Soluções – Química 207

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por

Davi Maricato

Autor: Davi Maricato

INICIANTE

A) A reação entre o CO2​ e Mg(OH)2​ é:

CO2(g)+Mg(OH)2(s)→MgCO3(s)+H2O(l)CO_2(g) + Mg(OH)_2(s) \rightarrow MgCO_3(s) + H_2O(l)

E a reação entre o CO2 e NaOH é:

CO2(g)+2NaOH(aq)→Na2CO3(aq)+H2O(l)CO_2(g) + 2NaOH(aq) \rightarrow Na_2CO_3(aq) + H_2O(l)

B) Primeiro, vamos calcular a massa molar dos hidróxidos envolvidos a partir das massas molares atômicas fornecidas no enunciado:

MMg(OH)2=24,3+2(16+1)=58,3g/molM_{Mg(OH)_2} = 24{,}3 + 2(16 + 1) = 58{,}3 \, g/mol
MNaOH=23+16+1=40g/molM_{NaOH} = 23 + 16 + 1 = 40 \, g/mol

Agora, vamos analisar a absorção de cada hidróxido, partindo primeiro do Mg(OH)2. Vamos calcular a quantidade, em mol, de hidróxido de magnésio em 1 kg do composto.

nMg(OH)2=100058,3≈17,15moln_{Mg(OH)_2} = \frac{1000}{58{,}3} \approx 17{,}15 \, mol

Visto que, dado as equações do item A, a proporção entre CO2 e Mg(OH)2 é de 1:1, temos:

nCO2=17,15moln_{CO_2} = 17{,}15 \, mol

Agora, vamos analisar a absorção do hidróxido de sódio, realizando os mesmos cálculos que fizemos para a analise do hidróxido de magnésio.

nNaOH=100040=25moln_{NaOH} = \frac{1000}{40} = 25 \, mol

Desta vez, a proporção entre NaOH e CO2 é de 2:1. Ou seja:

nCO2=12,5moln_{CO_2} = 12{,}5 \, mol

Visto que a quantidade de matéria de CO2 capturada pelo hidróxido de magnésio é maior que aquela capturada pelo hidróxido de sódio, podemos concluir que 1,0 kg de Mg(OH)2 assegura maior absorção de dióxido de carbono.

C) Sabemos, a partir dos cálculos feitos no item B, que 1,0 kg de Mg(OH)2 captura aproximadamente 17,15 mol de CO2. Considerando que cada mol de dióxido de carbono ocupa 22,4 L, temos que:

VCO2=nCO2×VmV_{CO_2} = n_{CO_2} \times V_m
VCO2=17,15×22,4≈384,2LV_{CO_2} = 17{,}15 \times 22{,}4 \approx 384{,}2 \, L

Portanto, na reacao completa de CO2 com 1,0 kg de hidróxido de magnésio, são removidos da atmosfera aproximadamente 384,2 litros desse gás.

INTERMEDIÁRIO

A)

B) A equação balanceada para a reação entre nitrogênio e oxigênio no cilindro de um motor é:

N2(g)+O2(g)→2NO(g)N_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO(g)

A equação balanceada para a formação de dióxido de nitrogênio a partir de NO é:

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)

C) A reação geral estequiométrica para formar NO2​ é:

N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)N_2(g) + 2O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)

Considerando 22×106 toneladas de NO2​, temos:

m=(22×106tdeNO2)(106g1t)(1moldeNO246gdeNO2)(2moldeO22moldeNO2)(32gdeO21moldeO2)m = (22 \times 10^6 \, t \, de \, NO_2) (\frac{10^6 \, g}{1 \, t}) (\frac{1 \, mol \, de \, NO_2}{46 \, g \, de \, NO_2}) (\frac{2 \, mol \, de \, O_2}{2 \, mol \, de \, NO_2}) (\frac{32 \, g \, de \, O_2}{1 \, mol \, de \, O_2})
m=15,3×1012gdeO2m = 15,3 \times 10^{12} \, g \, de \, O_2

D) Chuva ácida é consequência da dissolução de poluentes concentrados na atmosfera, tais
como óxidos de nitrogênio, óxidos de carbono e óxidos de enxofre no vapor de água no ciclo
hidrológico, resultando na precipitação de água, na forma de chuva, neve ou vapor com pH
inferior a 5,6.


Efeito estufa é o aumento da temperatura média dos oceanos e da camada de ar próxima à
superfície da Terra que pode ser consequência de causas naturais e atividades humanas. Isto
se deve principalmente ao aumento das emissões de gases na atmosfera que causam o efeito
estufa, principalmente o dióxido de carbono (CO2).

E) A reação de combustão completa do C8H18 é:

C8H18(l)+252O2(g)→8CO2(g)+9H2O(l)C_8H_{18}(l) + \frac{25}{2}O_2(g) \rightarrow 8CO_2(g) + 9H_2O(l)

Fazendo o cálculo da massa de O2 (85%), tem-se:

m=(500gdeC8H18)(400gdeO2114gdeC8H18)m = (500 \, g \, de \, C_8H_{18}) (\frac{400 \, g \, de \, O_2}{114 \, g \, de \, C_8H_{18}})
m=1754,4gdeO2m = 1754{,}4 \, g \, de \, O_2

Logo 15% em massa de O2, corresponde:

m=(1754,4gdeO2)(15%deO285%deO2)m = (1754{,}4 \, g \, de \, O_2) (\frac{15\% \, de \, O_2}{85\% \, de \, O_2})
m=309,6gdeO2m = 309{,}6 \, g \, de \, O_2

Usando a reação de geral para formar NO2, calcula-se a massa deste:

N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)N_2(g) + 2O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)
m=(309,6gdeO2)(92gdeNO264gdeO2)m = (309{,}6 \, g \, de \, O_2) (\frac{92 \, g \, de \, NO_2}{64 \, g \, de \, O_2})
m=445,1gdeNO2m = 445{,}1 \, g \, de \, NO_2

AVANÇADO

A) Sabemos que a pressão exercida nas paredes de um recipente depende do impulso das colisões e da frequência das colisões com essa parede. Dessa forma, podemos analisar as mudanças ocorridas em cada subitem e sua influência na pressão.

I. Se dobrarmos o número de partículas em um recipente, teremos o dobro das colisões por unidade de tempo, o que fará, por consequência, com que a pressão do recipiente dobre.

II. Se dobrarmos o volume do recipiente, a frequência de colisão das partículas com a parede diminuirá (visto que as partículas terão que percorrer um caminho maior antes de colidirem). Tendo em vista a relação:

P∝1VP \propto \frac{1}{V}

Portanto, a pressão cai pela metade.

III. Sabemos, pelo enunciado, que o impulso exercido depende da massa e da variação de velocidade. Portanto, para uma velocidade constante, se dobrarmos a massa, o impulso dobra. A frequência das colisões é a mesma, mas cada colisão vai exercer o dobro do impulso, dobrando também a pressão.

IV. Um aumento de temperatura irá aumentar a energia cinética média das partículas no recipiente, aumentando a frequência das colisões. Para tentar ver o efeito do aumento da temperatura na pressão em uma situação hipotética, podemos utilizar a seguinte relação para um gás ideal em volume constante:

P1T1=P2T2\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}
P2P1=T2T1\frac{P_2}{P_1} = \frac{T_2}{T_1}

Imaginando uma situação em que um gás passa de 0°C (273 K) para 10°C (283 K), temos que:

P2P1=283273≈1,037\frac{P_2}{P_1} = \frac{283}{273} \approx 1,037

Logo, houve um aumento de aproximadamente 3,7% na pressão. Ou seja, a pressão aumentou ligeiramente.

B) Pelo enunciado, sabemos que a força de repulsão entre as partículas é dada por:

F=−dVdrF = -\frac{dV}{dr}

Isso significa que a força depende da inclinação da curva de energia potencial em cada ponto (razão entre $dV$ e $dr$).

Se $-\frac{dV}{dr}$ for maior que 0, $F$ será menor que 0, ou seja, há uma força atrativa (uma vez que um F maior que 0 aponta para a direita, ou seja, aumenta $r$, o que distancia as partículas e as separa).

Se $-\frac{dV}{dr}$ for menor que 0, $F$ será maior que 0, ou seja, há uma força repulsiva (uma vez que um $F$ menor que 0 aponta para a esquerda, ou seja, diminui $r$, o que aproxima as partículas).

Se $-\frac{dV}{dr}$ for igual que 0, $F$ será também igual a 0, ou seja, há uma força quase nula.

Desse modo, podemos analisar cada ponto. Em A, a inclinação é quase 0, mas ainda é pouco positiva, ou seja, $F$ é negativo e há uma leve força de atração. Em B, há uma inclinação positiva da curva, o que significa que $F$ é menor que 0 e a força é atrativa. Em C, a inclinação é 0, ou seja, $F$ é aproximadamente 0 e representa uma distância de equilíbrio entre as partículas. Em D, há uma inclinação negativa na curva, ou seja, $F$ é maior que 0 e a força é repulsiva.

C) Para Z = 1 (i), o volume molar do gás real e o volume molar do gás ideal é o mesmo, ou seja, não há forças intermoleculares, comportamento de gás ideal (c).

Para Z < 1 (ii), o volume molar do gás real é menor que o volume molar do gás ideal, significando que há forças atrativas entre as partículas que diminuem seu volume previsto. Logo, as forças atrativas dominam (a).

Para Z > 1 (iii), o volume molar do gás real é maior que o volume molar do gás ideal, significando que há forças repulsivas que afastam as partículas e aumentam seu volume previsto. Logo, as forças repulsivas dominam (b).

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