Química Inorgânica e Analítica - Guia de Aulas Teóricas

Química Inorgânica e Analítica - Guia de Aulas Teóricas

(Parte 2 de 5)

7. São misturados: 3,67 g de KCl, 9,5 g de K2SO4 e 5,15 g de KH2PO4. Nessa mistura, calcular quanto existe de potássio em termos de: a) milimols de K+ e b) gramas de K2O.

8. Para preparar uma solução contendo 3,7 g de CuSO4 5H2O por litro, qual a massa do sal que deverá ser dissolvida a 250 mL?

9. Se a concentração de uma solução de KCl deve ser 5,4 g L-1 , qual deve ser o volume da solução que eu devo ter se eu quero dissolver 1080 mg do sal?

10. São diluídos 13,8 g de NaCl em água e o volume completado a 500 mL. Qual a concentração de sódio, em g L-1 , na solução obtida?

1. Para se preparar 250 mL de solução contendo 0,8 g Cu2+ L-1 qual a massa de CuSO4 5H2O necessária?

12. Em que volume de solução, cuja concentração é 5,4 g KCl L-1 existem 600 mg de K+?

13. Quantos mols de H2SO4 existem em 500 mL de solução 1,5 M desse ácido?

14. Qual a molaridade da solução obtida a partir da diluição de 4,8 mols de HCl a 5 litros?

15. Em que volume de solução 0,8 M de HClO4 existem 2,4 mols desse ácido?

16. 25 mL de solução 0,05 M de HCl são misturados a 50 mL de solução 0,1 M de HCl e o volume completado a 1250 mL. Qual a molaridade da solução obtida?

17. Quantos gramas de H2SO4 serão necessários para preparar 1,2 litros de solução 2 M?

18. Com 12 g de KCl são preparados 500 mL de solução do sal. Qual a concentração molar em potássio da solução obtida?

19. Qual a massa de CaCl2 necessária para preparar 500 mL de solução 0,1 M em Ca?

20. Dissolve-se em água 2,5 g de NaCl, 1,8 g de MgCl2 e 0,9 g de SnCl4 completando-se o volume a 500 mL. Qual a concentração molar em cloreto?

21. São misturados 100 mL de solução 0,2 M de Na2SO4, 25 mL de solução 0,1 M de

NaCl e 50 mL de solução 0,5 M de MgSO4. Completa-se o volume a 500 mL.

Pede-se a concentração molar dos íons Na+ , Mg2+

, Cl- e SO4

2. Qual a concentração de íons H+ em uma solução 0,02 M de H2SO4? E em uma solução 0,01 M?

23. Qual a concentração em íons-grama H+ L-1 em uma solução 0,01 M em HCl?

24. Quando 8,9 g de H2SO4 são dissolvidos a 1000 mL qual será a concentração da solução em íons-grama de H+ L-1?

25. Qual a concentração de OH- em uma solução 0,001 M em NaOH?

26. Uma solução 0,02 M em NaOH foi preparada pela diluição de 20 mL de uma “solução estoque” a 500 mL. Qual a molaridade da solução estoque?

27. Tomam-se 20 mL de uma solução contendo sódio (solução A) e diluem-se a 500 mL, obtendo-se uma solução diluída (solução B). Tomam-se agora 5 mL da solução B e dilui-se a 100 mL, obtendo-se uma solução C. Sabendo-se que a concentração da solução C é de 12 µg mL-1 , calcular a concentração da solução

28. A que volume devem ser diluídos 25 mL de HCl 0,1 M para que a solução obtida seja 0,025 M em HCl?

29. Uma massa de 575 mg do fertilizante KCl são dissolvidos em água e o volume completado a 250 mL (solução A). Em seguida, 10 mL da solução A são diluídos a 200 mL, obtendo-se a solução B. Novamente 10 mL da solução B são diluídos a 100 mL, obtendo-se uma solução C. Determinando-se o potássio na solução C, encontra-se que a concentração da mesma é 4,5 µg K+ mL-1 . Pergunta-se a porcentagem de K2O no fertilizante.

30. Um adulto possui, em média, 5 L de sangue com cloreto de sódio dissolvido na concentração de 5,8 g L-1 . Qual a massa total de NaCl no sangue de uma pessoa adulta?

31. Sabendo que o leite bovino contém um açúcar (lactose) na concentração de 45 g

L-1 , determine a massa de lactose em uma xícara que contém 50 mL de leite.

32. O ar livre de poluição pode conter ozônio na concentração máxima de 80 microgramas (µg) por metro cúbico. Imagine uma sala com dimensões de 5m x 4m x 3m, contendo 7,2 mg de ozônio espalhados no ar. O ar da sala está poluído?

3. A secreção média de lágrimas de um ser humano é de 1 mL por dia. Admitindo que as lágrimas possuam sais com concentração de 6 g L-1 , calcule qual a massa de sais perdida em um dia.

34. A concentração de sais na água do mar, em média, é igual a 35 g L-1 . Em uma salina, um tanque com dimensões de 10m x 5m x 1m foi completamente preenchido com água do mar. Após a evaporação, qual a massa de sal que

35. A sacarina é um adoçante artificial que possui um sabor centenas de vezes mais intenso que o açúcar comum. Qual é a concentração de sacarina deste refrigerante segundo o rótulo de uma garrafa de refrigerante light: volume = 1,5 L; sacarina = 116 mg?

36. O suco de laranja contém açúcares com concentração em torno de 104 g L-1 .

Admitindo que o suco de duas laranjas seja suficiente para encher um copo de

200 cm3 , determine a massa média de açúcares em cada laranja (Dado: 1 L =

37. Pode-se obter magnésio a partir da água do mar, que contém íons Mg2+ na concentração de 1,2 g L-1 . Nessas condições, para obter 6,0 kg de magnésio, quanto de água do mar uma indústria química tem de utilizar?

38. Sabendo-se que o soro fisiológico contém sal de cozinha na concentração de 9 g L-1 , calcule o volume de soro que você pode preparar com 45 g de NaCl.

39. A água potável pode conter uma quantidade máxima de 1,0 mg de íons Ba2+ por litro. Sabendo que 1,0 L de água potável pesa 1 kg, quanto corresponde essa concentração de bário em µg kg-1?

40. Em uma lata de 500 g de atum, informa-se que há mercúrio na concentração de

0,5 mg kg-1 . Qual será a massa de mercúrio nessa lata?

41. O vinagre contém 5% em massa de ácido acético. Qual será a massa desse ácido em uma salada com 20 g de vinagre?

42. Cada 1,0 g de sal de cozinha contém 7,6 x 10-5 g de iodeto de potássio (KI), adicionado no alimento para evitar o bócio, uma anomalia da glândula tireóide. Transforme essa quantidade de iodeto de potássio em porcentagem e em mg

43. Um fertilizante contém 20% N; 10% P2O5 e 8% K2O. Quantos quilogramas de N, P e K são incorporados ao solo, quando aplicados 500 kg ha-1 desse fertilizante?

4. Quantos mols de potássio existem na mistura de 10 g de nitrato de potássio com 2.0 mg de sulfato de potássio?

45. São incorporadas 2 toneladas de calcário contendo 20% cálcio à camada de 0-10 cm de 1 hectare de solo, com densidade 1,3 g cm-3 que apresentava um teor de

156 mg Ca kg-1 . Qual será o novo teor de cálcio nesse solo?

46. Quantos gramas de cloreto de potássio devem ser diluídos em 105 mL de água para se obter uma solução nutritiva de concentração 25 mg K L-1?

47. Quantos gramas de sulfato de sódio devem ser dissolvidos em 500 mL de água para se obter uma solução 0,02 mol L-1 Na+?

48. Quantos miligramas de potássio existem em 20 mL de uma solução de dicromato de potássio 0,02 mol L-1?

49. Diluem-se 25 mL de uma solução a 500 mL. A análise da solução diluída revela as concentrações 112 mg L-1 K+; 25 mg L-1 N e 28 mg L-1 P. Qual a concentração desses elementos na solução inicial em mol L-1?

50. 20 mililitros de uma solução cuja concentração é 800 mg L-1 CaCl2 são transferidos para um balão volumétrico de 250 mL, completando-se o volume.

Qual a concentração de íons cálcio e cloreto na solução diluída?

51. Qual será a concentração de nitrogênio em mg L-1 nas soluções: 0,12 mol L-1 KNO3; 0,08 mol L-1 de (NH4)2SO4 e 0,048 mol L-1 de NH4NO3?

52. Quantos mililitros de uma solução 0,12 mol L-1 K3PO4 devem ser adicionados a um balão de 500 mL para se obter uma solução 0,03 mol L-1 K+?

53. Uma vinhaça, resíduo da destilação de álcool etílico contendo potássio na concentração de 0,62 g K2O L-1

, foi aplicada ao solo com densidade 1,2 g cm3 , na dose 150 m3 ha-1 . Qual será o aumento esperado no teor de K do solo na camada de 0-20 cm?

Respostas aos Exercícios Propostos:

mg L-1 Cl-

2. EQUILÍBRIO QUÍMICO

Uma substância, a nitroglicerina, promove uma explosão, como resultado de uma reação química. Nela, o volume dos produtos formados é muitíssimo superior ao volume dos reagentes; a explosão nada mais é essa súbita expansão de volume:

Essa reação química é uma reação irreversível, pois uma vez iniciada só tem um sentido: o dos reagentes em direção aos produtos.

Na verdade reações químicas irreversíveis são raras e os químicos costumam dizem que, a rigor, nenhuma reação é totalmente irreversível. Uma reação é reversível quando ocorre em ambos os sentidos:

I2(g)+ H2(g)  2 HI(g)(1)
2 HI(g) I2(g)+ H2(g)(2)

Iodo e hidrogênio gasosos reagem para formar ácido iodídrico gasoso, HI, mas o inverso também é verdadeiro.

Partindo de 1 mol de iodo e 1 mol de hidrogênio como reagentes, contidos em um volume V, obtém-se HI, como indicado na reação 1, com velocidade máxima no início e que vai diminuindo com o transcorrer do tempo. Simultaneamente, a velocidade da reação inversa (2), nula no início, se intensifica. Chega um momento em que tanto a velocidade de produção de HI como de sua decomposição se igualam:

e nesse momento diz-se que a reação atingiu o equilíbrio. Trata-se de um sistema dinâmico, pois ambas as reações ocorrem simultaneamente embora não haja alteração observável na concentração dos produtos ou dos reagentes.

Quando o sistema atinge o equilíbrio verifica-se que existem 0,213 mols de I2, 0,213 mols de H2 e 1,573 mols de HI no volume V. Se a reação fosse irreversível teríamos 2 mols de HI e nenhuma quantidade de reagente sobrando, mas, apesar de se obter menor quantidade de HI, o sistema atingiu o equilíbrio num ponto em que favorece a formação do produto HI. Isso poderia não ter acontecido se o equilíbrio já fosse atingido quando apenas uma pequena quantidade de HI tivesse sido formada.

2.1. Constante de equilíbrio

Os químicos noruegueses Guldberg e Waage estabeleceram uma lei que diz: “a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional às concentrações dos reagentes elevadas a expoentes que são os respectivos coeficientes da equação química”. No nosso exemplo:

I2(g)+ H2(g)  2 HI(g)v1 = k1[I2][H2]
2 HI(g) I2(g)+ H2(g)v2 = k2[HI]2

onde k é um coeficiente de proporcionalidade chamado constante de velocidade. Quando o equilíbrio é estabelecido v1 e v2 são iguais, portanto:

pois a razão entre duas constantes também é uma constante, no caso constante de equilíbrio.

Concentrações iniciais

Concentrações no equilíbrio mol L-1 x 103

Diferentes quantidades de I2 e H2 podem ser postas para reagir e o equilíbrio sempre será atingido. Dependendo dessas concentrações iniciais de reagentes, diferentes quantidades de produtos e reagentes estarão presentes no meio quando se atingir o equilíbrio. Assim, não importam quais forem as condições iniciais, as concentrações de produtos e reagentes no equilíbrio serão tais que colocadas na expressão de K fornecerão o valor de 54,4.

A constante de equilíbrio de uma reação é, portanto, a relação entre as concentrações dos produtos e as concentrações dos reagentes, quando se atinge o ponto de equilíbrio. Essas concentrações são elevadas a potência de grau igual aos coeficientes que as espécies apresentam na equação representativa da reação química.

Em relação ao estado de equilíbrio, é importante ressaltar que ele pode corresponder a infinitas combinações de concentrações de produtos e reagentes. Diferentemente do que se poderia pensar, não ocorre obrigatoriamente algum tipo de igualdade de concentração. A única regra é que no estado de equilíbrio as concentrações de reagentes e produtos colocadas na expressão da constante de equilíbrio forneçam um valor fixo.

De maneira geral, a constante de equilíbrio reflete a relação que existe entre os valores de concentração de produtos e reagentes:

]reagentes[

K sendo igual 54,4 indica que no equilíbrio existe uma maior quantidade de produtos que de reagentes, enquanto que um valor de 0,000018 indica que o equilíbrio foi atingido para uma quantidade ínfima de produtos.

A constante de equilíbrio é expressa em termos de concentração para soluções, ou também em termos de pressão quando se trata de reações envolvendo gases. Quando existem substâncias sólidas envolvidas na reação, elas não aparecem na equação da constante de equilíbrio:

Zno(s) + Cu2+(aq) ↔ Zn2+(aq) + Cuo(s)K =
2-(aq)K = [Ba2+][SO4

2.2. Princípio de Le CHATELIER

Quando se perturba o estado de equilíbrio químico por uma ação direta, como aumento da concentração de um dos reagentes, o sistema reage no sentido de minimizar a perturbação. Isso em suma é o princípio de Le Chatelier. Na esterificação do ácido acético pelo álcool etílico:

ácidoálcool éster água

CH3-COOH + CH3-CH2OH ↔ CH3-COO-C2H5 + H2O produz-se acetato de etila e água. A constante desse equilíbrio é quatro. Se partirmos de concentrações iguais de reagentes, 0,2 mol L-1 , estabelecemos um equilíbrio, conforme indicado pelos valores de concentração a seguir.

Se aumentarmos a concentração de álcool etílico em 0,1 mol L-1 o sistema reage no sentido de minimizar essa ação, ou seja, consumir o acréscimo de álcool, deslocando o equilíbrio para direita e aumentando a concentração dos produtos. A constante de equilíbrio não se altera.

Ácido Álcool Éster Água Situação do

Sistema mol L-1

Constante. de Equilíbrio.

Interferência 0,066

Não somente a alteração na concentração de reagentes constitui uma interferência no equilíbrio químico, mas também alterações na pressão e na temperatura. O exemplo clássico é a síntese da amônia onde ocorre o equilíbrio:

Como a reação no sentido de produção de NH3 é exotérmica e se dá com contração de volume, o máximo rendimento se dá sob resfriamento e pressões elevadas.

2.3. Efeito de diluição

Como um equilíbrio químico é afetado pela diluição? Isso depende da reação considerada; pode até não alterar em nada a posição de equilíbrio. Veja o caso da esterificação do ácido acético e observe sua constante de equilíbrio:

álcooldemassa .

ácidodemassa ésterdemassa .

águademassa álcooldemassaácidodemassa ésterdemassaáguademassaK .

O aumento do volume V por diluição não muda a proporção das massas de reagentes e produtos no equilíbrio. Entretanto, na dissociação do ácido acético teríamos:

HAcmassa

OHmassa.Acmassa

Neste caso o aumento de volume pela diluição leva a uma mudança para que o valor de K permaneça constante, ou seja, as massas dos produtos devem aumentar. A diluição dos ácidos fracos faz aumentar o seu grau de ionização.

Os catalisadores não afetam um equilíbrio químico mas aceleram a velocidade das reações químicas. Permitem que o equilíbrio químico seja atingido mais rapidamente, sem contudo modificar as concentrações dos reagentes no equilíbrio.

Quem prevê se uma reação ocorre espontaneamente ou não é a Termodinâmica. O fato de uma reação ser possível não tem relação nenhuma com a velocidade com que ela ocorre. Os gases hidrogênio e oxigênio podem permanecer em contato sem que moléculas de água sejam produzidas e será necessário empregar um catalisador para que tal reação ocorra.

Problemas

2.1. Em uma solução 0,002 mol L-1 de NH3 sabe-se que 10% das moléculas são ionizadas. Calcule a constante de ionização.

2.2. Faz-se uma mistura de 138g de álcool etílico (CH3-CH2OH) e 60g de ácido acético(CH3-COOH). Sabendo-se que 90,5% do ácido foi esterificado, calcular a constante de equilíbrio dessa reação em termos de concentração.

3. ATIVIDADE IÔNICA

Quando preparamos uma solução 0,1 mol L-1 de K2SO4 podemos deduzir de imediato que a concentração do íon potássio, K+ , é 0,2 mol L-1 . Lembrando do número de Avogadro, poderíamos também informar que existem 0,2 x 6,02 1023 ou 1,20 1023 íons K+ em um litro daquela solução. Esse cálculo corresponde a uma situação ideal. Soluções ideais são aquelas nas quais admitimos não existir nenhuma interação entre solutos ou entre soluto e solvente.

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