UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CAMPUS ITABIRA
QUI007 – QUÍMICA ANALÍTICA PROF. DR. EDISON APARECIDO LAURINDO https://sites.google.com/site/profedisonlaurindo 1ª LISTA DE EXERCÍCIOS 1) O ácido clorídrico, HCl, conhecido comercialmente como ácido muriático, é usado no refino de minérios de estanho e tântalo. Comercialmente ele pode ser adquirido como uma solução concentrada de título 37% (37 cg g-1) e densidade 1,19 g mL -1, a 20 C. Calcule os volumes desta solução em estoque necessários para preparar as seguintes soluções: (a) 2,00 L, concentração 2,1 mol L -1; (b) 1,0 L, concentração 0,125 mol L -1; (c) 25 mL, concentração 1,10 mol L -1. Respostas: (a) 0,35 L , (b) 10 mL , (c) 2,3 L. 2) O tetracloreto de titânio (TiCl4) é um líquido utilizado na produção de pérolas artificiais, vidros iridescentes e titânio metálico (pelo método Kroll). Esta substância é obtida aquecendo-se rutilo na presença de cloro e carbono, segundo a equação química não balanceada: FeTiO3(s ) + Cl2(g ) + C(s ) → TiCl4(l ) + FeCl3(s ) + CO(g ) (a) O que é um vidro iridescente? (b) Em que consiste o método Kroll na produção de titânio metálico? (c) Calcule as massas dos produtos formados a partir de 2,43 Kg de rutilo. Resposta: (c) 3,04 kg TiCl4; 2,60 kg FeCl3; 1,34 kg CO. 3) O ácido fosfórico (H3PO4) é usado no tratamento de superfícies metálicas para prevenir a corrosão, num processo conhecido como fosfatização. Ao ser neutralizado com hidróxido de sódio (NaOH) obtémse fosfato de sódio (Na3PO4) e água. Duas soluções diferentes de ácido fosfórico foram tituladas com uma solução de NaOH de concentração 0,125 mol L -1. Com base nos dados abaixo, calcule as concentrações das soluções de ácido fosfórico: (a) volume de solução de ácido: 5,00 mL; volume da solução de NaOH gasto: 47,5 mL. Resposta: 0,396 mol L -1. (b) volume da solução de ácido: 50,00 mL; volume da solução de NaOH gasto: 23,4 mL. Resposta: 0,0195 mol L -1. 4) O fósforo branco (P4) é uma substância muito empregada para finalidades bélicas, na confecção de bombas incendiárias e granadas luminosas. Ele é obtido pelo aquecimento em forno elétrico, de fosfato de cálcio, areia e coque. A equação química (não balanceada) correspondente é: Ca3(PO4)2(s ) + SiO2(s ) + C(gr.) → CaSiO3(s ) + CO(g ) + P4(s )
Determine qual o reagente limitante quando as seguintes quantidades são colocadas para reagir: (a) 2,0 mols de Ca3(PO4)2, 4,0 mols de SiO2 e 6,0 mols de C; (b) 60,0 g de Ca 3(PO4)2, 25,0 g de SiO2 e 10,0 g de C; (c) 50,0 kg de cada reagente. Respostas: (a) C, (b) SiO2, (c) Ca3(PO4)2. 4) Uma indústria siderúrgica utiliza, para a obtenção do ferro, um minério contendo 90,6 cg g-1 de magnetita (óxido de ferro, Fe3O4). Este óxido reage com coque (carbono, C) formando ferro e gás carbônico (CO2). Sabendo que esta indústria consome por dia 250 toneladas de minério, calcule a massa de ferro produzida diariamente. Resposta: 164 t. 5) O cobre é uma substância muito cara e, portanto, justifica-se o seu reaproveitamento a partir de materiais metálicos. Neste processos de eletrorrefino, o anodo é o material impuro contendo cobre; o cobre oxidado no anodo é depositado no catodo, livre de impurezas. (a) Calcule o rendimento de um processo de eletrorrefino de cobre se, após 6,00 horas de operação a uma corrente de 2,40 A, a massa do catodo aumentou de 15,3 g. (b) Esquematize a célula eletroquímica utilizada no processo bem como todas as reações, fluxo de íons e elétrons envolvidos no processo. Resposta: 89,5%. 6) Escreva as constantes de equilíbrio para as seguintes reações: (a) 2H2O(g )
⇌
2H2(g ) + O2(g ); (b) 2NO(g ) + O2(g )
⇌
2NO2(g ); (c) O2(g ) +
2SO2(g ) ⇌ 2SO3(g ); (d) 4HCl(g ) + O2(g ) ⇌ 2H2O(g ) + 2Cl2(g ); (e) NOCl(g ) ⇌ NO(g ) + ½Cl2(g ). 7) Grafite natural de boa qualidade para uso industrial (eletrodos, cadinhos, escovas para motores elétricos, etc.) é escasso; consequentemente a produção de grafite artificial é crescente. Em atmosferas ricas em dióxido de carbono, a 1000 C, o grafite reage segundo a seguinte reação química não balanceada:
C(gr.) + CO2(g )
CO(g )
Se a 1000 C, as pressões parciais de CO e CO2 são 1,544 atm e 1,228 atm, respectivamente, calcule os valores de K p e K c para esta reação. Deduza a expressão K ) n a partir de K c = [C]c[D]d/[A]a[B]b; p i = p = K c( RT c d a b RT (n i/ V ) = RTc i; K p = ( p C )(pD )/( p A )( p B ). Resposta: K p = 1,942 atm; K c = 1,859 10-2 mol L -1. 8) O corpo humano contém aproximadamente 70% de água em massa. Na temperatura normal do corpo humano, 37,0 C, a concentração do íon H3O+ em água pura é 1,545 10-7 mol L -1. Qual é o valor de K w nesta temperatura? Resposta: K w = 2,387 10-14 mol2 L -2. 9) O ácido propiônico, CH3CH2COOH, é um ácido monoprótico fraco; alguns de seus sais (por exemplo, o propionato de cálcio) são empregados como inibidor de fungos e conservante de alimentos. (a) Diferencie um ácido poliprótico de um ácido monoprótico. (b) Qual é o
valor de K a para este ácido se uma solução sua, de concentração inicial 0,100 mol L -1, apresenta as seguintes concentrações de equilíbrio: [CH3CH2COOH]eq = 9,89 10-2 mol L -1; [CH3CH2COO-]eq = 1,13 10-3 mol L -1. Resposta: K a = 1,29 10-5 mol L -1. 10) A morfina, C17H19NO3, é uma substância de origem vegetal muito utilizada como anestésico potente para aliviar dores muito fortes. Ela, quando dissolvida em água comporta-se como uma monobase fraca. Calcule o valor de K b para a morfina sabendo que uma solução sua, de concentração inicial 5,00 10-4 mol L -1, apresenta as seguintes concentrações de equilíbrio: [C17H19NO3]eq = 4,72 10-4 mol L -1; [C17H19NO3H+]eq = [OH-]eq = 2,75 10-5 mol L -1. Resposta: K b = 1,60 10-6 mol L -1. 11) O fluoreto de cálcio, CaF2, é um sal pouco solúvel usado na fluoretação da água potável; o elemento químico flúor é extremamente importante na prevenção da cárie dentária. Calcule o valor de K ps para o fluoreto de cálcio, sabendo que as concentrações de equilíbrio para os íons dissociados são: [Ca2+] = 2,04 10-4 mol L -1; [F-] = 4,08 10-4 mol L -1. Resposta: K ps = 3,40 10-11 mol L -1. 12) O cianeto de sódio, NaCN, é uma substância utilizada no processo de obtenção de ouro e prata partir de minério contendo estes metais. Este sal, quando dissolvido em água, o seu ânion se hidrolisa gerando ácido cianídrico. Calcule o valor da constante de hidrólise sabendo-se
H3O+(aq ) + CN-(aq ); K a = 4,90 10-10 mol L que: HCN(aq ) + H2O(l ) 1. Resposta: K h = 2,04 10-5 mol L -1. 13) O sulfeto de hidrogênio, H2S, é um gás encontrado em minas de carvão, jazidas de gás, em águas sulfurosas e em matéria orgânica, que contém enxofre, em decomposição (por exemplo, ovo podre). A altas temperaturas este gás se decompõe de acordo com a seguinte equação química não balanceada: H2S(g )
H2(g ) + S2(g )
Quando 0,0750 mols deste gás são colocados num balão de 7,50 L e aquecidos a 1132 C, encontra-se que a quantidade de equilíbrio de H2 é 0,0214 mols. Calcule o valor de K c a esta temperatura. Resposta: K c = 2,27 10-4 mol L -1. 14) A etilenodiamina, C2H8N2, é uma substância líquida, viscosa, utilizada como um estabilizante de borracha de látex. Quando dissolvida em água, ela se ioniza segundo a equação:
C2H8N2(aq ) + H2O(l )
C2H9N2+(aq ) + OH-(aq )
Uma solução aquosa desta base de concentração 0,125 mol L-1 tem grau de ionização de 2,61%. Calcule o valor de Kb para esta base. Resposta: K b = 8,71 10-5 mol L -1.
15) O sulfato de estrôncio, SrSO4, é um pó branco usado na indústria de cerâmicas e na fabricação de fogos de artifício. A 25 C, sua solubilidade é 91,8 mg L -1. Calcule o valor de K ps para este sal. Resposta: K ps = 2,50 10-7 (mol L -1)2. 16) O óxido de nitrogênio, NO, é um gás formado durante a combustão da gasolina nos motores de automóveis; ele é instável e reage imediatamente com o oxigênio do ar formando o dióxido de nitrogênio (NO2, um gás muito tóxico). Para a sua reação de formação não balanceada:
N2(g ) + O2(g )
NO(g )
a 2400 K, K c = 2,5 10-3. Se nesta temperatura, a mistura de equilíbrio contém concentrações de 2,4 10-2 mol L -1 de N2 e 5,4 10-2 mol L -1 de O2, qual a concentração de equilíbrio do produto? Resposta: 1,8 10-3 mol L -1. 17) O ácido fórmico, HCOOH, é um ácido monoprótico encontrado em glândulas de formigas vermelhas, provindo daí o seu nome; ele é a substância responsável pela dor produzida pela picada da abelha e da formiga. Com base no valor de K a, calcule as concentrações de equilíbrio para as espécies numa solução aquosa de concentração inicial 1,25 mol L -1 do ácido. Dado: HCOOH( aq ) + H2O(l )
1,77
H3O+(aq ) + HCOO-(aq ); K a =
10-4 mol L -1. Respostas: [H3O+] = [HCOO-] = 1,49
10-2 mol L -1;
[HCOOH] = 1,235 mol L -1. 18) O nitrato de amônio, NH4NO3, é um sal muito utilizado na fabricação de fogos de artifício; ele é também usado na obtenção do gás hilariante (N2O). Sabendo-se que este sal se hidrolisa quando dissolvido em água, calcule as concentrações de equilíbrio para as seguintes soluções: (a) concentração inicial do sal 0,100 mol L -1; (b) concentração inicial do sal 0,200 mol L -1. Respostas: (a) [NH3] = [H3O+] = 7,43 10-6 mol L -1; [NH4+] 0,100 mol L -1. (b) [NH3] = [H3O+] = 1,05 10-5 mol L -1; [NH4+] 0,200 mol L -1. 19) O carbonato de bário, BaCO3, é um pó branco de ampla aplicação industrial; ele é usado na fabricação de cerâmicas especiais, tintas, vidros ópticos, etc. Calcule a solubilidade (expressa como concentração em massa) deste sal a 25 C, em: (a) água; (b) numa solução de BaCl2 de concentração 0,100 mol L -1, sabendo-se que K ps (BaCO3) = 8,1 10-9 mol2 L -2. Respostas: (a) s (BaCO3 em água) = 9,0 mg L -1; (b) s (BaCO3 em BaCl2 0,100 mol L -1) = 4,1 g L -1. 20) As reações de precipitação de sais pouco solúveis são utilizados em Química Analítica como método de identificação de íons, tais como Ag+, Pb2+, Al3+. Ao se misturar as soluções indicadas abaixo, preveja em cada caso se haverá ou não a formação de um precipitado de:
(a) AgCl, ao se misturar 50,0 mL de solução de NaCl de concentração 1,00 10-4 mol L -1 com 50,0 mL de solução de AgNO3 de concentração 1,00 10-4 mol L -1; Resposta: Sim, Q = 2,50 10-8 mol3 L -3 K ps . (b) PbI2, ao seu misturar 25,0 mL de solução de Pb(NO3)2 de concentração 1,00 10-3 mol L -1 com 25,0 mL de solução de KI de concentração 1,00 10-2 mol L -1; Resposta: Não, Q = 1,25 10-8 mol3 L 3 K ps . (c) Al(OH)3, ao seu misturar 100,0 mL de solução de Al(NO3)3 de concentração 1,00 10-3 mol L -1 com 50,0 mL de solução de NaOH de concentração 1,00 10-2 mol L -1. Resposta: Sim, Q = 2,46 10-11 mol4 L -4 K ps . 21) Soluções aquosas de iodeto de hidrogênio, HI (um gás), são conhecidas como ácido iodídrico. Este ácido é um importante reagente usado na fabricação de produtos farmacêuticos, desinfetantes, etc. Calcule o pH de soluções deste ácido com as seguintes concentrações: (a) 0,500 mol L -1; (b) 5,00 10-3 mol L -1; (c) 1,25 10-5 mol L -1. Respostas: (a) 0,30; (b) 2,30; (c) 4,90. 22) As baterias de automóveis, conhecidas como baterias chumboácido, possuem eletrodos de chumbo e de óxido de chumbo, imersos numa solução aquosa de ácido sulfúrico. Calcule o pH de uma solução aquosa de ácido sulfúrico, a 25 C, de concentração 1,20 10-2 mol L -1. Resposta: 1,90. 23) O hidróxido de potássio, KOH, é uma substância sólida incolor, utilizada na fabricação de sabões líquidos, enquanto o hidróxido de sódio é usado na fabricação de sabões sólidos. Calcule o pH de soluções de hidróxido de potássio com as seguintes concentrações: (a) 1,10 10-3 mol L -1; (b) 6,84 10-5 mol L -1; (c) 0,125 mol L -1. Respostas: (a) 11,04; (b) 9,84; (c) 13,10. 24) A etilamina, C2H7N, é um gás à temperatura ambiente, sendo infinitamente solúvel em água. Ela é usada na fabricação de resinas, corantes, produtos farmacêuticos, etc. Calcule o pH de soluções aquosas de etilamina, a 25 C, com as seguintes concentrações iniciais: (a) 1,00 mol L -1; (b) 0,0250 mol L -1. Respostas: (a) 12,40; (b) 11,57. 25) A metilamina, CH3NH2 é uma substância que ocorre na urina dos cães após os mesmos terem ingerido carne. Esta também é encontrada em algumas plantas. O cloreto de metilamínio, CH3NH3Cl, hidrolisa-se em água formando a metilamina. Calcule o pH de soluções aquosas de cloreto de metilamínio, com as seguintes concentrações: (a) 3,50 10-2 mol L -1; (b) 0,750 mol L -1. Respostas: (a) 6,01; (b) 5,35. 26) O formato de sódio, NaHCOO, é um sólido branco usado na indústria de tecidos, nos processos de tingimento de fibras. Calcule o pH de soluções aquosas deste sal, a 25 C, com as seguintes
concentrações: (a) 0,145 mol L -1; (b) 1,00 mol L -1. Respostas: (a) 8,45; (b) 8,88. 27) A partir do valor de pH de cada uma das soluções abaixo, calcule o valor da concentração de H3O+: (a) suco gástrico, pH = 1,50; (b) cerveja, pH = 4,25; (c) vinagre, pH = 2,90; (d) suco de limão, pH = 2,30; (e) água gaseificada, pH = 3,90. Respostas: (a) 3,16 10-2 mol L -1; (b) 5,62 105 mol L -1; (c) 1,26 10-3 mol L -1; (d) 5,01 10-3 mol L -1; (e) 1,26 10-4 mol L -1. 28) Os hidróxidos metálicos são substâncias extremamente importantes na Química. Eles são usados em processos industriais (na fabricação de sabões), em medicamentos (como antiácidos), na construção civil (cal), etc. Calcule a partir do valor de pH, as concentrações das seguintes soluções de hidróxidos metálicos: (a) NaOH, pH = 13,80; (b) KOH, pH = 12,20; (c) Ca(OH)2, pH = 9,88; (d) KOH, pH = 10,26; (e) NaOH, pH = 11,77. Respostas: (a) 0,631 mol L -1; (b) 1,58 10-2 mol L -1; (c) 3,79 10-5 mol L -1; (d) 1,82 10-4 mol L -1; (e) 5,89 10-3 mol L -1. 29) O ácido fórmico, HCOOH, é usado na fabricação de formato de metila (um inseticida usado na proteção de frutas secas) e de formato de etila (sabor artificial de rum). Calcule os valores das concentrações iniciais de ácido fórmico, a 25 C, para as soluções cujos valores de pH são: (a) 1,88; (b) 4,55. Respostas: (a) 0,997 mol L -1; (b) 3,27 10-5 mol L -1. 30) A eletrodeposição de metais é conhecida popularmente como niquelação, cromação, etc., dependendo de qual metal é eletrodepositado (níquel, cromo, etc.). O cianeto de sódio, NaCN, é um sal muito utilizado em banhos de eletrodeposição. Este sal quando dissolvido em água hidrolisa-se formando um ácido fraco. Calcule as concentrações iniciais de soluções aquosas deste sal, cujos valores de pH, a 25 C, são: (a) 8,75; (b) 10,43. Respostas: (a) 7,17 10-6 mol L -1; (b) 3,82 10-3 mol L -1.
