Química Geral: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 14 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Estequiometria

Mols
n = m/M
Concentração
c = n/V
Razão molar
use os coeficientes da equação balanceada
Reagente limitante
o que acaba primeiro
Rendimento percentual
real / teórico × 100%

Método

  1. Escreva e balanceie a equação química.
  2. Converta a massa dada em moles: n = m/M.
  3. Use os coeficientes como razão molar para encontrar os mols da substância desejada.
  4. Converta de volta para massa com m = n·M. Com dois reagentes, encontre primeiro o reagente limitante.

Molaridade e diluição

Molaridade
c = n/V (mol/L)
Mols
n = m/M
Diluição
c1V1 = c2V2
Mistura
c = (c1V1 + c2V2)/(V1 + V2)

Método

  1. Converta massa em mols com n = m/M.
  2. Converta o volume para litros.
  3. Molaridade c = n/V em mol/L.
  4. Em uma diluição, o número de mols permanece o mesmo: c₁V₁ = c₂V₂.

Lei dos gases ideais

Lei dos gases ideais
pV = nRT
Constante dos gases
R = 8,314 J/(mol·K)
Lei geral dos gases
p1V1/T1 = p2V2/T2
Mols
n = m/M
Temperatura
T[K] = T[°C] + 273,15

Calorimetria e entalpia

Calor
q = m·c·ΔT
Água
c = 4,18 J/(g·°C)
Calorímetro
calor cedido = calor recebido
Entalpia de reação
ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)

Equilíbrio químico

Constante de equilíbrio
Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
Tabela ICE
Inicial, Variação (×coeficiente), Equilíbrio
Equação do segundo grau
x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Método

  1. Escreva Kc com os produtos sobre os reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente.
  2. Monte uma tabela ICE: Inicial, Variação (em passos de x vezes os coeficientes), Equilíbrio.
  3. Coloque as expressões de equilíbrio em Kc e resolva para x.
  4. Verifique se x é pequeno o bastante para uma aproximação; caso contrário, resolva a equação do segundo grau.

pH e tampões

pH
pH = −log[H⁺]
pOH
pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Ácido fraco
[H⁺] ≈ √(Ka·c)
Tampão
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
Diluição
c1V1 = c2V2

Método

  1. Decida se o ácido ou a base é forte (totalmente dissociado) ou fraco.
  2. Ácido forte: [H⁺] é igual à sua concentração. Base forte: encontre [OH⁻] primeiro.
  3. Ácido fraco: resolva Ka = x²/(c − x) para x = [H⁺].
  4. pH = −log[H⁺], e pH + pOH = 14 a 25 °C.

Cinética química

Primeira ordem
ln(CA/CA0) = −kt
Meia-vida (primeira ordem)
t½ = ln 2/k
Segunda ordem
1/CA = 1/CA0 + kt
Arrhenius
k = A·e−Ea/(RT)
Duas temperaturas
ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)

2Exercícios

1.EstequiometriaMédia
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 2/ν× M(H2​O)

16 g de H2 e 40 g de O2 reagem segundo 2H2 + O2 → 2H2O. Que massa m de H2O se pode formar?

M(H2) = 2,016M(O2) = 32M(H2O) = 18,02 g/mol
m = g
2.EstequiometriaDifícil
m(N2​)n(N2​)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(N2​)× 2/1× M(NH3​)

Na reação N2 + 3H2 → 2NH3, 16 g de N2 reagem completamente (os outros reagentes em excesso) e recolhem-se 16,53 g de NH3. Calcule o rendimento percentual Y.

M(N2) = 28,02 g/molM(NH3) = 17,03 g/molreal: 16,53 g
Y = %
3.Molaridade e diluiçãoMédia
1 mol/LV1​0,1 mol/L1000 mL

Você precisa de 1000 mL de solução 0,1 mol/L e tem uma solução estoque 1 mol/L. Quanta água Vwater você deve adicionar à solução estoque?

c1 = 1 mol/Lc2 = 0,1 mol/LV2 = 1000 mL
Vwater = mL
4.Molaridade e diluiçãoDifícil
1 mol/L250 mL0,6 mol/L400 mLc = ?650 mL

250 mL de uma solução 1 mol/L são misturados com 400 mL de uma solução 0,6 mol/L da mesma substância. Calcule a concentração c da mistura (os volumes são aditivos).

c1 = 1 mol/LV1 = 250 mLc2 = 0,6 mol/LV2 = 400 mL
c = mol/L
5.Lei dos gases ideaisMédia
430 g de ArP = 500 kPaT = 40 °CV = ?

Que volume V ocupam 430 g de Ar a 500 kPa e 40 °C? Trate como gás ideal.

m = 430 gM = 39,95 g/molP = 500 kPaT = 40 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
6.Lei dos gases ideaisDifícil
Estado 1Estado 2

Uma quantidade fixa de O₂ passa de 350 kPa, 2 L, 20 °C para 100 kPa e 110 °C. Encontre o novo volume V2.

P1 = 350 kPaV1 = 2 LT1 = 20 °CP2 = 100 kPaT2 = 110 °C
V2 = L
7.Calorimetria e entalpiaMédia
Tf​ = ?Ferrom = 100 gT = 140 °Cc = 0,449 J/(g·°C)Águam = 300 gT = 18 °Cc = 4,18 J/(g·°C)

Um bloco de 100 g de ferro (c = 0,449 J/(g·°C)) a 140 °C é colocado em 300 g de água (c = 4,18 J/(g·°C)) a 18 °C em um copo isolado. Calcule a temperatura final Tf.

mmetal = 100 gcmetal = 0,449 J/(g·°C)Tmetal = 140 °Cmwater = 300 gTwater = 18 °Ccwater = 4,18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.Calorimetria e entalpiaDifícil
H25 g C2​H6​2C2​H6​ + 7O₂reagentes4CO₂ + 6H₂O(l)produtosq = ?

Use as entalpias padrão de formação para calcular o calor q liberado quando 25 g de C2H6 (M = 30,07 g/mol) queimam completamente: 2C2H6 + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O(l). Dê q como um número positivo.

ΔH°f(C2H6) = −84,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0
q = kJ
9.Equilíbrio químicoMédia
H2​I2​HII0,10,10C−x−x+2xE0,1 − x0,1 − x2x

0,1 mol/L de H₂ e 0,1 mol/L de I₂ são colocados em um recipiente e reagem: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, com Kc = 36. Calcule a concentração no equilíbrio [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,1 mol/LKc = 36
[HI] = mol/L
10.Equilíbrio químicoDifícil
PCl5​PCl3​Cl2​I0,2500C−x+x+xE0,25 − xxx

O PCl₅ se decompõe: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, com Kc = 0,2 na temperatura da reação. Um recipiente começa apenas com 0,25 mol/L de PCl₅. Calcule a concentração no equilíbrio [Cl2].

[PCl₅]₀ = 0,25 mol/LKc = 0,2
[Cl2] = mol/L
11.pH e tampõesMédia
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Calcule o pH pH de uma solução 0,25 mol/L de ácido acético (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).

c = 0,25 mol/LKa = 1,8 × 10⁻⁵
pH =
12.pH e tampõesDifícil
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Um tampão de 1,00 L contém 0,1 mol de ácido láctico e 0,2 mol da sua base conjugada (Ka = 0,00014). Juntam-se 0,05 mol de NaOH. Calcule o novo pH pH.

n(HA) = 0,1 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 0,00014
pH =
13.Cinética químicaMédia
t (min)C (mol/L)20 minC = ?

Uma reação com lei de velocidade −rA = k·CA² tem k = 0,2 L/(mol·min) e começa em 2 mol/L. Encontre a concentração CA depois de 20 min.

k = 0,2 L/(mol·min)CA0 = 2 mol/Lt = 20 min
CA = mol/L
14.Cinética químicaDifícil
Tk40 °C0,0160 °C?

Uma reação tem constante de velocidade de 0,01 min⁻¹ a 40 °C e energia de ativação de 75 kJ/mol. Encontre a constante de velocidade k2 a 60 °C.

k1 = 0,01 min⁻¹T1 = 40 °CT2 = 60 °CEa = 75 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)
k2 = min⁻¹

3Soluções

1.Estequiometria

Resposta: m = 45,05 g

Estequiometria: uma equação acertada conta partículas, não gramas. Converta a massa em moles com n = m/M, use os coeficientes da equação como razão molar e volte à massa com m = n·M. Com dois reagentes, o reagente limitante é o que se esgota primeiro e fixa quanto produto se forma.

Moles de cada reagente

n(H2) = 16/2,016 = 7,937 mol
n(O2) = 40/32 = 1,25 mol

Reagente limitante

7,937/2 = 3,968, 1,25/1 = 1,25 → O2

Massa de produto

n(H2O) = 1,25·2 = 2,5 mol
m = 2,5·18,02 = 45,05 g

Resposta

m = 45,05 g
2.Estequiometria

Resposta: Y = 84,99 %

Estequiometria: uma equação acertada conta partículas, não gramas. Converta a massa em moles com n = m/M, use os coeficientes da equação como razão molar e volte à massa com m = n·M. Com dois reagentes, o reagente limitante é o que se esgota primeiro e fixa quanto produto se forma.

Rendimento teórico

n(N2) = 16/28,02 = 0,571 mol
m = 0,571·2/1·17,03 = 19,45 g

Rendimento percentual

Y = 16,53/19,45·100 = 84,99%

Resposta

Y = 84,99%
3.Molaridade e diluição

Resposta: Vwater = 900 mL

Molaridade: concentração c = n/V em mol/L, com n = m/M. Diluir acrescenta solvente, mas não soluto, então o número de mols permanece o mesmo: c₁·V₁ = c₂·V₂. Quando duas soluções do mesmo soluto são misturadas, os mols se somam, e os volumes também.

Volume de solução estoque

V1 = c2·V2/c1 = 0,1·1000/1 = 100 mL

Água a adicionar

Vwater = 1000 − 100 = 900 mL

Resposta

Vwater = 900 mL
4.Molaridade e diluição

Resposta: c = 0,7538 mol/L

Molaridade: concentração c = n/V em mol/L, com n = m/M. Diluir acrescenta solvente, mas não soluto, então o número de mols permanece o mesmo: c₁·V₁ = c₂·V₂. Quando duas soluções do mesmo soluto são misturadas, os mols se somam, e os volumes também.

Quantidade total

n = 1·250 + 0,6·400 = 490 mmol

Concentração da mistura

c = 490/650 = 0,7538 mol/L

Resposta

c = 0,7538 mol/L
5.Lei dos gases ideais

Resposta: V = 56,05 L

Lei dos gases ideais: PV = nRT, com n = m/M.

Mols

n = 430/39,95 = 10,76 mol
T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Volume

V = nRT/P = 10,76·8,314·313,1/500 = 56,05 L

Resposta

V = 56,05 L
6.Lei dos gases ideais

Resposta: V2 = 9,149 L

Lei geral dos gases: para uma quantidade fixa de gás ideal, P1V1/T1 = P2V2/T2.

Temperaturas absolutas

T1 = 293,1 K, T2 = 383,1 K

Lei geral dos gases

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(350/100)·(383,1/293,1) = 9,149 L

Resposta

V2 = 9,149 L
7.Calorimetria e entalpia

Resposta: Tf = 22,22 °C

Calor e entalpia: aquecer uma substância exige q = m·c·ΔT. Em um calorímetro, o calor cedido pelo corpo quente é igual ao calor recebido pelo frio. A variação de entalpia de uma reação vem das entalpias de formação: ΔH° = ΣΔH°f(produtos) − ΣΔH°f(reagentes), cada uma multiplicada pelo seu coeficiente.

Balanço de calor

100·0,449·(140 − Tf) = 300·4,18·(Tf − 18)

Isole a temperatura final

Tf = (44,9·140 + 1254·18)/(44,9 + 1254) = 22,22 °C

Resposta

Tf = 22,22 °C
8.Calorimetria e entalpia

Resposta: q = 1297 kJ

Calor e entalpia: aquecer uma substância exige q = m·c·ΔT. Em um calorímetro, o calor cedido pelo corpo quente é igual ao calor recebido pelo frio. A variação de entalpia de uma reação vem das entalpias de formação: ΔH° = ΣΔH°f(produtos) − ΣΔH°f(reagentes), cada uma multiplicada pelo seu coeficiente.

Entalpia de reação

ΔH° = [4·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [2·(−84,7) + 7·0] = −3119 kJ

Calor para a massa dada

n = 25/30,07 = 0,8314 mol
q = n·|ΔH°/2| = 0,8314·1560 = 1297 kJ

Resposta

q = 1297 kJ
9.Equilíbrio químico

Resposta: [HI] = 0,15 mol/L

Equilíbrio químico: para aA + bB ⇌ cC + dD, a constante de equilíbrio é Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), usando as concentrações no equilíbrio. Uma tabela ICE (Inicial, Variação, Equilíbrio) liga as quantidades iniciais às quantidades no equilíbrio por meio de uma única incógnita x, multiplicada pelos coeficientes.

Expressão do equilíbrio

36 = (2x)²/(0,1 − x)²

Tire a raiz quadrada

6 = 2x/(0,1 − x) → x = 0,1·6/(2 + 6) = 0,075 mol/L

Concentração no equilíbrio

[HI] = 2x = 0,15 mol/L

Resposta

[HI] = 0,15 mol/L
10.Equilíbrio químico

Resposta: [Cl2] = 0,1449 mol/L

Equilíbrio químico: para aA + bB ⇌ cC + dD, a constante de equilíbrio é Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), usando as concentrações no equilíbrio. Uma tabela ICE (Inicial, Variação, Equilíbrio) liga as quantidades iniciais às quantidades no equilíbrio por meio de uma única incógnita x, multiplicada pelos coeficientes.

Expressão do equilíbrio

0,2 = x²/(0,25 − x) → x² + 0,2·x − 0,05 = 0

Resolva a equação do segundo grau

x = (−0,2 + √(0,2² + 4·0,05))/2 = 0,1449 mol/L

Concentração no equilíbrio

[Cl₂] = x = 0,1449 mol/L

Resposta

[Cl2] = 0,1449 mol/L
11.pH e tampões

Resposta: pH = 2,675

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], com pH + pOH = 14 a 25 °C. Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente. Um ácido fraco só em parte: Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺]. Um tampão de um ácido fraco e da sua base conjugada segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Equilíbrio

HA ⇌ H⁺ + A⁻: ionizam-se x mol/L de ácido.

Ka = x²/(0,25 − x) → x = 0,002112 mol/L

pH

pH = −log(0,002112) = 2,675

Resposta

pH = 2,675
12.pH e tampões

Resposta: pH = 4,553

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], com pH + pOH = 14 a 25 °C. Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente. Um ácido fraco só em parte: Ka = x²/(c − x), em que x = [H₃O⁺]. Um tampão de um ácido fraco e da sua base conjugada segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Neutralização

n(HA) = 0,1 − 0,05 = 0,05 mol
n(A⁻) = 0,2 + 0,05 = 0,25 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,854 + log(0,25/0,05) = 4,553

Resposta

pH = 4,553
13.Cinética química

Resposta: CA = 0,2222 mol/L

Velocidades de reação: para uma reação de primeira ordem −dC/dt = kC, então C = C₀·e−kt e a meia-vida ln 2/k não depende da concentração. Para uma reação de segunda ordem 1/C = 1/C₀ + kt. A constante de velocidade aumenta com a temperatura segundo Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).

Lei integrada de segunda ordem

1/CA = 1/CA0 + kt = 0,5 + 0,2·20 = 4,5 L/mol
CA = 1/4,5 = 0,2222 mol/L

Resposta

CA = 0,2222 mol/L
14.Cinética química

Resposta: k2 = 0,05637 min⁻¹

Velocidades de reação: para uma reação de primeira ordem −dC/dt = kC, então C = C₀·e−kt e a meia-vida ln 2/k não depende da concentração. Para uma reação de segunda ordem 1/C = 1/C₀ + kt. A constante de velocidade aumenta com a temperatura segundo Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).

Temperaturas absolutas

T1 = 313,1 K, T2 = 333,1 K

Razão de Arrhenius

ln(k2/k1) = −(75000/8,314)·(1/333,1 − 1/313,1) = 1,729
k2 = 0,01·e1,729 = 0,05637 min⁻¹

Resposta

k2 = 0,05637 min⁻¹

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