Lista - Tópico D - Reações em Solução Aquosa e Estequiometria - Química Geral 2022-1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICEx Departamento de Química – Setor de Química Inorgânica Tópico D – Reações em Solução Aquosa e Estequiometria – Química Geral Questão 01. Um volume de 50,0 mL de tetracloreto de silício, SiCl4, cuja densidade é 1,48 g mL-1, reage com excesso de gás sulfídrico, H2S, formando um composto de fórmula HSSiCl3 e cloreto de hidrogênio, HCl, conforme a reação representada abaixo: SiCl4(l) + H2S(g) → HSSiCl3(l) + HCl(g) O cloreto de hidrogênio formado é dissolvido em água. A solução obtida é neutralizada com 32,0 mL de solução 13,8% em massa de NaOH, cuja densidade é 1,16 g mL-1. Calcule o rendimento percentual da reação. (Rendimento = 29,4%). Questão 02. Uma amostra pesando 1,2680 g do carbonato de um metal M de fórmula MCO3, reage com 100,00 mL de H2SO4 0,1083 mol L-1, segundo a reação representada pela Equação 1. O gás CO2(g) é removido e o excesso de H2SO4 é neutralizado com 71,02 mL de uma solução aquosa de NaOH cuja concentração é de 0,1241 mol L-1 (representada pela Equação 2). H2SO4(aq) + MCO3(s) → MSO4(aq) + H2O(l) + CO2(g) Equação 1 H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) Equação 2 Calcule a massa molar do metal M e o identifique. Escreva equações iônicas simplificadas que representem os processos das equações 1 e 2. (MM = 137,41 g mol-1; Ba). 2 H+(aq) + BaCO3(s) → Ba2+(aq) + H2O(l) + CO2(g) 2 H+(aq) + 2 OH-(aq) → 2 H2O(l) Questão 03. Um pequeno pedaço de zinco é totalmente dissolvido em 50,00 mL de uma solução aquosa 1,035 mol L-1 de HCl. Quando a reação termina, a concentração de HCl nos 50,00 mL de solução é 0,812 mol L-1. Escreva a equação química e a equação iônica simplificada que representam a reação. Calcule a massa do pedaço de zinco dissolvido. (Massa de Zn = 0,365 g). Questão 04. O etanol, C2H6O, pode ser obtido a partir da sacarose, C12H22O11, contida em matérias primas como a cana de açúcar, segundo a reação representada abaixo: C12H22O11(s) + H2O(l) → 4 C2H6O(l) + 4CO2(g) A cana de açúcar contém 20% em massa de sacarose. Para a produção de etanol foi utilizado 2190 g de cana de açúcar e 30 mL de água. a) Defina reagente limitante e indique o reagente limitante da reação nas condições acima descritas. (Reagente limitante = sacarose). b) Qual é a quantidade máxima de etanol (em quantidade de matéria) que pode ser produzida? (n = 5,118 mol). c) Defina rendimento percentual de reação e calcule-o para a reação do problema quando são produzidos 167 g de etanol. (Rendimento = 70,8%). Dado: densidade da água = 1,0 g mL-1. Questão 05. Uma solução aquosa de ácido oxálico (H2C2O4) reage com solução aquosa de íons cromato (CrO42-) gerando gás carbônico e íons Cr3+. Considerando que essa reação ocorra em meio ácido, escreva uma equação química que represente a reação. Determine a concentração em quantidade de matéria da solução de ácido oxálico, considerando que 10,00 mL da solução consomem 40,00 mL da solução de cromato 0,02500 mol L-1. ([H2C2O4] = 0,15 mol L-1) 3 H2C2O4(aq) + 2 CrO42-(aq) + 10 H+ → 6 CO2(g) + 2 Cr3+(aq) + 8 H2O(l) Questão 06. A descoberta da cisplatina (cis-diamindicloroplatina, ou cis-DDP) no início de 1960 gerou uma enorme quantidade de pesquisa visando o entendimento do mecanismo de ação da droga na destruição das células cancerosas no corpo humano. A Figura abaixo mostra a estrutura do cis-DDP. Atualmente a cis-DDP é mundialmente conhecida como um agente anticancerígeno usado no tratamento de tumores. Pode ser produzido pela reação entre o tetracloroplatinato(II) de potássio e a amônia, de acordo com a reação representada pela Equação 1 abaixo: Equação 1: K2PtCl4(s) + 2 NH3(aq) → Pt(NH3)2Cl2(s) + 2 KCl(aq) a) Calcule a massa de cis-DDP, em gramas, que pode ser obtida pela reação de 0,240 mol de K2PtCl4 com 0,588 mol de NH3. (Massa = 72,0 g). b) Calcule o rendimento percentual quando 1,71 g de K2PtCl4 e 0,161 g de NH3 produzem 1,08 g de cis-DDP. (Rendimento = 87,4%). Um volume de 100 mL de uma solução aquosa de K2PtCl4, x mol L-1 reage com 100 mL de NH3(aq) 0,500 mol L-1. A solução aquosa de NH3 restante é separada e reage estequiometricamente com 150 mL de uma solução aquosa de HCl 0,200 mol L-1. c) Calcule a concentração inicial, x, em mol L-1, do reagente K2PtCl4. ([K2PtCl4] = 0,10 mol L-1) d) Calcule a massa de cis-DDP produzida, considerando-se rendimento de 90%. (Massa = 2,7 g). Questão 07. Uma solução aquosa (1,00 L) contém 10,0 g de NaCl, 6,00 x 10-1 mol de KNO3 e uma quantidade desconhecida de Pb(NO3)2. A essa solução são adicionados 818,2 mL de solução aquosa de NaOH (d = 1,087 g mL-1 e 8,00% de NaOH em massa) para reagir com o Pb(NO3)2 de forma completa e estequiométrica, formando hidróxido de chumbo(II) sólido. a) Escreva a equação química que representa a reação de precipitação descrita e calcule a concentração de Pb(NO3)2, em mol L-1, na solução aquosa inicial. ([Pb(NO3)2] = 0,89 mol L-1). Pb(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Pb(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq) b) Calcule a fração em quantidade de matéria do NaCl na solução aquosa inicial, sabendo que a densidade da solução é 1,005 g mL-1. ( XNaCl = 0,0046) c) Calcule a massa de Pb(OH)2 produzida na reação. (m = 214,7 g). Obs.: O NaCl e o KNO3 não reagem com NaOH. Questão 08. A água sanitária é fornecida com uma concentração média de 2,50% (m/m) expressa em hipoclorito de sódio (NaOCl) e densidade igual a 1,05 g/mL. Qual é a concentração em quantidade de matéria (mol L-1) dessa solução? ([NaClO] = 0,353 mol L-1). Questão 09. Uma solução de álcool etílico em água tem concentração em quantidade de matéria igual a 4,613 mol L-1. Sua densidade a 20,0 ºC é de 0,9677 g mL-1. Calcule a molalidade e a concentração percentual (m/m) do álcool. A densidade do álcool e da água, à 20º C é, respectivamente, 0,7893 e 0,9982 g mL-1. (6,108 mol Kg-1 e 21,96%) Questão 10. Calcule a concentração em quantidade de matéria (mol L-1) de uma solução de ácido acético (H3CCOOH), sabendo que ela foi preparada a partir da diluição de 1,00 mL de ácido acético glacial completados até 100,00 mL com água destilada. O ácido acético glacial tem concentração de 99,7 % m/m e sua densidade é de 1,05 g/mL. ([H3CCOOH] = 0,174 mol L-1). Questão 11. Balanceie as equações abaixo indicando a semi-equação de redução, a semi-equação de oxidação e a equação global. a) 5H2C2O2(aq) + 6MnO4‒(aq) + 18H+ → 6Mn2+(aq) + 10CO2(g) + 14H2O (meio ácido) b) HCHO(aq) + 2Ag+(aq) + H2O → 2Ag(s) + HCO2H(aq) + 2H+ (meio ácido) c) Zn(s) + VO3‒(aq) + 6H+ → V3+(aq) + Zn2+(aq) + 3H2O (meio ácido) d) 3SnO22‒(aq) + 4Bi(OH)3(s) → 4Bi(s) + 3SnO3(aq) + 3H2O + 6OH- (meio básico) e) 3ClO‒(aq) + 2CrO2‒(aq) + 2OH- → 3Cl‒(aq) + 2CrO42‒(aq) + H2O (meio básico) f) 2Br2(aq) + 6OH- → 5Br‒(aq) + BrO3‒(aq) + 3H2O (meio básico) g) CrO2−(aq) + 2S2O82−(aq) + 4OH- → CrO4−(aq) + 4SO42−(aq) + 2H2O (meio básico) h) H2SeO3(aq) + 2H2S(g) → 2S(s) + Se(s) + 3H2O (meio ácido) i) 2Au(s) + 3SeO42‒(aq) + 6H+ → 2Au3+(aq) + 3SeO32‒(aq) + 3H2O (meio ácido) j) 3N2H4(g) + 4ClO3‒(aq) → 6NO(g) + 4Cl‒(aq) + 6H2O (meio básico) Questão 12. Qual é a concentração em quantidade de matéria (mol L-1) do ácido acético comercial (vinagre) sabendo-se que é fornecido com uma concentração de 4,00 % (m/m) expressa em ácido acético e densidade igual a 0,995 g/mL? Calcule também o título percentual (m/v) e a concentração mássica (g L-1). (0,663 mol L-1; 3,98% e 39,8 g L-1). Questão 13. Considere a combustão completa de gordura sólida (C57H110O6). Escreva uma equação química que represente a reação de combustão da gordura. Determine o volume de oxigênio, a 20,00oC e 760,0 torr, necessário para reagir com 1,000 kg de gordura. Se uma solução aquosa de NaOH (8,000 mol L-1) é usada para reagir com o dióxido de carbono gerado na reação anterior, determine o volume mínimo desta solução (em mililitros) necessário para reagir com todo o gás gerado. (Volume de O2 = 2.197,6 L e volume de NaOH(aq) = 15,99 L). Questão 14. Dois frascos de 2,00 L a 25,0 oC são conectados por uma torneira. Um frasco contém 5,00 g de amônia gasosa e o outro frasco 5,00 g de cloreto de hidrogênio gasoso. Quando a torneira é aberta, os gases reagem gerando um produto sólido e um deles é completamente consumido. Escreva uma equação química que represente a reação ocorrida. Indique o gás que resta no sistema e determine a pressão do mesmo. (p = 0,960 atm). Questão 15. Uma solução de ácido fosfórico (H3PO4) apresenta concentração de 576,1 g L-1 e densidade de 1,329 g mL-1. Determine a porcentagem em massa, a fração em quantidade de matéria do soluto, a molalidade e a concentração em quantidade de matéria. (43,35%; X1 = 0,123; 7,808 mol Kg-1 e 5,879 mol L-1). Questão 16. Os íons tiossulfato (S2O32−), em solução aquosa ácida, se disproporcionam para gerar enxofre sólido (S) e o íon hidrogenossulfito (HSO3−). Escreva uma equação iônica que represente o processo descrito. Se 10,10 mL da solução de HSO3− (55,00% m/m e 1,45 g mL-1) são obtidos ao final da reação, determine a massa de S2O32− presente na solução original. (Massa = 11,14 g). S2O32−(aq) + H+(aq) → S(s) + HSO3−(aq) Questão 17. O nitrogênio reage com magnésio aquecido ao rubro formando nitreto de magnésio (Mg3N2). Este composto reage com água líquida e gera hidróxido de magnésio sólido e amônia gasosa. Escreva equações químicas que representem os processos descritos e calcule a massa de magnésio necessária para preparar 121,5 L de amônia à pressão de 1,000 atm e temperatura de 25,00oC. (Massa = 181,1 g). N2(g) + 3 Mg(s) → Mg3N2 Mg3N2 + 6 H2O(l) → 3 Mg(OH)2(s) + 2 NH3(g) Questão 18. Suponha que 14,56 mL de uma solução aquosa de NaOH 0,1150 mol L-1 foram necessários para reagir com 0,2037 g de um ácido desconhecido (HX). Determine a massa molar do ácido desconhecido. (MM = 121,7 g mol-1). Questão 19. A aspirina (C9H8O4) é produzida a partir do ácido salicílico (C7H6O3) e do anidrido acético (C4H6O3, 98,00% m/m, 1,081 g/mL), conforme a equação representada abaixo. C7H6O3(s) + C4H6O3(l) → C9H8O4(s) + HC2H3O2(l) Considere que 185,0 kg de ácido salicílico reajam com 125 litros de anidrido acético. Indique o reagente limitante e o reagente em excesso. Calcule o rendimento teórico de aspirina. Se a situação descrita anteriormente produz 182,0 kg de aspirina, qual é o rendimento percentual da reação? (Massa = 233,7 kg e rendimento = 77,9%). Questão 20. Um método para preparação de gás hidrogênio (H2) em laboratório, usa a reação entre o zinco sólido (Zn) e uma solução aquosa de cloreto de hidrogênio (HCl). O cloreto de zinco (ZnCl2) é um composto iônico solúvel em água, gerado como subproduto. a) Escreva uma equação química que represente a reação descrita para obtenção do gás hidrogênio. Também escreva uma equação iônica simplificada que represente esse processo. Zn(s) + 2 HCl(aq) → H2(g) + ZnCl2(aq) Zn(s) + 2 H+(aq) → H2(g) + Zn+2(aq) b) Determine a massa de zinco necessária para gerar 120 L de gás hidrogênio a 760 torr e 20,00C. (m = 326,2 g) Questão 21. O metanol líquido é um combustível de “queima limpa”, que pode ser obtido a partir da reação entre o monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2), ambos gasosos. Usando-se uma mistura de 12,00 g de hidrogênio e 74,50 g de monóxido de carbono, indique qual é o reagente limitante. Qual a massa do reagente em excesso depois da reação completada? Qual a produção esperada de metanol? (Reagente limitante = CO; mexcesso = 1,276 g e mproduto = 85,22 g) Questão 22. Calcule a massa de precipitado que se forma quando se misturam 2,27 L de uma solução aquosa de Ba(OH)2 0,0820 mol L-1 com 3,06 L de uma solução aquosa de Na2SO4 0,0664 mol L-1. (m = 43,41 g) Questão 23. Determine a concentração em quantidade de matéria de uma solução de HCl se forem necessários 28,30 mL dessa solução para reagir com 0,2560g de Na2CO3 sólido puro. ([HCl] = 0,171 mol L-1) Questão 24. O sulfeto de sódio é utilizado em curtumes para remover o pelo das peles. Esse composto é um dos responsáveis pelo cheiro desagradável dos curtumes. O sulfeto de sódio pode ser preparado por meio da reação entre sulfato de sódio anidro e carbono, ambos no estado sólido. Um dos subprodutos da reação é o monóxido de carbono gasoso. Suponha que você misture 15,00 g de sulfato de sódio e 7,500 g de carbono. a) Escreva a equação química que representa a reação para obtenção do sulfeto de sódio. Na2SO4(s) + 4 C(s) → Na2S + 4 CO(g) b) Qual é o reagente que está em excesso? Qual é a quantidade percentual do excesso? (Reagente excesso = C; 47,8%) c) Calcule a massa de sulfeto de sódio produzida, sabendo-se que o rendimento da reação é de 80%. (m = 6,60 g) Questão 25. Um caminhão tanque carregando 5,0 x 103 kg de solução de ácido sulfúrico concentrado tomba e derrama sua carga. Se o ácido sulfúrico é 95% em massa e tem d= 1,84 g mL−1, quantos kg de carbonato de sódio devem ser adicionados para neutralizar o ácido? Escreva uma equação química que represente a reação de neutralização. (5,13  103 kg) Questão 26. Uma amostra de 5,53 g de hidróxido de magnésio é adicionada a 25,0 mL de uma solução 0,200 mol L−1 de ácido nítrico. a) Escreva a equação química balanceada que representa a reação ocorrida. Mg(OH)2(s) + 2 HNO3(aq) → Mg(NO3)2(aq) + 2 H2O(l) b) Por meio de cálculos, indique qual é o reagente limitante da reação.(Reagente limitante = HNO3) c) Qual é a concentração em quantidade de matéria de hidróxido de magnésio, ácido nítrico e nitrato de magnésio presentes após o término da reação? ([hidróxido de magnésio] = 3,69 mol L-1 e [nitrato de magnésio] = 0,10 mol L-1) Questão 27. Pequenas quantidades de gás cloro (Cl2) podem ser geradas em laboratório pela reação do óxido de manganês(IV) sólido com solução aquosa de ácido clorídrico. Além do cloro, forma-se água líquida e cloreto de manganês(II) em solução. Dados: Massas molares (g mol-1): Cl = 35,453, Mn = 54,938, H = 1,0079, O = 15,9994. a) Escreva a equação química e a equação iônica simplificada que representam o processo descrito. MnO2(s) + 4 HCl(aq) → Cl2(g) + 2 H2O(l) + MnCl2(aq) MnO2(s) + 4 H+(aq) + 2 Cl-(aq) → Cl2(g) + 2 H2O(l) + Mn2+(aq) b) Determine a massa de Cl2 que pode ser gerada a partir de 42,70 g do óxido de manganês(IV). (m = 34,83 g) c) Calcule o volume de Cl2 (densidade 3,170 g L-1) que seria produzido pela reação entre 300,0 mL de uma solução de ácido clorídrico 0,1000 mol L-1 com excesso do óxido de manganês(IV). (v = 167,8 mL) d) Supondo que 150,0 mL de Cl2 foram gerados no item anterior (c), determine o rendimento percentual da reação. (89,4%) Questão 28. Uma amostra de minério de ferro é dissolvida em meio ácido e o ferro é convertido a Fe2+. A amostra é titulada com 47,20 mL de solução aquosa 0,02240 mol L−1 de MnO4−. A reação de oxirredução que ocorre durante a titulação gera íons Fe3+ e Mn2+ em solução. a) Escreva a equação química que representa a reação ocorrida no processo de titulação. 5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+ → 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4 H2O(l) b) Qual foi a quantidade de matéria de MnO4− adicionada à amostra? (1,06 mmol) c) Qual é a quantidade de matéria de Fe2+ existente na amostra? (5,29 mmol) d) Qual a massa (em gramas) de ferro presente na amostra? (0,295 g) e) Se a amostra tinha uma massa de 0,8890 g, qual é a quantidade percentual de ferro na amostra? (33,2%) Questão 29. Uma amostra de hidróxido de cálcio é agitada em água a 300C até que o máximo possível do sólido seja solubilizado. Retirou-se uma amostra de 100 mL dessa solução e titulou-se com ácido bromídrico 5,00  10−2 mol L−1. São necessários 48,8 mL da solução ácida para a neutralização. Qual é a concentração em quantidade de matéria da solução de hidróxido de cálcio? Qual é a solubilidade do hidróxido de cálcio a 300C em gramas por 100 mL de solução? (1,22 × 10-2 mol L-1 e 9,04  10-2 g/100 mL) Questão 30. Uma solução de ácido sulfúrico contém 14,7 g de ácido em 600 mL de solução. Durante a titulação foram necessários 19,4 mL desta solução para neutralizar completamente 24,2 mL de uma solução de hidróxido de sódio. Pede-se: a) A concentração, em quantidade de matéria, da solução de hidróxido de sódio. (0,40 mol L-1) b) A massa de hidróxido de sódio existente em 150 mL de solução alcalina. (2,40 g) Questão 31. Qual a massa (em kg) de sulfato de sódio obtida quando 12,35 kg de hidróxido de sódio com 99,45% de pureza são tratados com excesso de ácido sulfúrico? Considere que a reação ocorra com um rendimento de 75,31%. (Massa = 16,42 kg) Questão 32. O acetileno pode ser obtido a partir da reação do carbeto de cálcio conforme representado pela equação não balanceada a seguir: CaC2(s) + H2O(l) → C2H2(g) + Ca(OH)2(s) A reação foi realizada com 1,25 × 10-4 kg de CaC2 e 1,41 × 10-4 kg de água. Sabendo que a pureza do CaC2 é de 98,76% e que a reação tem um rendimento de 83,56%, pergunta-se: a) qual é o reagente em excesso? (Água) b) qual é a massa e a porcentagem do reagente em excesso? (7,16 × 10-5 kg; excesso de 50,7%) c) qual é a massa e o volume de acetileno produzido na CNTP? (4,19 × 10-5 kg; V = 0,036 L) d) qual é a massa de Ca(OH)2 obtida? (1,19 × 10-4 kg) Questão 33. Uma solução aquosa de ácido perclórico (HClO4, M = 100,5 g mol-1) tem densidade de 1,670 g mL-1 e é 70,00 % em massa. a) Calcule a concentração em quantidade de matéria (mol L-1) e mássica (g L-1) dessa solução. (11,6 mol L-1 e 1.169 g L-1) 100,0 mL dessa solução aquosa de HClO4 são misturados com 250,0 mL de solução aquosa de cloreto de potássio (KCl, M = 74,55 g mol-1) cuja concentração em quantidade de matéria é 6,120 mol L-1. Os produtos gerados são perclorato de potássio sólido (KClO4, M = 138,5 g mol-1) e ácido clorídrico em solução. b) Escreva a equação molecular e a equação iônica simplificada que representam a reação descrita acima. HClO4(aq) + KCl(aq) → KClO4(s) + HCl(aq) ClO4-(aq) + K+(aq) → KClO4(s) c) Por meio de cálculos, indique o reagente limitante e o reagente em excesso. Calcule o rendimento percentual da reação sabendo que foram gerados 150,0 de perclorato de potássio. (93,43%) Questão 35. 200 mL de uma solução aquosa de cloreto de bário (BaCl2) são misturados com 300 mL de solução aquosa de sulfito de potássio (K2SO3). Os produtos gerados são sulfito de bário sólido e um sal solúvel em água. a) Escreva a equação molecular que representa o processo descrito. BaCl2(aq) + K2SO3(aq) → BaSO3(s) + 2 KCl(aq) b) Escreva a equação iônica simplificada que representa o processo descrito. Ba2+(aq) + SO32-(aq) → BaSO3(s) c) Sabendo que a concentração em quantidade de matéria das soluções de BaCl2 e K2SO3 são 0,250 mol L-1 e 0,200 mol L-1, respectivamente, e que foram obtidos 9,223 g de sulfito de bário, calcule o rendimento da reação. (84,85%)