Exercícios Resolvidos de Química Orgânica e Físico-Química - Propriedades, Equilíbrio e Termodinâmica

1 Os compostos abaixo AD apresentam diferentes propriedades físicoquímicas Com relação a eles analise as proposições abaixo e marque com V para verdadeiro e F para falso justificando todas as suas escolhas ATENÇÃO SÓ SERÃO CORRIGIDAS AS RESPOSTAS DEVIDAMENTE JUSTIFICADAS O butan2ol apresenta um carbono assimétrico O éter apresenta o menor ponto de ebulição O composto D apresenta o hidrogênio mais ácido Os compostos C e D são capazes de formar ligações de hidrogênio sendo mais fortes as formadas entre as moléculas dos álcoois do que as formadas entre moléculas de aminas O éter B ao reagir com cloreto de alumínio se comportará como uma base de Lewis Com exceção dos átomos de hidrogênio todos os demais elementos apresentam hibridização sp3 2 Considere a reação de formação de HIg representada a seguir Suponha que as concentrações de H2 e I2 no frasco sejam ambas inicialmente de 00175 molL a 425 ºC e que não haja HI presente Com o passar do tempo a reação ocorre e as concentrações serão alteradas conforme registrado no seguinte gráfico H2g I2g 2 HIg Figura 1 Variação da concentração molar de H2 I2 e HI durante a obtenção do ácido iodídrico a 425ºC Responda a Apresente a expressão para a constante de equilíbrio Kc da reação de formação de HI b Estime a constante de equilíbrio Kc da reação a 425 ºC c Como o equilíbrio será deslocado se durante o processo de síntese HI for removido por condensação Justifique d O valor da energia livre padrão para a reação a 25ºC ΔrGº é igual a 170 kJ mol1 Determine o valor da constante de equilíbrio a 25ºC e Como o equilíbrio será deslocado se a reação for aquecida de 25ºC para 200ºC Justifique 3 O gráfico a seguir mostra a dependência entre a pressão de vapor mmHg e a temperatura para três substâncias éter dietílico etanol e água Responda a Estime a temperatura de ebulição normal para cada um destes líquidos b Qual a relação entre temperatura de ebulição e forças intermoleculares destas substâncias Justifique detalhadamente c É possível levar a água a ebulição a 60ºC Justifique considerando o gráfico d Qual líquido é mais volátil a 30ºC Justifique e Qual será o estado físico do etanol a 10ºC e 760 mm Hg f Qual será o estado físico do etanol a 10ºC e 200 mm Hg g Estime a entalpia de vaporização da água mostre seus cálculos 4 Oxigênio e fósforo reagem entre si e formam dois óxidos sólidos em temperatura padrão com composições diferentes Em um deles a porcentagem em massa de fósforo é de 4364 e sua massa molar é de 28333 gmol A porcentagem em massa de fósforo no outro óxido é de 5634 com uma massa molar de 21988 gmol Com base nessas informações considere os seguintes itens a Determine a fórmula empírica de cada óxido de fósforo b Determine a fórmula molecular de cada óxido de fósforo c Escreva uma equação química balanceada para a formação de cada um dos óxidos indicando também o estado de oxidação de cada elemento nos reagentes e produtos d Escreva equações químicas balanceadas que representam a reação química de cada um dos óxidos de fósforo com excesso de água e nomeie o produto formado em cada caso 1 V O carbono 2 do butan2ol é um carbono assimétrico pois está ligado a 4 grupos diferentes 1 hidroxila OH um hidrogênio H uma metila CH3 e uma metila CH2CH3 F O éter não apresenta maior ponto de ebulição que o álcool e a amina pois esses dois compostos podem realizar ligações de hidrogênio V O álcool possui o hidrogênio mais ácido ou seja é o ácido mais forte Podemos analisar esta afirmação verificando que a base conjugada do álcool é a mais estável porque a carga negativa está presente no oxigênio elemento altamente eletronegativo V O álcool forma ligações de hidrogênio mais fortes que a amina porque o oxigênio é mais eletronegativo que o nitrogênio V O éter age como base de Lewis doando um par de elétrons ao cloreto de alumínio AlCl3 que por ser deficiente em elétrons age como ácido de Lewis V Todos os carbonos são sp3 não há ligações duplas ou triplas os oxigênios de éteres e álcoois e nitrogênios de aminas são hibridizados sp3 3 a Éter dietílico 37 ºC Etanol 80 ºC Água 100 ºC b Notamos que o éter dietílico possui o menor ponto de ebulição pois não é capaz de realizar ligações de hidrogênio o etanol possui ponto de ebulição intermediário pois realiza apenas uma ligação de hidrogênio a água possui maior ponto de ebulição pois é capaz de realizar duas ligações de hidrogênio c Sim é possível baixa diminuir a pressão até aproximadamente 100 mmHg d O líquido mais volátil é aquele que possui maior pressão de vapor A 30 ºC o éter dietílico possui mais pressão de vapor portanto é o mais volátil nesta temperatura e O etanol estará na fase líquida a 10 ºC e 760 mmHg f O etanol estará na fase líquida a 10 ºC e 200 mmHg g 2 H2 I2 00275 molL H2g I2g 2HIg a Kc HI2 H2I2 b No equilíbrio HI 0027 molL I2 H2 0003 molL Kc 00272 0003 0003 Kc 81 c O equilíbrio será deslocado no sentido de formação do produto HI pois ao removêlo por condensação estamos diminuindo sua concentração d ΔG RT ln K ln K ΔG RT 170 103 J mol1 8314 J K1 mol1 298 K ln K 0686 K 0504 2 e A reação direta I2 H2 2HI é exotérmica Portanto ao aumentar a temperatura o equilíbrio é deslocado no sentido de formação dos produtos I2 e H2 3 g lnP2 P1 ΔHvap R 1T2 1T1 P2 760 mmHg T2 100C 373 K P1 300 mmHg T1 80C 353 K ln760 300 ΔHvap 8314 J K1 mol1 1 373 K 1 353 K ΔHvap 50 878 J mol1 ΔHvap 509 kJ mol1 4 P 4364 28333 g mol1 J 56364 21988 g mol1 II a b J P 04364 28333 gmol 30974 gmol 4P Oxigénio 1 04364 28333 gmol 15999 gmol 10 Oxigénio I Fórmula molecular P4O10 Fórmula empírica P2O5 II P 05636 21988 gmol 30974 4p Oxigénio 1 05634 21988 gmol 15999 gmol 6 Oxigénio II Fórmula molecular P4O6 Fórmula empírica P2O3 4 c P4 5O2 P4O10 NOX0 NOX0 NOX5 NOX2 P4 3O2 P4O6 NOX0 NOX0 NOX2 NOX3 d P4O10 6H2O 4 H3PO4 Ácido fosfórico P4O6 6H2O 4 H3PO3 Ácido fosforoso