Exercícios de P1 de Provas passadas Questão 01: O Nitrometano (CH3NO2) é o composto nitrado mais simples e é largamente usado pela indústria em aplicações que vão de extração de compostos a intermediários em reações. É também o combustível preferido nas corridas de Dragster Top Fuel. Para obtê-lo reagimos cloroacetato de sódio (ClCH2COONa) com nitrito de sódio (NaNO2) em meio aquoso, segundo a reação abaixo:

ClCH2COONa + NaNO2 + H2O → CH3NO2 + NaCl + NaHCO3

Querendo fabricar 200 litros de nitrometano (ρ =1,1371 g.cm-3) a partir de uma reação entre uma solução de nitrito de sódio com concentração de 12 mol/l e cloroacetato de sódio com 95% pureza e 25% de excesso, pergunta-se OBS: a água é alimentada em grande quantidade não interferindo na reação. a) Qual massa de cloroacetato de sódio (ClCH2COONa) e volume de solução de nitrito de sódio (NaNO2) deve ser adicionada ao reator para um grau de conversão do reagente em excesso (%GCRE) de 74,5%? (613,1kg & 333,3L) b) Qual o rendimento percentual da reação? (93,1%) Questão 02: Sobre o processo de obtenção de alumínio, responda: a) Admitindo-se que em um dado processo de obtenção do alumínio alimenta-se diariamente 10 toneladas de minério bauxita com cerca de 28% de teor de alumina (Al2O3), e que as impurezas são basicamente Fe2O3 e SiO2, calcule a quantidade de alumínio obtida sabendo-se que:

- a etapa de separação e purificação da alumina tem 90% de rendimento; - na eletrólise o rendimento é de 80%. - reação da eletrólise: Al2O3 → Al + O2

Resposta:1,06 toneladas b) Sabe-se que uma das reações que ocorre no processo de obtenção do alumínio é a reação de neutralização da amônia (gerada na etapa de precipitação do hidróxido de alumínio) com íons manganês e água oxigenada, pois a amônia é um gás tóxico. Assim sendo, balanceie a equação abaixo e aponte os agentes oxidantes e redutores desta equação:

NH3 + Mn2+ + H2O2 + H2O → MnO(OH)2 + NH4+

Nox de cada átomo: -3 +1 2+ +1 -1 +1 -2 +4 -2 -2 +1 -3 +1

NH3 + Mn2+ + H2O2 + H2O → MnO(OH)2 + NH4+

Nox do conj. de átomos: -3 +3 2+ +2 -2 +2 -2 +4 -2 -2 -3 +4

2 NH3 + Mn2+ + H2O2 + H2O → MnO(OH)2 + 2 NH4+

Agente Redutor: é quem sofre oxidação (perde elétrons): Mn2+ Agente Oxidante: é que sofre redução (ganha elétrons): H2O2

Questão 03: A síntese da uréia pode ser apresentada pelas seguintes reações:

HNO3(aq) + HNO2(aq) 2NO2(g) + H2O(l)

2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

4NO(g) + 6H2O(l) 4NH3(g) + 5O2(g)

2NH3(g) + CO2(g) NH4CO2NH2(s)

NH4CO2NH2(s) NH2CONH2 + H2O(l)

Para a obtenção de 150kg de uréia, pergunta-se: a) Quantos kg de solução de HNO3 com 60% em massa devem ser utilizados sabendo que a primeira etapa apresenta um rendimento de 80%? (328,2kg) b) Qual o volume de O2 nas CNTP liberado durante todo o processo? (193m³) c) Qual o volume de solução aquosa de HNO2 de concentração 0,65 mol/L utilizada no processo? (4807,7 litros) Questão 04: O processo de obtenção do ferro gusa (Fe) envolve uma sequência de quatro reações que ocorrem no interior do alto-forno. A primeira reação envolve a queima do coque (C) com o oxigênio (O2) para a formação do monóxido de carbono (CO). A seguir, o monóxido de carbono reage com a hematita (Fe2O3) presente no minério de ferro para formar o ferro gusa e o gás carbônico (CO2). As duas últimas sequências de reações o calcário (CaCO3) se decompõe a cerca de 800 oC formando o óxido de cálcio (CaO) e gás carbônico e o óxido de cálcio reage com a sílica (SiO2) que é o principal contaminante do minério de ferro, formando a escória (CaSiO3). a) (1,0) Escreva as quatro reações balanceadas que ocorrem no alto-forno. b) (0,5) Na reação de formação do ferro qual é o agente oxidante e o agente redutor? c) (1,0) Considerando a alimentação de 1,50 t de minério de ferro contendo 75% de hematita e que é necessário existir um excesso de 40% de monóxido de carbono para que a reação de produção do ferro tenha rendimento de 90%, qual é a massa de coque e calcário alimentada? Considere que todas as impurezas do minério são sílica e o calcário é alimentado puro. Resolução: a) (I) C (s) + ½ O2 (g) → CO (g)

(II) Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (l) + 3 CO2 (g) (III) CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) (IV) CaO (s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)

b) agente oxidante: Fe2O3 (Fe vai de +3 para 0) agente redutor: CO (C vai de +2 para +4) c) 1,50 t minério com 75% de hematita = m hematita = 1,125 ton. Fe2O3 (= 7,04kmol) das reações (II) e (I): nco, teo = 21,12kmol = nC, teo ⇒ nC, alim = 29,57kmol (= 355kg) das reações (IV) e (III): mSiO2= 375kg (=6,24kmol) ⇒ nCaCO3, alim =6,24kmol (=625kg)

Questão 05: Considere as seguintes reações:

CuCO3 (s) + HNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + H2CO3 (aq)

H2CO3 (aq) → CO2 (g) + H2O (l) Sabendo que o grau de complementação da reação da primeira etapa é de 75%, pede-se: a) (1,0) o grau de complementação da reação da segunda etapa, sabendo que são obtidos 10,0 m³ de H2O quando 100 kg de CuCO3 puro são consumidos. (68,6%) b) (1,0) o volume da solução de HNO3 com concentração de 3,0 mol/L necessária para reagir com 100 kg de CuCO3 puro, sabendo que são utilizados 25% de excesso de solução de HNO3.

(674 litros) Dado: ρ (H2O) = 1,00 kg.m-3

Questão 06: O ácido acetilsalicílico (C9H8O4) é um ácido muito utilizado pela indústria farmacêutica na produção do medicamento Aspirina. O mesmo é produzido pela reação do ácido salicílico (C7H6O3) com anidrido acético (C4H6O3) com ρ = 1,08 g/cm3, utilizando-se ácido sulfúrico como catalisador. Baseado na reação abaixo e sabendo-se que foram utilizados durante a reação numa indústria 50 kg de ácido salicílico e 35 L de anidrido acético, pergunta-se:

C7H6O3 + C4H6O3 C9H8O4 + HC2H3O2

a) Qual a porcentagem de reagente em excesso? (2,3%) b) Sabendo-se que foram obtidos durante a reação 55 kg de ácido acetilsalicílico, qual é o grau de complementação da reação (%GC) ? (84,3%) c) Qual o Grau de Conversão de cada Reagente ? (82,5% & 84,3%)

Rótulo:V  =  ______________ρ =  ______________c  =  ______________b  =  ______________

Questão 07: Em uma prática de laboratório você encontra na bancada três tubos de ensaios contendo uma determinada quantidade de uma solução aquosa de carbonato de potássio (K2CO3). Os tubos de ensaio apresentam informações conforme a figura ao lado. Você por curiosidade resolve misturar os conteúdos dos tubos 2 e 3 em um béquer.

O seu professor achou muito interessante o que você fez e decidiu lhe propor um desafio: Preencher o rótulo do béquer com as informações da mistura que você preparou.

Assim você deve calcular (demonstre todos os cálculos realizados):

a. O volume da solução resultante no béquer. (1037,6ml)

b. A densidade da solução resultante no béquer. (1,25g/ml) c. A concentração mol/L da solução resultante no béquer. (2,097

mol/L)

d. A molalidade da solução resultante no béquer (2,184 mol/kg) OBS: Considere, se necessário, densidade da água igual a 1,0 (g⋅mL-1)

ρ (g·cm-3) 1,1776 1,1979 1,2182 1,2384 1,2587 1,2790 1,2992 1,3195 1,3398

%W 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 26,00 28,00 30,00 32,00 Questão 08: Um volume de 250 ml de uma solução de cloreto de sódio com porcentagem em massa de soluto de 5 % é misturada a 500 ml de uma solução do mesmo soluto, com concentração mol/L de 0,8 mol/L e molalidade de 0,757mol/kg de água. Após a mistura, o volume da solução resultante é completado para 1 L. Para a solução final

a) Qual a concentração comum (concentração em massa)? R=36,31𝑔 𝑙 b) Qual a concentração em porcentagem massa de soluto? R=4,34%

Dados: Tabela de densidade x porcentagem em massa do cloreto de sódio.

ρ / (g.mL-1) 1,0053 1,0125 1,0268 1,0413 1,0559 1,0707 1,0857 1,1009 w / (%) 1,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,0 12,0 14,0

ρ=1,2  g/mLV=500  mL

b=0,35  mol/kgVH2O=300  mLc=  0,3  mol/L

ρ=1,31  g/mLV=750  mL

Tubo  1 Tubo  2 Tubo  3

Questão 09: Balanceie as seguintes equações REDOX:

KMnO4 + Zn + H2SO4 → MnSO4 + ZnSO4 + K2SO4 + H2O R=2; 5; 8; 2; 5; 1; 8

PbO + NaBrO3 → PbO2 + NaBr R=6; 2; 6; 2

Questão 10: Balanceie as seguintes equações REDOX:

As2S5 + HNO3 H3AsO4 + H2SO4 + H2O + NO2

R=1; 40; 2; 5; 12; 40

Na2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + Na2SO4 + H2O + MnSO4 + CO2

R=5; 2; 8; 1; 5; 8; 2; 10

Dados: Nox As = +5 Nox do grupo SO4 = -2 Questão 11: Dada a tabela de coeficiente de solubilidade(s) do sal K2CO3 em solução aquosa em função da temperatura

s/(g K2CO3/100g H2O) 108,0 110,5 114,0 117,5 122,0 126,5 134,0 140,0 147,5 T / (oC) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

300 mL de uma solução de carbonato de potássio (K2CO3) apresenta concentração mol/L de 4,824 mol/L e uma densidade 1,2424 g/mL é misturada a uma solução saturada do mesmo sal a 70 oC, contendo 300 g de K2CO3. A partir dos dados da tabela acima, determine:

a) A temperatura mínima a qual deve ser resfriada a solução resultante, a fim de se formarem cristais de K2CO3. R=59ºC

b) Calcule a porcentagem em massa de soluto da solução resultante. R=55,77%

Questão 12: Para a obtenção de H2SO4 utiliza-se a Pirita (minério contendo FeS2) como matéria prima, conforme as reações não balanceadas abaixo:

FeS2(s) + O2(g) → Fe2O3(s) + SO2(g) GC = 80% SO2(g) + O2(g) → SO3(g) GC = 90% SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) GC = 95%

Sabendo –se que nessas reações foram utilizados 20% de O2 em excesso na 1° , 30% de O2 em excesso na 2° e grande excesso de água na 3°. Pede-se para a obtenção de 1 tonelada de solução de H2SO4 a 30% em massa:

a) A massa de pirita com 75% de pureza. R=358,3𝑘𝑔 b) O volume total de O2, nas CNPT, alimentado no processo. R=217,73𝑚!

Questão 13: Pode-se produzir N2 a partir de amônia e oxigênio segundo a reação:

4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) +6H2O(g) O conteúdo de um recipiente de 3000 mL de NH3(g) sob as condições de 750 mmHg e 28 °C é misturado com o conteúdo de um recipiente de 5200 mL de O2(g) medidos a 780 mmHg e 50 °C. A mistura é realizada em outro recipiente de 4525 mL a 100 °C. Levando em consideração que toda a amônia seja consumida, no final da reação, determine:

a) A pressão total do sistema em mmHg; R=1800𝑚𝑚𝐻𝑔 b) A composição molar (fração) dos componentes do sistema ao final da reação; R=𝑥!! =

0,314; 𝑥!! = 0,172; 𝑥!!! = 0,514 c) A pressão parcial dos componentes do sistema ao final da reação;

R=𝑝!! = 565,2𝑚𝑚𝐻𝑔; 𝑝!! = 309,6𝑚𝑚𝐻𝑔; 𝑝!!! = 925,2𝑚𝑚𝐻𝑔

Questão 14: Uma amostra de 200 Kg de gás natural com 80% em massa de metano (CH4) foi utilizada para a produção de cloreto de ferro II (FeCl2) conforme descrito no processo abaixo:

CH4 + H2O → CO + 3H2 GC=90% H2 + Cl2 → 2 HCl GC=80% 2 HCl + FeO → FeCl2 + H2O GC=90%

Cada etapas está representada juntamente com seu respectivo grau de complementação (rendimento).

a) Calcule a massa de FeCl2 com 94% de pureza obtida ao final do processo. R=2613,13𝑘𝑔 b) Sabendo que o Cl2 é alimentado com 30% de excesso na segunda etapa, determine a

quantidade de Cl2 alimentada.R=2481,5𝑘𝑔

Questão 15: A nitroglicerina (C3H5(NO3)3) é um líquido sensível ao choque, que detona pela

reação:

4 C3H5(NO3)3(l) → 6 N2(g) + 10 H2O(g) + 12 CO2(g) + O2(g)

Para a detonação de 450 g de nitroglicerina, calcule:

a) O volume total de gases produzidos, a 1600 mmHg e 275ºC. R=306,8𝑙

b) As frações molares da mistura gasosa final. R=𝑥!! = 0,21;  𝑥!!! = 0,34;  𝑥!"! =

0,41;  𝑥!! = 0,04

c) As pressões parciais de cada gás na mistura gasosa final. R=𝑝!! = 336𝑚𝑚𝐻𝑔;

 𝑝!!! = 544𝑚𝑚𝐻𝑔;  𝑝!"! = 656𝑚𝑚𝐻𝑔;  𝑝!! = 64𝑚𝑚𝐻𝑔