Iniciante
a) A massa molar do cobre é 63,5g/mol. Assim, a massa inicial de cobre é de 30.63,5 = 1905mg = 1,905g. Assim, o rendimento do ciclo é R = 1,12/1,905 = 58,8%.
b) Percebe-se que foram realizadas cinco etapas (dissolução, precipitação básica, decomposição térmica, dissolução e precipitação redox). Como o rendimento total é o produto do rendimento por etapas e todas as etapas tiveram um rendimento r igual:
r.r.r.r.r = r5 = R ⇔ r = R1/5 = (0,588)1/5 ⇔ r = 89,9%
O rendimento de cada etapa foi de 89,9%.
c) O agente oxidante é a substância F (sulfato de cobre (II)) e o agente redutor é o zinco metálico. Segundo esse experimento, o zinco é o metal mais reativo, uma vez que se oxida em contato com uma solução de cobre (o que indica sua preferência pela forma oxidada dos íons zinco).
Intermediário
a) A = NO2 B = Cu(NO3)2 C = Cu(OH)2 D = H2O E = CuO F = CuSO4
Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Cu(NO)2 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + 2 NaNO3
Cu(OH)2 → CuO + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
CuSO4 + Zn → Cu + ZnSO4
b) O gás A (NO2) é um radical: o nitrogênio apresenta um elétron desemparelhado, configuração que é consideravelmente instável. Por essa razão, ocorre a formação de uma ligação entre dois átomos de nitrogênio de moléculas de A, resultando na dimerização, pelo compartilhamento desses elétrons (que se encontram bem mais estáveis agora, por estarem emparelhados).
c) Seja p a pressão de N2O4 no equilíbrio:
Kp = p/(1-2p)2 = 200
Resolvendo a expressão, obtém-se p = 0,476bar. Assim:
P(NO2) = 1 -2.0,476 = 0,048bar e P(N2O4) = 0,476bar ⇔ P(total) = 0,524 bar
X(NO2) = P(NO2) / P(total) = 0,048/0,524 ⇔ X(NO2) = 0,092 e X(N2O4) = 1 – 0,092 = 0,908.
d) Se a cor marrom se intensifica, então o equilíbrio desloca para as moléculas de NO2 separadas (isto é, para reagentes no equilíbrio de dimerização); assim, conclui-se que o sentido inverso é endotérmico e que a reação de dimerização é exotérmica. Sendo exotérmica, é possível afirmar que sua constante de equilíbrio é menor que 200 em uma temperatura maior que 450K (como 650K).
Avançado
a) A = NO2 B = Cu(NO3)2 C = Cu(OH)2 D = H2O E = CuO F = CuSO4
Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Cu(NO)2 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + 2 NaNO3
Cu(OH)2 → CuO + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
CuSO4 + Zn → Cu + ZnSO4
b) O produto de solubilidade do precipitado C (Cu(OH)2) é dado pela expressão:
Ksp, C = 4.10-12 = [Cu2+][OH-]2
Em água pura, a solubilidade S é:
S.(2S)2 = 4S3 = 4.10-12 ⇔ S = 10-4 mol L-1
Em NaOH 0,5M, a concentração de íons hidróxido é constante, logo a concentração S’ é:
S’.(0,5)2 = 4.10-12 ⇔ S’ = 1,6.10-11 mol L-1
c) Eo = Eo(Cu2+) - Eo(Zn2+) = 0,34 – (-0,76) = 1,10V
ΔG = -RTlnK = -nFEo ⇔ K = exp (nFEo/RT) = exp (2.96485.1,10/8,3145.298,15) ⇔ K = 1,54.1037
O agente redutor é o zinco e o agente oxidante é o sulfato de cobre (F).
d) Da equação de Nernst:
E = Eo – RT.lnQ / nF = Eo – 0,0592.logQ / n
E = 1,10 – 0,0592/2 x log (7,5.10-5/0,05) = 1,10 – 0,0296 log (1,5.10-3)
E = 1,10 – 0,0296 [log(10-3) + log(3) – log(2)] = 1,10 – 0,0296 [-3 + 0,477 – 0,301]
E = 1,10 – 0,0296.(-2,824) = 1,10 + 0,0836
E = 1,184V