QUÍMICA GERAL I – LISTA2 EXERCÍCIOS DE CÁLCULOS EM QUÍMICA

1º SEMESTRE DE 2010 1. A reação do Oxalato de Sódio com Ácido Nitroso, em meio Ácido Clorídrico, ocorre da seguinte forma:

C2O42- + HNO2 CO2(g) + NO(g)

Calcule o volume total de gases formados, medidos a 14atm e 25ºC, sabendo que foram utilizados 100Kg de Oxalato de Sódio de pureza 92%, 115Kg do Ácido Nitroso de pureza 60% e que a reação tem rendimento de 97%. Resp.: 4650L

2. Em solução ácida, íons de HSO3- reagem com íons ClO3

-, formando íons de SO4

-2 e Cl-. Quantos mililitros de solução 0,150mol/L de NaClO3 são necessários para reagir completamente com 30mL de uma solução 0,450mol/L de NaHSO3? Resp.: 30mL

3. Uma amostra de minério de Estanho (SnO2) pesando 0,3000g foi tratada com uma solução de ácido clorídrico (há uma reação de oxi-redução). A solução formada foi então titulada, em meio ácido clorídrico, com solução 0,0500mol/L de KMnO4, necessitando de exatos 8,08mL. Calcule a pureza do minério em termos de SnO2 e de Sn. Resp.:25,5% e 20% Dados: use as seguintes reações de redução e oxidação para o Estanho: SnO2 SnO + [O] SnX2 + 2[O] SnO2 + X2

4. O Manganês é derivado do minério pirolusita, um Dióxido de Manganês impuro. Para determinação da quantidade de MnO2 em uma certa pirolusita, o seguinte procedimento foi adotado: Uma amostra de minério pesando 0,533g foi tratada com 1,651g de ácido oxálico em meio ácido. Em seguida o excesso de acido oxálico foi titulado com uma solução 0,1000M de KMnO4, sendo necessários 30,06mL dessa solução. Qual a porcentagem em massa de MnO2 no minério? As reações (não balanceadas) são as seguintes: Resp.: 51,6%

H2C2O4 + MnO2 ? H2C2O4 + KMnO4 ?

5. Em condições adequadas, foram colocados a reagir 500mL de solução 5M de NaClO com 300mL de solução 6N de HCl. Sabendo que esta é uma reação de oxi-redução, calcule: a) o volume da solução que está em excesso; Resp.: 320mL b) o volume do gás formado a 25°C e 0,95 atm; Resp.: 23,5L c) a concentração do íon Cloreto na solução final em mol/L.

Resp.:1,125mol/L

6. O Tetrationato de Sódio, Na2S4O6, será produzido por uma indústria através da reação do Tiossulfato de Sódio, Na2S2O3 (pureza 90%), com Hipoclorito de Sódio, NaOCl (pureza 60%), segundo a seguinte reação iônica em meio ácido clorídrico:

S2O32- + OCl- Cl- + S4O6

2- Calcule as massas dos reagentes necessários e o volume de solução 5M de acido clorídrico necessária para a produção de 500Kg de tetrationato de sódio sabendo que a reação tem 85% de rendimento. Resp.: 765Kg de Na2S2O3, 270,6Kg de NaOCl e 872L de HCl 5mol/L.

7. As indústrias de corantes sintéticos utilizam muito o Nitrito de Sódio e o gás Cloro como reagentes em suas fabricações, uma maneira muito comum de se obter esses reagentes na própria indústria é fazendo a reação de Nitrato de Sódio com Ácido Clorídrico, essa reação tem rendimento baixo, apenas 55%:

NaNO3 + HCl produtos Para produção de 600Kg de Nitrito de Sódio, calcule: a) a massa de Nitrato de Sódio (pureza 88%) necessária;

Resp.:1527,1Kg b) o volume de solução 7Eqg/L de HCl, Resp.:4517,2L c) o volume de Cl2 produzido, nas CNTP. Resp.:194663,6L

8. O Arsenato de Sódio, Na3AsO4, será produzido por uma indústria através da reação do Arsenito de Sódio, Na3AsO3 (pureza 90%), com Iodato de Sódio, NaIO3 (pureza 60%), segundo a seguinte reação iônica em meio ácido:

AsO33- + IO3

- I- + AsO43-.

Calcule as massas dos reagentes necessários para produção de 1500Kg do produto. Resp.:1538,4Kg Na3AsO3 e 793,3 Kg de NaIO3

9. Precisa-se determinar a concentração do íon HS2O8- em uma

solução. Uma amostra de 18mL dessa solução foi reagida com uma solução de NaBr, em quantidade suficiente para transformar todo o HS2O8

- em HSO4-. Em seguida o Br2 formado na primeira reação foi

titulado com uma solução 2Eqg/L de NaOH, determinando-se que foram necessários 22,5mL dessa solução para consumir todo o Br2 presente. Qual a concentração do íon HS2O8

- na primeira solução? Utilize as seguintes reações: Resp.:1,25mol/L

HS2O8- + Br- Br2 + HSO4

-

Br2 BrO3- + Br-

10. Um método de obtenção do gás “Fosfina”, PH3, baseia-se no aquecimento de Fósforo elementar, P4, em água, formando Ácido Fosfórico (H3PO4) como produto adicional. Ao aquecermos 100 gramas de Fósforo em 5L de água, obtemos o produto gasoso e uma solução ácida. Supondo que todo o gás seja recolhido adequadamente, calcule seu volume a 1atm e 25ºC. Calcule também a molaridade da solução ácida que se forma, supondo que o volume total permaneça constante. Dica: Faça o balanceamento pelo método “íon-elétron”. Resp.:49,3L de PH3 e M = 0,242mol/L

11. Uma indústria utiliza a reação de Ácido Nítrico 6mol/L com Alumínio em pó para produzir Nitrato de Alumínio, Al(NO3)3. Sabendo que essa reação tem rendimento de 65%, calcule a massa de Alumínio (95% de pureza) necessária para a produção de 100Kg de Nitrato de Alumínio. Calcule também o volume de NO produzido nas CNTP e o tempo de bombeamento que será preciso para transferir a quantidade necessária de solução para o reator, sabendo que a bomba utilizada tem vazão de 5L por minuto. Resp.:20,53Kg de Al, 10510 L de NO e 96,3 min de bombeamento. 12. Tanto o Cloreto de Cálcio quanto o Cloreto de Sódio são usados para derreter o gelo e a neve nas estradas, durante o inverno, nas regiões mais frias. Uma certa companhia estava colocando à venda uma mistura desses dois sais, para ser usada como descongelante. Para conhecer a composição da mistura, 2,463g dessa mistura foram dissolvidos em água e em seguida todo o Cálcio presente foi precipitado na forma de Oxalato de Cálcio, através da adição de Oxalato de Sódio. O Oxalato de Cálcio foi então cuidadosamente filtrado da solução, dissolvido em Ácido Sulfúrico para formação de Ácido Oxálico através de uma reação de dupla-troca. Esse ácido foi então titulado com solução 0,1000M de KMnO4 sendo necessários exatos 21,62mL dessa solução. Determine a composição percentual da mistura descongelante. Resp. 61% de Cloreto de Sódio e 39% de Cloreto de Cálcio.

13. Para se avaliar a pureza de uma amostra de cobre metálico, 0,5g desse metal foram postos a reagir com 500 mL de solução de ácido nítrico de concentração 0,04 mol/L. Nessa reação forma-se o gás NO2 que foi coletado em água à temperatura ambiente (24ºC). A coleta foi feita de forma que a pressão do gás coletado se igualasse à pressão atmosférica (1015hPa segundo os dados atmosféricos daquele dia). Sabendo que se coletou 177,3 mL de gás, pergunta-se: a) A pureza do cobre metálico; Resp. 45% b) b) A concentração final da solução. Resp. 0,012mol/L

14. 100 Kg de Fósforo (P4 90% de pureza) foram misturados em condições adequadas com 300 Kg de Nitrato de Sódio (NaNO3 80% de pureza), em meio Ácido Clorídrico. Sabendo que a reação abaixo tem 75% de rendimento, calcule a massa de Dihidrogeno Fosfato de Sódio (NaH2PO4) formado e o volume de NO medido a 25OC e 69 atm. Resp.:152,5 Kg de NaH2PO4 e 749,6 L de NO

P4 + NO3- H2PO4

- + NO

15. Uma amostra de limalha de ferro pesando 3,0g foi posta a reagir com 500mL de ácido clorídrico 0,5mol/L em condições adequadas para que a reação fosse a seguinte:

HCl(aq) + Fe(s) HFeCl4(aq) + H2(g)

Em seguida o excesso de ácido clorídrico foi titulado com solução de KClO3 0,5mol/L, sendo necessários exatos 27,8mL. Determine a pureza do Fe na limalha. Resp.: 77,75%

16. Um reator piloto foi carregado com 50 L de solução 8mol/L de HCl e 23,9 Kg de PbO2 (pureza 83,68%). A reação (mostrada abaixo) tem rendimento de 70%. Calcule a massa de PbCl2 formada e o volume de Cl2 produzido ( 5 atm e 25O C ) sabendo que apenas 60% do gás pode ser recolhido.

PbO2 + Cl- PbCl2 + Cl2 Resp.: 16,3 Kg de PbCl2 e 171,8 L de Cl2.

17. Você precisa avaliar um novo processo de produção de Plumbato de Sódio, Na[Pb(OH)3], segundo o qual utiliza-se a reação de 1500 Kg Óxido de Chumbo IV 90% de pureza com 300L de solução 50%(p/v) de NaOH em meio Cloreto de Sódio, que estará em quantidade suficiente, segundo a reação abaixo:

PbO2 + Cl- Pb(OH)3- + ClO- (meio básico)

Após a reação realizada, comprovou-se que a máxima massa de Plumbato de Sódio obtida é de 790,3125Kg. Calcule: a) A massa do reagente que está em excesso; Resp. 453,75 Kg b) O rendimento da reação; Resp. 75% c) A massa de Hipoclorito de sódio obtida com o rendimento dessa reação. Resp. 209,9Kg

18. O Hipoclorito de Sódio é utilizado como agente bactericida na lavagem de laranjas em indústrias de suco. Porém a legislação não permite que haja mais que 0,1mg desse produto residual por litro de suco. Uma amostra de 50mL de suco de laranja foi titulada com solução 0,001mol/L de Cloreto de Potássio em presença de Ácido Sulfúrico para detecção do teor de Hipoclorito de Sódio, sendo necessários exatos 6,71mL de solução. Determine qual é o teor de Hipoclorito de Sódio por litro de suco de laranja. Segundo a legislação vigente, esse suco pode ser liberado para consumo? Resp. 5mg/L – O suco não pode ser consumido.

19. Uma indústria precisa produzir 800 Kg de Aluminato de Sódio. Para essa produção será utilizada a reação do Alumínio metálico com Nitrato de Sódio em meio Hidróxido de Sódio. A indústria possui um grande estoque de solução 50%(p/v) de NaOH e de Alumínio metálico com 97% de pureza, porém não há em seus estoques nada de Nitrato de Sódio. Por medida de economia a gerência da indústria decidiu aproveitar o que há de disponível no almoxarifado e descobriu que existem muitos tambores de 20L de solução 8M de Nitrato de Prata e de solução 12M de Brometo de Sódio estocados. A você, engenheiro de produção, incumbe calcular: a) A massa de Alumínio metálico necessária; Resp. 188,71Kg b) O volume de solução de NaOH necessário; Resp. 338,98L c) O número de tambores de solução de Nitrato de Prata necessários; Resp. 318 L (16) tambores d) O número de tambores de solução de Brometo de Sódio necessários. Resp. 212 L (12) tambores Dados: reação de produção de Aluminato de Sódio:

Al + NO3- Al(OH)4

- + NH3 (meio básico) 20. Nos laboratórios de pesquisa de componentes propulsores de foguetes, um composto muito estudado é a Hidrazina, um líquido fumegante com odor parecido com o do amoníaco, que reage com o oxigênio do ar para produzir nitrogênio, vapor de água e muita energia. Uma análise que precisa ser feita diariamente é a medida da quantidade de Hidrazina presente nos efluentes do laboratório, pois a legislação obriga que esse controle seja feito por questões ambientais. Uma amostra de efluente de 50mL foi coletada e colocada a reagir com HCl em excesso, para formação do cloreto de hidrazíneo, segundo a reação genérica:

N2H4 + HX → N2H5+ + X-

Em seguida, essa solução foi posta a reagir com uma solução de ferricianeto de potássio 2mol/L. Essa reação produz o íon ferrocianeto e N2(g), o qual foi coletado em água a 20ºC e armazenado em um compartimento de 1L equipado com um manômetro, cuja pressão total final foi de 1008,13 mmHg. Sabendo que a pressão de vapor da água a essa temperatura é de 17,54 mmHg, calcule: a) A concentração de Hidrazina presente na amostra coletada em

g/L. (Resp. 34,752g/L) b) O volume de solução de ferricianeto de potássio que deve ter

sido gasto. (Resp. 108,55mL) 21. O nitrato de potássio é um importante composto químico usado na fabricação de pólvoras, fogos de artifício, etc. Uma via química para sua produção é baseada em duas etapas. Na primeira, NO2(g) é reagido com água para obtenção de ácido nítrico e NO(g), com rendimento de 100%. Na segunda etapa, com rendimento de 80%, a

solução de ácido nítrico é reagida com cloreto de potássio, para obtenção do nitrato de potássio, NO(g) e gás cloro. Planeja-se utilizar um reator fechado de 2000L de capacidade, onde 3 cilindros de NO2(g) (cada um com 50L, 200atm de pressão e temperatura de 25ºC) serão borbulhados em 1000L de água para a primeira etapa da reação. Em seguida, sem que o reator seja aberto, 50kg de cloreto de potássio serão adicionados para a segunda etapa. Considerando desprezível o volume ocupado pelos sais, calcule: a) A massa de nitrato de potássio produzida; (49,6kg) b) A espessura que deve ter a parede do reator, considerando uma

razão de 0,5mm de espessura para cada atmosfera de pressão. (10mm)

22. 1,31g de uma mistura de limalhas de cobre e alumínio reagiram com excesso de ácido clorídrico, em uma aparelhagem adequada, produzindo gás hidrogênio que foi recolhido em água a 70ºC. Esse gás ocupou um volume de 550mL a uma pressão total de 1atm e 70ºC. Qual a massa de cada metal na mistura? Use 4 algarismos significativos Dica: supostamente há duas reações concorrentes, deve-se verificar se ambas ocorrem. Resp.: 0,2437g de Alumínio e 1,066g de Cobre.

23. A produção do ácido nítrico através do processo Ostwald envolve as seguintes reações não balanceadas:

NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(g) Rend. 90%

NO(g) + O2(g) NO2(g) Rend. 98%

NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq) + NO(g) Rend. 95%

Para uma produção de 1000L de solução 4mol/L do ácido, calcule as quantidades de cilindros de gás (NH3, O2 e NO2) sabendo que cada cilindro tem volume de 50L, pressão de 136atm à temperatura de 30ºC. Resp.: 27cilindros de NH3 e 45 de O2

24. O gás arsina (AsH3) é usado na indústria de componentes eletrônicos. Sua produção é feita reagindo-se o ácido arsênico (H3AsO4) com ácido clorídrico e zinco metálico, segundo a reação abaixo que tem rendimento de 80%:

H3AsO4(aq) + Zn(s) AsH3(g) + Zn2+(aq)

O gás produzido nessa reação é recolhido adequadamente em água a 80ºC e colocado em um vaso de 18,31L que suporta uma pressão máxima de 6 atm também a 80ºC. O H3AsO4 necessário para essa reação é produzido pela reação do óxido de arsênio com ácido nítrico, com 75% de rendimento:

As2O3(s) + NO3-(aq) H3AsO4(aq) + NO(g)

Para a produção da máxima quantidade possível do gás de interesse, calcule: a) O volume de solução de ácido clorídrico 7mol/L necessário;

Resp.: 5L b) A massa de As2O3 com 60% de pureza; Resp.: 598,2g c) O volume de solução de ácido nítrico 0,5mol/L necessário. Resp.:

7,78L 25. A porcentagem de TiO2 em um minério pode ser determinada pela sua reação com o trifluoreto de bromo (líquido), segundo a reação abaixo:

TiO2(s) + Br+3 Ti+4(s) + Br2(l) + O2(g)

Sabendo que 12g do minério ao reagirem com BrF3 produziram O2, que foi recolhido em água à temperatura de 20ºC em um recipiente de 802,4cm3, e que a pressão final no recipiente se igualou à pressão atmosférica de 933,26hPa, calcule: a) A porcentagem de TiO2 no minério; Resp. 21,44% b) O volume de BrF3 gasto (densidade de 2,74g/cm3) Resp. 2,13mL 26. O ouro metálico não se dissolve em ácido clorídrico concentrado nem em ácido nítrico concentrado. Entretanto ele se dissolve em água régia, uma mistura desses dois ácidos concentrados. Os produtos da reação são o íon AuCl4

- e NO gasoso. Para a dissolução de um anel de ouro de 18 quilates (18K) pesando 3,50 g, calcule a) O volume de água régia necessário, sabendo que ela será preparada com ácido clorídrico 10mol/L e ácido nítrico 30% (p/p) de densidade 1,096g/cm3; Resp. 7,89mL b) A pressão, em mmHg, gerada no recipiente em que se recolheu o NO formado (recolhido em água a 80ºC e armazenado em um volume de 1L à mesma temperatura). Resp. 648,3mmHg Informação: o ouro puro tem 24 quilates.