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(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 3/ν× M(CO2​)

8 g de C3H8 e 64 g de O2 reagem segundo C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Que massa m de CO2 se pode formar?

M(C3H8) = 44,1M(O2) = 32M(CO2) = 44,01 g/mol
m = g
2.EstequiometriaDifícil
m(H2​)n(H2​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(H2​)× 2/2× M(H2​O)

Na reação 2H2 + O2 → 2H2O, 10 g de H2 reagem completamente (os outros reagentes em excesso) e recolhem-se 75,98 g de H2O. Calcule o rendimento percentual Y.

M(H2) = 2,016 g/molM(H2O) = 18,02 g/molreal: 75,98 g
Y = %
3.Molaridade e diluiçãoMédia
2 mol/LV1​ = ?0,3 mol/L250 mL

Você precisa de 250 mL de solução 0,3 mol/L e tem uma solução estoque 2 mol/L. Que volume V1 de solução estoque você precisa?

c1 = 2 mol/Lc2 = 0,3 mol/LV2 = 250 mL
V1 = mL
4.Molaridade e diluiçãoDifícil
0,2 mol/L150 mL1,2 mol/L200 mLc = ?350 mL

150 mL de uma solução 0,2 mol/L são misturados com 200 mL de uma solução 1,2 mol/L da mesma substância. Calcule a concentração c da mistura (os volumes são aditivos).

c1 = 0,2 mol/LV1 = 150 mLc2 = 1,2 mol/LV2 = 200 mL
c = mol/L
5.Lei dos gases ideaisMédia
370 g de N₂P = 150 kPaT = 40 °CV = ?

Que volume V ocupam 370 g de N₂ a 150 kPa e 40 °C? Trate como gás ideal.

m = 370 gM = 28,01 g/molP = 150 kPaT = 40 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
6.Lei dos gases ideaisDifícil
Estado 1Estado 2

Uma quantidade fixa de He passa de 100 kPa, 5 L, 15 °C para 250 kPa e 160 °C. Encontre o novo volume V2.

P1 = 100 kPaV1 = 5 LT1 = 15 °CP2 = 250 kPaT2 = 160 °C
V2 = L
7.Calorimetria e entalpiaMédia
Tf​ = ?Alumíniom = 100 gT = 110 °Cc = 0,897 J/(g·°C)Águam = 200 gT = 19 °Cc = 4,18 J/(g·°C)

Um bloco de 100 g de alumínio (c = 0,897 J/(g·°C)) a 110 °C é colocado em 200 g de água (c = 4,18 J/(g·°C)) a 19 °C em um copo isolado. Calcule a temperatura final Tf.

mmetal = 100 gcmetal = 0,897 J/(g·°C)Tmetal = 110 °Cmwater = 200 gTwater = 19 °Ccwater = 4,18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.Calorimetria e entalpiaDifícil
H25 g C6​H12​O6​C6​H12​O6​ + 6O₂reagentes6CO₂ + 6H₂O(l)produtosq = ?

Use as entalpias padrão de formação para calcular o calor q liberado quando 25 g de C6H12O6 (M = 180,16 g/mol) queimam completamente: C6H12O6 + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l). Dê q como um número positivo.

ΔH°f(C6H12O6) = −1274 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​HII0,40,40C−x−x+2xE0,4 − x0,4 − x2x

0,4 mol/L de H₂ e 0,4 mol/L de I₂ são colocados em um recipiente e reagem: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, com Kc = 36. Calcule a concentração no equilíbrio [H2].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,4 mol/LKc = 36
[H2] = mol/L
10.Equilíbrio químicoDifícil
PCl5​PCl3​Cl2​I100C−x+x+xE1 − xxx

O PCl₅ se decompõe: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, com Kc = 0,5 na temperatura da reação. Um recipiente começa apenas com 1 mol/L de PCl₅. Calcule a concentração no equilíbrio [PCl5].

[PCl₅]₀ = 1 mol/LKc = 0,5
[PCl5] = mol/L
11.pH e tampõesMédia
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Calcule o pH pH de uma solução 0,5 mol/L de ácido láctico (Ka = 0,00014).

c = 0,5 mol/LKa = 0,00014
pH =
12.pH e tampõesDifícil
02468101214ácidoneutrobásicopH = ?

Um tampão contém 0,2 mol/L de ácido hipocloroso e 0,05 mol/L do seu sal de sódio. Ka = 3 × 10⁻⁸. Calcule o pH pH do tampão.

[HA] = 0,2[A⁻] = 0,05Ka = 3 × 10⁻⁸
pH =
13.Cinética químicaMédia
t (min)C (mol/L)2 minC = ?

Uma reação com lei de velocidade −rA = k·CA² tem k = 0,8 L/(mol·min) e começa em 1,5 mol/L. Encontre a concentração CA depois de 2 min.

k = 0,8 L/(mol·min)CA0 = 1,5 mol/Lt = 2 min
CA = mol/L
14.Cinética químicaDifícil
1/Tln kT = 40 °Cln 0,02ln A = ?Ea​ = 75 kJ/mol

Uma reação de primeira ordem tem constante de velocidade de 0,02 s⁻¹ a 40 °C e energia de ativação de 75 kJ/mol. Encontre o fator pré-exponencial A na equação de Arrhenius.

k = 0,02 s⁻¹T = 40 °CEa = 75 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)
A = s⁻¹

3Soluções

1.Estequiometria

Resposta: m = 23,95 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(C3H8) = 8/44,1 = 0,1814 mol
n(O2) = 64/32 = 2 mol

Reagente limitante

0,1814/1 = 0,1814, 2/5 = 0,4 → C3H8

Massa de produto

n(CO2) = 0,1814·3 = 0,5442 mol
m = 0,5442·44,01 = 23,95 g

Resposta

m = 23,95 g
2.Estequiometria

Resposta: Y = 85 %

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(H2) = 10/2,016 = 4,96 mol
m = 4,96·2/2·18,02 = 89,38 g

Rendimento percentual

Y = 75,98/89,38·100 = 85%

Resposta

Y = 85%
3.Molaridade e diluição

Resposta: V1 = 37,5 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 = 0,3·250/2 = 37,5 mL

Resposta

V1 = 37,5 mL
4.Molaridade e diluição

Resposta: c = 0,7714 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 = 0,2·150 + 1,2·200 = 270 mmol

Concentração da mistura

c = 270/350 = 0,7714 mol/L

Resposta

c = 0,7714 mol/L
5.Lei dos gases ideais

Resposta: V = 229,3 L

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

Mols

n = 370/28,01 = 13,21 mol
T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Volume

V = nRT/P = 13,21·8,314·313,1/150 = 229,3 L

Resposta

V = 229,3 L
6.Lei dos gases ideais

Resposta: V2 = 3,006 L

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

Temperaturas absolutas

T1 = 288,1 K, T2 = 433,1 K

Lei geral dos gases

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(100/250)·(433,1/288,1) = 3,006 L

Resposta

V2 = 3,006 L
7.Calorimetria e entalpia

Resposta: Tf = 27,82 °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

100·0,897·(110 − Tf) = 200·4,18·(Tf − 19)

Isole a temperatura final

Tf = (89,7·110 + 836·19)/(89,7 + 836) = 27,82 °C

Resposta

Tf = 27,82 °C
8.Calorimetria e entalpia

Resposta: q = 388,8 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° = [6·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

Calor para a massa dada

n = 25/180,16 = 0,1388 mol
q = n·|ΔH°/1| = 0,1388·2802 = 388,8 kJ

Resposta

q = 388,8 kJ
9.Equilíbrio químico

Resposta: [H2] = 0,1 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/(0,4 − x)²

Tire a raiz quadrada

6 = 2x/(0,4 − x) → x = 0,4·6/(2 + 6) = 0,3 mol/L

Concentração no equilíbrio

[H₂] = 0,4 − x = 0,1 mol/L

Resposta

[H2] = 0,1 mol/L
10.Equilíbrio químico

Resposta: [PCl5] = 0,5 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

0,5 = x²/(1 − x) → x² + 0,5·x − 0,5 = 0

Resolva a equação do segundo grau

x = (−0,5 + √(0,5² + 4·0,5))/2 = 0,5 mol/L

Concentração no equilíbrio

[PCl₅] = 1 − 0,5 = 0,5 mol/L

Resposta

[PCl5] = 0,5 mol/L
11.pH e tampões

Resposta: pH = 2,081

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/(0,5 − x) → x = 0,008297 mol/L

pH

pH = −log(0,008297) = 2,081

Resposta

pH = 2,081
12.pH e tampões

Resposta: pH = 6,921

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 = 7,523

Henderson–Hasselbalch

pH = 7,523 + log(0,05/0,2) = 6,921

Resposta

pH = 6,921
13.Cinética química

Resposta: CA = 0,4412 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 = 0,6667 + 0,8·2 = 2,267 L/mol
CA = 1/2,267 = 0,4412 mol/L

Resposta

CA = 0,4412 mol/L
14.Cinética química

Resposta: A = 6,483 × 10¹⁰ s⁻¹

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).

Temperatura absoluta

T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Resolva Arrhenius para A

Ea/(RT) = 75000/(8,314·313,1) = 28,81
A = k·e28,81 = 0,02·3,241 × 10¹² = 6,483 × 10¹⁰ s⁻¹

Resposta

A = 6,483 × 10¹⁰ s⁻¹

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