se 9,0 mL de
água pura, produz-se uma nova solução. O valor do
potencial hidrogeniônico (pH) dessa nova solução será de
a) 1,0
b) 2,0
c) 3,0
d) 4,0
e) 5,0
4. (Unicamp 2014) Em setembro de 2011, no Rio Grande
do Sul, pessoas alegaram ter sofrido queimaduras depois de
beberem um achocolatado. Em março de 2013, um caso
semelhante voltou a ocorrer, agora com um suco de maçã.
Em função de problemas semelhantes durante o processo
de higienização, o achocolatado foi contaminado por água
sanitária e o suco de maçã substituído por soda cáustica 2,5
%. Pode-se afirmar que, comparados aos produtos não
contaminados, os líquidos que causaram problemas aos
consumidores apresentavam-se
a) mais ácidos e, portanto, com maiores valores de pH.
b) mais ácidos e, portanto, com menores valores de pH.
c) mais básicos e, portanto, com maiores valores de pH.
d) mais básicos e, portanto, com menores valores de pH.
5. (Unicamp 2013) Como um químico descreve a cerveja?
“Um líquido amarelo, homogêneo enquanto a garrafa está
fechada, e uma mistura heterogênea quando a garrafa é
aberta. Constitui-se de mais de 8.000 substâncias, entre
elas o dióxido de carbono, o etanol e a água. Apresenta um
pH entre 4,0 e 4,5, e possui um teor de etanol em torno de
4,5% (v/v).”
Sob a perspectiva do químico, a cerveja
a) apresenta uma única fase enquanto a garrafa está
fechada, tem um caráter ligeiramente básico e contém
cerca de 45 gramas de álcool etílico por litro do produto.
b) apresenta duas fases logo após a garrafa ser aberta, tem
um caráter ácido e contém cerca de 45 mL de álcool
etílico por litro de produto.
c) apresenta uma única fase logo após a garrafa ser aberta,
tem um caráter ligeiramente ácido e contém cerca de 45
gramas de álcool etílico por litro de produto.
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d) apresenta duas fases quando a garrafa está fechada, tem
um caráter ligeiramente básico e contém 45 mL de álcool
etílico por 100 mL de produto.
6. (Pucrj 2013) Pipeta-se 50 mL de solução aquosa 0,02
mol/L de ácido clorídrico e transfere-se para um balão
volumétrico de 1000 mL, ajustando-se para esse volume a
solução final, usando água pura.
O pH da solução final é:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 7
e) 9
7. (Fuvest 2013) A uma determinada temperatura, as
substâncias HI, H2 e I2 estão no estado gasoso. A essa
temperatura, o equilíbrio entre as três substâncias foi
estudado, em recipientes fechados, partindo-se de uma
mistura equimolar de H2 e I2 (experimento A) ou somente
de HI (experimento B).
e) no experimento A, o valor da constante de equilíbrio (K1)
é maior do que 1.
8. (Cefet MG 2013) Durante um experimento, um
estudante preencheu metade do volume de uma garrafa
com água e, em seguida, fechou o recipiente deixando-o
sobre a mesa. Nesse sistema, o equilíbrio será atingido
quando a(o)
a) condensação se iniciar.
b) processo de evaporação for finalizado.
c) quantidade de líquido for igual à de vapor.
d) velocidade da evaporação for igual à de condensação.
e) quantidade de vapor for o dobro da quantidade de água.
9. (Unesp 2010) Uma das etapas finais do tratamento da
água envolve o borbulhamento de cloro no efluente para
desinfecção. A substância cloro é encontrada como um gás
amarelo-esverdeado a 25 ºC e 1 atm. Pequenas
quantidades deste gás podem ser geradas em laboratório
de acordo com o experimento ilustrado:
À medida que o gás cloro é formado pela perturbação do
–
–
seguinte equilíbrio na fase aquosa Cℓ + CℓO + H2O ⇌ Cℓ 2
–
+ 2OH , a fase que contém o hidrocarboneto vai adquirindo
a coloração esverdeada típica deste halogênio.
Considerando que a cada um dos cinco frascos contendo
quantidades idênticas da mesma solução de hipoclorito de
sódio e de hidrocarboneto líquido, foi adicionada uma das
seguintes soluções: cloreto de sódio, hidróxido de sódio,
ácido acético, ácido clorídrico e nitrato de amônio, todas
com as mesmas concentrações molares, haverá a maior
produção de gás cloro no tubo ao qual foi adicionado a
solução de
a) Cloreto de sódio.
b) Hidróxido de sódio.
c) Ácido acético.
d) Ácido clorídrico.
e) Nitrato de amônio.
Pela análise dos dois gráficos, pode-se concluir que
a) no experimento A, ocorre diminuição da pressão total no
interior do recipiente, até que o equilíbrio seja atingido.
b) no experimento B, as concentrações das substâncias (HI,
H2 e I2) são iguais no instante t1.
c) no experimento A, a velocidade de formação de HI
aumenta com o tempo.
d) no experimento B, a quantidade de matéria (em mols) de
HI aumenta até que o equilíbrio seja atingido.
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10. (Uff 2010) Considere a reação exotérmica de formação
do trióxido de enxofre, a partir do dióxido:
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
A 900 K, Kp = 40,5 atm-1 e ΔH = -198 kJ.
a) escreva a expressão de equilíbrio para essa reação;
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b) será o valor da constante de equilíbrio para essa reação,
em temperatura ambiente (300 K), maior, menor ou
igual ao valor da constante de equilíbrio a 900 K?
Justifique sua resposta;
c) se, enquanto a temperatura é mantida constante, uma
quantidade a mais de O2, é adicionada ao recipiente que
contém os três gases em estado de equilíbrio, irá o
número de mols de SO2 aumentar, diminuir ou
permanecer o mesmo?
d) qual o efeito causado ao sistema, quando se adiciona 1,0
mol de He(g) ao recipiente que contém os três gases em
equilíbrio à temperatura constante?
11. (G1 - cftmg 2010) O gráfico mostra a variação das
concentrações, em função do tempo, à temperatura
constante, para a seguinte reação:
X(g) + Y(g)
Z(g) ∆H > 0
Sobre o gráfico e à reação, afirma-se que, no equilíbrio, a(o)
a) aumento da concentração de Z desloca o equilíbrio para
a direita.
b) constante Kc permanece inalterada para qualquer valor
de temperatura.
c) uso de um catalisador afeta as concentrações de
reagentes e produtos.
d) mesma quantidade de matéria de X e Y é gasta para se
obter o produto Z.
12. (Unicamp 2010) Um estudo divulgado na Revista no
156 mostra as possíveis consequências da ingestão de
pastas dentárias por crianças entre 11 meses e 7 anos de
idade. A proposta dos pesquisadores é uma pasta que
libere pouco fluoreto, e isso é obtido com a diminuição de
seu pH. O excesso de fluoreto pode provocar a fluorose,
uma doença que deixa manchas esbranquiçadas ou opacas
nos dentes em formação, por reação com a hidroxiapatita
[Ca10(PO4)6(OH)2], um sólido presente nas camadas
superficiais dos dentes. Nos casos mais graves, essa doença
provoca porosidade nos dentes, o que facilita fraturas dos
dentes e a absorção de corantes de alimentos.
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a) Escolha um íon da hidroxiapatita que pode ser
substituído pelo fluoreto. Faça a substituição indicando o
nome do íon substituído e a respectiva fórmula da
substância formada.
b) Considere que no equilíbrio de solubilidade, a
2+
3hidroxiapatita libere os íons Ca , PO4 , OH para o meio
aquoso próximo à superfície dos dentes. Levando em
conta apenas o fator pH do dentifrício, a dissolução da
hidroxiapatita seria favorecida, dificultada ou não
sofreria alteração com a proposta dos pesquisadores?
Justifique.
13. (Unesp 1997) O equilíbrio gasoso N2O4
2 NO2
apresenta, a uma dada temperatura, constante de
equilíbrio Kc = 2. Nesta temperatura foram feitas duas
misturas diferentes, A e B, cada uma acondicionada em
recipiente fechado, isolado e distinto. As condições iniciais
estão mostradas na tabela seguir:
a) Efetue os cálculos necessários e conclua se a mistura A se
encontra ou não em situação de equilíbrio
b) Efetue os cálculos necessários e conclua se a mistura B se
encontra ou não em situação de equilíbrio.
14. (Ufmg 1997) Uma das etapas na fabricação do ácido
sulfúrico é a conversão de SO2 a SO3, reação reversível
efetuada na presença de catalisador, que pode ser
representada pela equação
2 SO2 (g) + O2 (g)
2 SO3 (g)
A reação direta é exotérmica.
Considere um experimento em que a pressão total dos
gases seja mantida constante. O gráfico que descreve,
qualitativamente, a variação, no equilíbrio, da concentração
de SO3 com a temperatura, nesse experimento, é:
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d) O ácido clorídrico ataca muitos metais na presença de
água, formando um gás inflamável/explosivo. Dê um
exemplo desse tipo de situação, indicando a reação
química. Dado: Ordem decrescente de reatividade de
alguns metais:
K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > H > Cu > Hg > Ag > Au.
2. (Ufjf 2012) A síntese da amônia foi desenvolvida por
Haber-Bosh e teve papel importante durante a 1ª Guerra
Mundial. A Alemanha não conseguia importar salitre para
fabricação dos explosivos e, a partir da síntese de NH3, os
alemães produziam o HNO3 e deste chegavam aos
explosivos de que necessitavam. A equação que representa
sua formação é mostrada abaixo:
Parte II: como cai na UFJF
1. (Ufjf 2012) Os plásticos constituem um dos materiais
mais utilizados no nosso cotidiano. Em aterros sanitários
municipais, os filmes de policloreto de vinila (PVC) são os
mais encontrados, devido a sua ampla utilização em
produtos domésticos. O PVC é um material instável em
relação ao calor e à luz e se degrada a temperaturas
relativamente baixas, de acordo com a reação abaixo.
3H2(g) + N2(g) ⇌ 2NH3(g)
a) A partir da equação química para a reação de formação
da amônia, descrita acima, e sabendo que a reação
apresenta ∆H < 0, o que aconteceria com o equilíbrio,
caso a temperatura do sistema aumentasse?
b) Calcule a variação de entalpia da formação da amônia, a
partir das energias de ligação mostradas na tabela a
seguir, a 298K:
→ [ CH = CH]n s + HCℓ ( g)
[CH2CHCℓ]n 
( )
Calor
Ligação
a) O cloreto de hidrogênio liberado na reação acima pode
ser detectado segundo procedimento experimental
ilustrado abaixo: inicia-se a queima e a decomposição do
PVC, com liberação de HCℓ. O HCℓ liberado entra em
contato com a solução contendo KOH e indicador. Sobre
esse experimento, pergunta-se: qual é a coloração da
solução contendo KOH + fenolftaleína antes e após a
coleta do HCℓ, considerando que a solução final
apresenta excesso de HCℓ ? Justifique suas respostas.
H−H
N≡N
H−N
Energia de
-1
Ligação (kJ.mol )
436
944
390
c) Suponha que a uma determinada temperatura T foram
colocados, em um recipiente de 2,0 litros de capacidade,
2,0 mols de gás nitrogênio e 4,0 mols de gás hidrogênio.
Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, sabendo
que havia se formado 2,0 mols de amônia ao se atingir o
equilíbrio.
d) Considere que a lei de velocidade para a reação de
formação da amônia é v = k [H2 ]3 [N2 ]. Calcule
quantas vezes a velocidade final aumenta, quando a
concentração de nitrogênio é duplicada e a de
hidrogênio é triplicada, mantendo-se a temperatura
constante.
3. (Ufjf 2012) O ácido carbônico é formado quando se
“borbulha” o dióxido de carbono em água. Ele está
presente em águas gaseificadas e refrigerantes. Em solução
aquosa, ele pode sofrer duas dissociações conforme as
equações abaixo:
b) A quantidade de HCℓ obtida após a decomposição do
PVC é 3,65 mg em 1,0 L. Calcule o pH dessa solução?
c) O HCℓ, estando como névoa ou vapor, é removido do ar
por deposição de seus sais ou por chuva. Qual é a
consequência ambiental para o meio aquático após seu
contato com HCℓ ? Justifique sua resposta.
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H2CO3(aq) + H2O( ℓ ) ⇌ HCO3 −(aq) + H3O+(aq)
K1=1,0 x 10-7
HCO3 −(aq) + H2O( ℓ ) ⇌ CO32−(aq) + H3 O+(aq)
K 2 =1,0 x 10-11
a) Calcule o pH de uma solução de ácido carbônico 0,1
-1
mol.L , considerando apenas a primeira dissociação.
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b) Sabe-se
se que o íon bicarbonato, ou hidrogenocarbonato,
tem um comportamento anfótero, ou seja, pode se
comportar tanto como um
m ácido quanto como uma base.
De acordo com a teoria de Bronsted-Lowry,
Lowry, escreva as
reações possíveis do íon bicarbonato com a água.
Bicarbonato como
base
Bicarbonato como
ácido
c) O dióxido de carbono sólido, gelo seco, é muito utilizado
em casass noturnas e shows para criar uma névoa branca.
Qual é o nome da mudança de estado físico que permite
a formação dessa névoa? Qual é a geometria molecular
do dióxido de carbono?
d) O CO2 também pode ser produzido pela decomposição
do fermento biológico, ou seja, o bicarbonato de sódio.
Calcule o volume de CO2, em mililitros, gerado pela
decomposição de 6,0g de bicarbonato de sódio, nas
condições normais de pressão e temperatura.
2 NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O( ℓ )
4. (Ufjf 2012) O ácido nítrico é um ácido forte,
te, enquanto o
ácido metanoico tem constante de ionização igual a
1,0 × 10 −4. Quais são as concentrações, em mol ⋅ L−1, das
soluções desses ácidos que apresentam pH = 2,0,
respectivamente?
a) 0,02 e 1,0
b) 0,02 e 0,02
c) 0,01 e 1,0
d) 0,01 e 0,01
e) 1,0 e 0,01
5. (Ufjf 2007) Na vasta camada de água salgada que cobre
a maior parte do planeta, estão contidos praticamente
97,2% da água da Terra. A lista de substâncias químicas
presentes na água do mar
ar é muito longa; alguns dos sais
que se encontram em maior concentração são: cloreto de
sódio, cloreto de magnésio, sulfato de magnésio, sulfato de
cálcio, cloreto de potássio, brometo de potássio, carbonato
de cálcio.
-
HCO3 , mediado pela quantidade de CO2 dissolvido na
água. Os corais, encontrados em mares e oceanos,
possuem na sua constituição CaCO3. Sabe-se que, em
águas frias, a quantidade de CO2 é maior do que em
águas quentes. De acordo com o Princípio de Le
Chatelier, onde se espera encontrar uma maior
quantidade de corais, em regiões de mares frios ou
quentes? Justifique.
CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(ℓ
ℓ)
+2
-
Ca (aq) + 2 HCO3 (aq)
e) Devido ao alto teor de sal, a água do mar é imprópria
para consumo humano e para a maioria dos usos. Qual
seria o processo de separação mais apropriado para que
a água do mar pudesse ser consumida? Por quê?
6. (Ufjf 2007) A acidez dos vinhos influencia sua
estabilidade, coloração e sabor. Ela pode ser avaliada
através do pH e da concentração dos ácidos orgânicos.
Dentre os ácidos orgânicos presentes nos vinhos, alguns
são provenientes da uva e outros
outro são resultantes do
processo de fermentação ou ainda, utilizados como
conservantes.
a) Considere três soluções aquosas distintas, cada uma
contendo respectivamente 0,10 mol/L de ácido benzoico,
benz
0,10 mol/L de ácido acético e 0,10 mol/L de ácido láctico.
Dee acordo com a tabela a seguir (figura 1), qual dessas
soluções irá apresentar maior valor de pH? Justifique.
+
b) Determine a concentração, em mol/L, de íons H
presentes em uma solução de ácido láctico na concentração
de 0,01 mol/L. Qual seria a concentração
concentraç de uma solução
de KOH, em mol/L, necessária para neutralizar essa solução
de ácido láctico?
c) Além do ácido benzoico,
ico, o benzoato de sódio também
pode ser usado na conservação de alimentos. Complete a
reação a seguir na figura 2.
d) As grandes vinícolas do mundo têm uma grande
preocupação com a qualidade do fechamento das garrafas
de vinho. O vinho pode sofrer alterações transformando-se
transformando
em "vinagre" (ácido acético). Esse processo pode acontecer
mesmo em garrafas fechadas, mas muito lentamente.
Deixando a garrafa aberta, esse processo ocorre
rapidamente. Qual seria o fator responsável pelo aumento
da velocidade dessa reação? Explique.
a) Escreva a fórmula molecular do cloreto
loreto de magnésio e a
fórmula de Lewis para o ânion sulfato.
b) Qual o tipo de ligação presente no cloreto de sódio? Por
que esse sal é bastante solúvel em água?
c) Considerando os átomos neutros correspondentes aos
cátions citados no texto acima, qual deles
les apresenta o
menor potencial de ionização? Escreva a distribuição
eletrônica desse elemento.
d) A reação a seguir representa o equilíbrio entre CaCO3 e
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7. (Ufjf 2006) O pH é uma característica de diferentes
materiais presentes no nosso cotidiano. Ele é determinado
+
pela concentração de íons hidrogênio (H ) presente em
uma solução e pode variar de acordo com a composição,
temperatura, concentração de sais, metais, ácidos, bases e
substâncias orgânicas.
seus respectivos potenciais padrão de redução, são as
seguintes:
-
+
-
2+
MnO4 (aq) + 8 H (aq) + 5 e → Mn (aq) + 4 H2O(ℓ)
0
E = 1,51 V
+
-
2 H (aq) + O2(g) + 2 e → H2O2(ℓ)
0
a) Qual dos exemplos mostrados na tabela apresenta maior
caráter básico e maior caráter ácido?
E = 0,68 V
a) Escreva a reação global balanceada do processo.
b) Indique os agentes oxidante e redutor do processo.
0
c) Calcule o ∆E do processo. Este processo é espontâneo?
Justifique.
d) Escreva a expressão matemática da lei cinética ou de
velocidade da reação global do processo.
e) Sabendo que tal reação somente ocorre em meio ácido,
+
e supondo que a concentração de íons H no meio
-2
reacional é de 1,0 × 10 mol/L, calcule o pH inicial da
solução. Demonstre seu cálculo.
b) A acidez de um refrigerante é dada, principalmente, pela
presença de gás carbônico, que é dissolvido no líquido
sob pressão maior do que a atmosférica. Depois de
aberto, o que deve acontecer com o pH do refrigerante,
de acordo com o princípio de Le Chatelier?
CO2(aq) + H2O(ℓ)
+
-
H (aq) + HCO3 (aq)
c) O leite de magnésia, Mg(OH)2, é muito utilizado para
combater azia, ocasionada pelo excesso de HCℓ no
estômago. Represente a equação da reação química
balanceada entre estas substâncias e o nome do produto
formado.
d) A acidez do suco de limão é causada, principalmente,
-4
pela presença do ácido cítrico (Ka1 = 7,4 × 10 ), a do
-7
refrigerante, pelo ácido carbônico (Ka1 = 4,5 × 10 ) e a
-5
do vinagre, pelo ácido acético (Ka = 1,8 × 10 ). Coloque
os ácidos em questão em ordem crescente da força do
ácido.
e) Sabendo-se que o indicador vermelho do congo
apresenta coloração azul, em soluções aquosas de
concentração hidrogeniônica (íons hidrogênio) maior ou
-3
igual a 1,0 × 10 mol/L, e vermelha, em soluções de
-5
concentração menor ou igual a 1,0 × 10 mol/L, qual
seria a coloração das seguintes soluções, com a adição
de algumas gotas do indicador vermelho do congo?
Água do mar:__________________.
Saliva humana:________________.
Suco gástrico:_________________.
9. (Ufjf 2006) O leite de vaca possui um pH médio de 6,6.
Em caso de mastite, ou seja, inflamação da glândula
mamária causada por bactérias, o pH torna-se alcalino. As
bactérias acidificam o leite, mas o organismo do animal,
para compensar, libera substâncias alcalinas. Qual deve ser
o valor do pH do leite de um animal com mastite?
a) pH = 6,6
b) 0 < pH < 6,6
c) pH = 7,0
d) 7,0 < pH < 14
e) 6,6 < pH < 7,0
8. (Ufjf 2006) O método de determinação da concentração
de água oxigenada numa solução é baseado na reação
entre a água oxigenada e o permanganato de potássio em
meio ácido. Este método é utilizado no controle de
qualidade do produto "água oxigenada" comumente
vendido em farmácias. As semi-reações do processo, com
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