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)

6 g de H2 e 24 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(C3​H8​)n(C3​H8​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(C3​H8​)× 4/1× M(H2​O)

Na reação C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 20 g de C3H8 reagem completamente (os outros reagentes em excesso) e recolhem-se 26,81 g de H2O. Calcule o rendimento percentual Y.

M(C3H8) = 44,1 g/molM(H2O) = 18,02 g/molreal: 26,81 g
Y = %
3.Molaridade e diluiçãoMédia
2,5 mol/LV1​0,05 mol/L100 mL

Você precisa de 100 mL de solução 0,05 mol/L e tem uma solução estoque 2,5 mol/L. Quanta água Vwater você deve adicionar à solução estoque?

c1 = 2,5 mol/Lc2 = 0,05 mol/LV2 = 100 mL
Vwater = mL
4.Molaridade e diluiçãoDifícil
1,5 mol/L100 mL0,3 mol/L200 mLc = ?300 mL

100 mL de uma solução 1,5 mol/L são misturados com 200 mL de uma solução 0,3 mol/L da mesma substância. Calcule a concentração c da mistura (os volumes são aditivos).

c1 = 1,5 mol/LV1 = 100 mLc2 = 0,3 mol/LV2 = 200 mL
c = mol/L
5.Lei dos gases ideaisMédia
130 g de N₂V = 10 LT = 80 °CP = ?

Um tanque de 10 L contém 130 g de N₂ a 80 °C. Trate como gás ideal e encontre a pressão P.

m = 130 gM = 28,01 g/molV = 10 LT = 80 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Lei dos gases ideaisDifícil
Ar, M = 39,95 g/molP = 400 kPaT = 10 °Cρ = ?

Encontre a massa específica ρ de Ar a 400 kPa e 10 °C, tratando como gás ideal.

M = 39,95 g/molP = 400 kPaT = 10 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.Calorimetria e entalpiaMédia
Tf​ = ?Zincom = 50 gT = 100 °Cc = 0,388 J/(g·°C)Águam = 250 gT = 19 °Cc = 4,18 J/(g·°C)

Um bloco de 50 g de zinco (c = 0,388 J/(g·°C)) a 100 °C é colocado em 250 g de água (c = 4,18 J/(g·°C)) a 19 °C em um copo isolado. Calcule a temperatura final Tf.

mmetal = 50 gcmetal = 0,388 J/(g·°C)Tmetal = 100 °Cmwater = 250 gTwater = 19 °Ccwater = 4,18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.Calorimetria e entalpiaDifícil
H10 g C3​H8​C3​H8​ + 5O₂reagentes3CO₂ + 4H₂O(l)produtosq = ?

Use as entalpias padrão de formação para calcular o calor q liberado quando 10 g de C3H8 (M = 44,1 g/mol) queimam completamente: C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l). Dê q como um número positivo.

ΔH°f(C3H8) = −103,8 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​HII110C−x−x+2xE1 − x1 − x2x

1 mol/L de H₂ e 1 mol/L de I₂ são colocados em um recipiente e reagem: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, com Kc = 16. Calcule a concentração no equilíbrio [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LKc = 16
[HI] = mol/L
10.Equilíbrio químicoDifícil
PCl5​PCl3​Cl2​I0,500C−x+x+xE0,5 − xxx

O PCl₅ se decompõe: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, com Kc = 0,04 na temperatura da reação. Um recipiente começa apenas com 0,5 mol/L de PCl₅. Calcule a concentração no equilíbrio [PCl5].

[PCl₅]₀ = 0,5 mol/LKc = 0,04
[PCl5] = 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 contém 0,2 mol/L de ácido benzoico e 0,05 mol/L do seu sal de sódio. Ka = 6,3 × 10⁻⁵. Calcule o pH pH do tampão.

[HA] = 0,2[A⁻] = 0,05Ka = 6,3 × 10⁻⁵
pH =
13.Cinética químicaMédia
t (min)C (mol/L)60 min0,48

Em uma reação de primeira ordem a concentração de A cai de 0,8 mol/L para 0,48 mol/L em 60 min. Encontre a constante de velocidade k.

CA0 = 0,8 mol/LCA = 0,48 mol/Lt = 60 min
k = min⁻¹
14.Cinética químicaDifícil
Tk30 °C0,00240 °C?

Uma reação tem constante de velocidade de 0,002 min⁻¹ a 30 °C e energia de ativação de 90 kJ/mol. Encontre a constante de velocidade k2 a 40 °C.

k1 = 0,002 min⁻¹T1 = 30 °CT2 = 40 °CEa = 90 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)
k2 = min⁻¹

3Soluções

1.Estequiometria

Resposta: m = 27,03 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) = 6/2,016 = 2,976 mol
n(O2) = 24/32 = 0,75 mol

Reagente limitante

2,976/2 = 1,488, 0,75/1 = 0,75 → O2

Massa de produto

n(H2O) = 0,75·2 = 1,5 mol
m = 1,5·18,02 = 27,03 g

Resposta

m = 27,03 g
2.Estequiometria

Resposta: Y = 82,01 %

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(C3H8) = 20/44,1 = 0,4535 mol
m = 0,4535·4/1·18,02 = 32,69 g

Rendimento percentual

Y = 26,81/32,69·100 = 82,01%

Resposta

Y = 82,01%
3.Molaridade e diluição

Resposta: Vwater = 98 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 = 0,05·100/2,5 = 2 mL

Água a adicionar

Vwater = 100 − 2 = 98 mL

Resposta

Vwater = 98 mL
4.Molaridade e diluição

Resposta: c = 0,7 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 = 1,5·100 + 0,3·200 = 210 mmol

Concentração da mistura

c = 210/300 = 0,7 mol/L

Resposta

c = 0,7 mol/L
5.Lei dos gases ideais

Resposta: P = 1363 kPa

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

Mols

n = m/M = 130/28,01 = 4,641 mol
T = 80 + 273,15 = 353,1 K

Pressão

P = nRT/V = 4,641·8,314·353,1/0,01 = 1363 kPa

Resposta

P = 1363 kPa
6.Lei dos gases ideais

Resposta: ρ = 6,788 kg/m³

Massa específica de um gás ideal: ρ = PM/(RT).

Rearranje a lei dos gases

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 10 + 273,15 = 283,1 K

Massa específica

ρ = 400·39,95/(8,314·283,1) = 6,788 kg/m³

Resposta

ρ = 6,788 kg/m³
7.Calorimetria e entalpia

Resposta: Tf = 20,48 °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

50·0,388·(100 − Tf) = 250·4,18·(Tf − 19)

Isole a temperatura final

Tf = (19,4·100 + 1045·19)/(19,4 + 1045) = 20,48 °C

Resposta

Tf = 20,48 °C
8.Calorimetria e entalpia

Resposta: q = 503,4 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° = [3·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [1·(−103,8) + 5·0] = −2220 kJ

Calor para a massa dada

n = 10/44,1 = 0,2268 mol
q = n·|ΔH°/1| = 0,2268·2220 = 503,4 kJ

Resposta

q = 503,4 kJ
9.Equilíbrio químico

Resposta: [HI] = 1,333 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

16 = (2x)²/(1 − x)²

Tire a raiz quadrada

4 = 2x/(1 − x) → x = 1·4/(2 + 4) = 0,6667 mol/L

Concentração no equilíbrio

[HI] = 2x = 1,333 mol/L

Resposta

[HI] = 1,333 mol/L
10.Equilíbrio químico

Resposta: [PCl5] = 0,3772 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

0,04 = x²/(0,5 − x) → x² + 0,04·x − 0,02 = 0

Resolva a equação do segundo grau

x = (−0,04 + √(0,04² + 4·0,02))/2 = 0,1228 mol/L

Concentração no equilíbrio

[PCl₅] = 0,5 − 0,1228 = 0,3772 mol/L

Resposta

[PCl5] = 0,3772 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 = 3,599

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]).

pKa

pKa = 4,201

Henderson–Hasselbalch

pH = 4,201 + log(0,05/0,2) = 3,599

Resposta

pH = 3,599
13.Cinética química

Resposta: k = 0,008514 min⁻¹

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Lei integrada de primeira ordem

k = ln(CA0/CA)/t = ln(0,8/0,48)/60 = 0,5108/60 = 0,008514 min⁻¹

Resposta

k = 0,008514 min⁻¹
14.Cinética química

Resposta: k2 = 0,006255 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 = 303,1 K, T2 = 313,1 K

Razão de Arrhenius

ln(k2/k1) = −(90000/8,314)·(1/313,1 − 1/303,1) = 1,14
k2 = 0,002·e1,14 = 0,006255 min⁻¹

Resposta

k2 = 0,006255 min⁻¹

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