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Química Inorgânica I - 2018 4a lista de exercícios

1) O comprimento de onda da luz verde dos semáforos está centrado em 522 nm. Qual

é a frequência desta radiação? Qual a energia neste comprimento de onda?

Dados: 1 nm (nanômetro) = 10-9 m. Constante de Plank; h = 6,63 x 10-34 J.s.

(Atkins & Jones, Princípios de Química, página 135).

2) a) Calcule a energia (em Joules) de um fóton de comprimento de onda 5,00 x 104

nm e de um fóton de comprimento de onda 5,00 x 10-2 nm.

b) Quais regiões do espectro eletromagnético correspondem estes comprimentos de

onda? Qual das regiões é não ionizante e qual seria ionizante?

A região do visível situa-se entre 380-780 nm ambos os comprimentos de onda estão

na região do invisível ao olho humano. O comprimento de onda de 5.104 nm está na

região do infravermelho. O comprimento de onda em 5.10-2nm está após a região do

ultravioleta, como o comprimento de onda é baixo é altamente energético e assim mais

ionizante.

3) Utilizando dos conhecimentos da teoria de VSEPR desenhe a geometria adequada

para os seguintes compostos:

a) CO2 b) SO3 c) H2O

d) H3PO4 e) NF3 f) PF6

g) XeCl4 h) IF3 i) N2H2

j) H2CO3 l) ClO2 m) N2O

n) BeCl2 o) SF2 p) SF5

q) SF6 r) PBr5 s) PBr3

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4) Qual o conceito de ácido e base pela teoria de Arrhenius? Dê um exemplo de

ionização de um ácido. (Mahan, pg.110)

Ácido é toda espécie que ioniza H+ em meio aquoso. HCl + H2O H3O+

Base é toda espécie que dissocia OH- em meio aquoso. NaOH Na+ OH-

3) Monte as reações de neutralização (fórmulas) balanceadas entre os seguintes ácidos

e bases. Dê o nome dos sais formados. (Atkins & Jones, pg. 108)

a) ácido clorídrico + hidróxido de sódio cloreto de sódio + água

HCl+ NaOH NaCl + H2O

b) ácido fluorídrico + hidróxido de cálcio fluoreto de cálcio + água

2 HF + Ca(OH)2 CaF2 + 2 H2O

c) ácido fosfórico + hidróxido de alumínio fosfato de alumínio + água

H3PO4 + Al(OH)3 AlPO4 + 3 H2O

d) ácido sulfúrico + hidróxido de ferro(II) sulfato de ferro(II) + água

H2SO4 + Fe(OH)2 FeSO4 + 2 H2O

e) ácido sulfuroso + hidróxido de lítio sulfito de lítio + água

H2SO3 + 2 LiOH Li2SO3 + 2 H2O

f) ácido perclórico + hidróxido de magnésio perclorato de magnésio + água

2 HClO4 + Mg(OH)2 Mg(ClO4)2 + 2 H2O

g) ácido nítrico + hidróxido de bário nitrato de bário + água

2 HNO3 + Ba(OH)2 Ba(NO3)2 + 2 H2O

h) ácido carbônico + hidróxido de ferro(III) carbonato de ferro(III) + água

3 H2CO3 + 2 Fe(OH)3 Fe2(CO3)3 + 6 H2O

i) ácido nitroso + hidróxido de cobre(II) nitrito de cobre(II) + água

2 HNO2 + Cu(OH)2 Cu(NO2)2 + 2 H2O

4) Monte as reações de neutralização total (balanceadas) entre os seguintes ácidos e

bases:

a) H2CO3 + 2 NaOH Na2CO3 + 2 H2O

b) H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O

c) 3 H2SO3 + 2 Al(OH)3 Al2(SO3)3 + 6 H2O

d) H3PO3 +3 NaOH Na3PO3 + 3 H2O

e) HNO3 + LiOH LiNO3 + H2O

f) 2 HClO3 + Ca(OH)2 Ca(ClO3)2 + 2 H2O

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g) H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2 H2O

h) 2 H3PO4 + 3 Fe(OH)2 Fe3(PO4)2 + 6 H2O

i) 3 HCl + Fe(OH)3 FeCl3 + 3 H2O

5) O que são indicadores? Qual a constituição química da fenolftaleína. (Atkins & Jones,

pg. 576)

São compostos orgânicos, geralmente bases fracas de Brönsted-

Lowry que aceitam H+ e consequentemente alteram a estrutura

cromófora (absorvedora de determinado comprimento de onda) e

assim alteram a energia absorvida pela luz, resultando em colorações

diferenciadas. A fenolftaleína é um indicador de pH com a fórmula

C20H14O4. Apresenta-se normalmente como um sólido em pó branco.

É insolúvel em água e solúvel em etanol.

6) O que é pH? Descreva sua importância. (Russel, pg. 743)

O pH é a medida logaritima de base 10 da concentração de hidrogênio ionizável (H+).

Geralmente a medida é realizada por um instrumento chamado pHmetro, através de

uma eletrodo de membrana seletiva a íons H+.

A importância do pH é ter um valor rápido em escala da quantidade de ácido ou base

em concentração em um meio químico. A aplicação do uso do pH é extremamente

enorme.

7) Cite as características de compostos ácidos e básicos (organolépticas e reatividade).

Compostos ácidos possuem sabor azedo, em água conduzem corrente elétrica, reagem

com metais produzindo gás hidrogênio, reagem com bases formando sais e água.

Bases possuem sabor adstringente (banana verde = “amarra a boca”) reagem

rápidamente com gordura formando sais orgânicos (sabão) e água.

8) Defina ácido e base pela teoria de Brönsted-Lowry. Dê um exemplo. (Shriver &

Atkins, pg. 133)

Ácido é toda espécie que doa H+. Exemplo: HCl + H2O H3O+ + Cl-

Base é toda espécie que recebe H+.

No exemplo o HCl é ácido pois doa H+ para a molécula de água, o ácido conjugado da

molécula de água também é ácido, pois doa H+ para o ánion Cl-. A molécula de H2O

atua como uma base no exemplo, pois recebe H+ do HCl e a base conjugada do HCl,

no caso o Cl- é uma base de Brönsted, pois recebe H+ do íon H3O+.

9) Identifique as bases conjugadas correspondentes aos seguintes ácidos:

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a) HSO4- SO4

-2

b) H2PO4- HPO4

-2

c) Si(OH)4 Si(OH)3O-

11) Por que a água pode ser tanto uma base de Brönsted como uma base de Lewis?

Água pode ser um ácido de Brönsted? E um ácido de Lewis?

A água pode ser tanto uma base ou ácido de Brönsted-Lowry isso depende do meio.

Quando recebe H+ atua como uma base de Brönsted-Lowry e quando doa H+ atua como

ácido Brönsted-Lowry. Veja os exemplos:

Exemplo 1: H2O + HCl H3O+ + Cl-

A água recebe H+ de HCl, logo atuou como base.

Exemplo 2: H2O + NH3 NH4+ + OH-

A água dá H+ a molécula de NH3, assim atua como ácido.

O mesmo exemplo pode ser utilizado para explicação de Lewis, no caso, ácido de Lewis

recebe um par de elétrons, enquanto uma base doa um par de elétrons.

O exemplo 1 pode ser representado como na figura abaixo, demosntrando que a água

atua como uma base de Lewis também, entretanto por outro mecanismo, doação de

um par de elétrons.

O exemplo 2 também pode ser utilizado para verificar que o hidrogênio da molécula de

água recebe um par de elétrons da molécula de amônia, assim atuando como ácido de

Lewis a água e amônia como base de Lewis.

12) Identifique os ácidos conjugados das bases:

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a) HPO4-2 H2PO4

-

b) O-2 HO-

c) CN- HCN

13) Defina ácido e base pela teoria de Lewis. Dê um exemplo. (Russel, v1, pg. 571)

Ácido para Lewis é toda espécie capaz de receber um par de elétron. No exemplo temos

o BCl3 + :NH3 BCl3-NH3. O BCl3 recebe um par de elétrons da molécula de amônia

(:NH3), assim atua como um ácido de Lewis.

A base de Lewis é a espécie que doa um par de elétrons, no exemplo a molécula de

amônia atua como uma base de Lewis.

14) Para a seguinte série de ácidos: HClO4, HClO3, HClO2. (Koltz, v2, pg. 97 e 120)

HClO4 > HClO3 > HClO2

a) Dê uma explicação para diminuição da acidez na série.

A diminuição da acidez está associada ao efeito indutivo, assim no ácido perclórico

(HClO4) é o mais ácido pelo fato de haver mais oxigênio ligado ao átomo central, assim

o enxofre (S) está extremamente deficiente de eletróns que por sua vez atrai os elétrons

o oxigênio ligado ao hidrogênio. Esse efeito diminui a força de ligação entre H-O o

resulta na maior facilidade de clivagem de ligação e consequentemente a espécie é a

mais ácida. No caso do ácido cloroso (HClO2) o efeito indutivo é menos pronunciado

devido a menor quantidade de oxigênio ligado ao átomo central, assim a ligação H-O

nesta estrutura é mais forte e o sistema é menos ácido.

b) Qual seria a força básica de ClO4-, ClO3

-, ClO2-.

Ácido base

HClO4 ClO4- + H+

HClO3 ClO3- + H+

HClO2 ClO2- + H+

Quanto mais forte o ácido mais fraco será sua base conjugada, assim se a ordem de

ácidez dos ácidos representados anteriormente é HClO4 > HClO3 > HClO2. Teremos o

inverso para a força de basicidade, veja a ordem a seguir: ClO4- < ClO3

- < ClO2-

c) Como se explica o fato de que existe uma pequena diferença de acidez na série

H3PO4, H3PO3 e H3PO2?

Os três ácidos possuem características bem semelhantes em relação a ionização de

H+, pois todos possuem pelo menos um grupo H-O e todos estão ligado ao fósforo que

contém uma ligação P=O que o torná deficiente de elétrons. A figura abaixo mostra que

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a diferença entre as estruturas está na ausência de grupos H-O e isso só afeta a

segunda e terceira ionizações, assim a primeira ionização deveria apresentar

características bem próximas.

15) Explique a formação de S2O3-2 a partir de SO3

- e S em termos de teoria de ácidos

de Lewis? (Shriver & Atkins, pg. 189)

SO3-2 + S S2O3

-2

O ânion SO3-2 atua como uma base de Lewis e doa um par de elétrons ao átomo de

enxofre (S°) formando ânion tiossulfato (S2O3-2).

16) Calcule o pH, pOH, [H3O+] e [OH-] de uma solução de ácido acético de concentração

0,025M.

Ka(ácido acético)= 1,8x10-7 (Mahan, pg. 115)

pH =? 4,17

pOH =? 9,83

[H3O+] =? 6,7.10-5 mol/L

[OH-] =? 1,47.10-10 mol/L

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17) Uma solução de 0,015M de cianato de hidrogênio, HOCN, tem um pH de 2,67.

a) Qual é a concentração de íons hidrônio (H3O+) na solução?

b) Qual a constante de ionização, Ka, para o ácido?