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11.10: Exercícios

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    11.1 O processo de dissolução

    1.

    Como as soluções diferem dos compostos? De outras misturas?

    2.

    Quais das principais características das soluções são evidentes nas soluções de K 2 Cr 2 O 7 mostradas na Figura 11.2?

    3.

    Quando o KNO 3 é dissolvido em água, a solução resultante é significativamente mais fria do que a água era originalmente.

    (a) A dissolução do KNO 3 é um processo endotérmico ou exotérmico?

    (b) Que conclusões você pode tirar sobre as atrações intermoleculares envolvidas no processo?

    (c) A solução resultante é a solução ideal?

    4.

    Dê um exemplo de cada um dos seguintes tipos de soluções:

    (a) um gás em um líquido

    (b) um gás em um gás

    (c) um sólido em um sólido

    5.

    Indique os tipos mais importantes de atrações intermoleculares em cada uma das seguintes soluções:

    (a) A solução na Figura 11.2.

    (b) NO (l) em CO (l)

    (c) Cl 2 (g) em Br 2 (l)

    (d) HCl (g) em benzeno C 6 H 6 (l)

    (e) Metanol CH 3 OH (l) em H 2 O (l)

    6.

    Preveja se cada uma das seguintes substâncias seria mais solúvel em água (solvente polar) ou em um hidrocarboneto como o heptano (C 7 H 16, solvente não polar):

    (a) óleo vegetal (não polar)

    (b) álcool isopropílico (polar)

    (c) brometo de potássio (iônico)

    7.

    O calor é liberado quando algumas soluções se formam; o calor é absorvido quando outras soluções se formam. Forneça uma explicação molecular para a diferença entre esses dois tipos de processos espontâneos.

    8.

    Soluções de hidrogênio no paládio podem ser formadas pela exposição do metal Pd ao gás H 2. A concentração de hidrogênio no paládio depende da pressão do gás H2 aplicado, mas de uma forma mais complexa do que a descrita pela lei de Henry. Sob certas condições, 0,94 g de gás hidrogênio são dissolvidos em 215 g de paládio metálico (densidade da solução = 10,8 g cm 3).

    (a) Determine a molaridade dessa solução.

    (b) Determine a molalidade dessa solução.

    (c) Determine a porcentagem em massa de átomos de hidrogênio nesta solução.

    11.2 Eletrólitos

    9.

    Explique por que os íons Na + e Cl − são fortemente solvatados em água, mas não em hexano, um solvente composto por moléculas não polares.

    10.

    Explique por que as soluções de HBr no benzeno (um solvente não polar) não são condutoras, enquanto as soluções em água (um solvente polar) são condutoras.

    11.

    Considere as soluções apresentadas:

    (a) Qual dos seguintes esboços representa melhor os íons em uma solução de Fe (NO 3) 3 (aq)?

    Nesta figura, três copos rotulados x, y e z são mostrados contendo vários arranjos de esferas azuis e vermelhas suspensas em solução. No copo x, três pequenas esferas vermelhas envolvem uma única esfera azul central em pequenos aglomerados que, por sua vez, são agrupados em três ao redor de uma única esfera vermelha, formando quatro aglomerados maiores. No copo y, os quatro grandes aglomerados estão presentes sem as esferas vermelhas centrais. Quatro esferas vermelhas individuais estão agora presentes. No copo z, os grandes aglomerados não estão presentes. Doze dos pequenos aglomerados de três esferas vermelha e uma azul estão presentes junto com quatro esferas vermelhas únicas.

    (b) Escreva uma equação química balanceada mostrando os produtos da dissolução de Fe (NO 3) 3.

    12.

    Compare os processos que ocorrem quando o metanol (CH 3 OH), o cloreto de hidrogênio (HCl) e o hidróxido de sódio (NaOH) se dissolvem na água. Escreva equações e prepare esboços mostrando a forma na qual cada um desses compostos está presente em sua respectiva solução.

    13.

    Qual é a condutividade elétrica esperada das seguintes soluções?

    (a) NaOH (aq)

    (b) HCl (aq)

    (c) C 6 H 12 O 6 (aq) (glicose)

    (d) NH 3 (aq)

    14.

    Por que a maioria dos compostos iônicos sólidos não são eletricamente condutores, enquanto as soluções aquosas de compostos iônicos são bons condutores? Você esperaria que um composto iônico líquido (fundido) fosse eletricamente condutor ou não condutor? Explique.

    15.

    Indique o tipo mais importante de atração intermolecular responsável pela solvatação em cada uma das seguintes soluções:

    (a) as soluções na Figura 11.7

    (b) metanol, CH 3 OH, dissolvido em etanol, C 2 H 5 OH

    (c) metano, CH 4, dissolvido em benzeno, C 6 H 6

    (d) o halocarbono polar CF 2 Cl 2 dissolvido no halocarbono polar CF 2 ClCFCl 2

    (e) O 2 (l) em N 2 (l)

    11.3 Solubilidade

    16.

    Suponha que você receba uma solução transparente de tiossulfato de sódio, Na 2 S 2 O 3. Como você pode determinar se a solução está insaturada, saturada ou supersaturada?

    17.

    As soluções supersaturadas da maioria dos sólidos em água são preparadas pelo resfriamento de soluções saturadas. As soluções supersaturadas da maioria dos gases na água são preparadas aquecendo soluções saturadas. Explique os motivos da diferença nos dois procedimentos.

    18.

    Sugira uma explicação para as observações de que o etanol, C 2 H 5 OH, é completamente miscível com água e que o etanotiol, C 2 H 5 SH, é solúvel apenas na extensão de 1,5 g por 100 mL de água.

    19.

    Calcule a porcentagem em massa de KBr em uma solução saturada de KBr em água a 10 °C. Consulte a Figura 11.16 para obter dados úteis e reporte a porcentagem calculada para um dígito significativo.

    20.

    Espera-se que qual dos seguintes gases seja mais solúvel em água? Explique seu raciocínio.

    (a) CH 4

    (b) CCl 4

    (c) CHCl 3

    21.

    A 0 °C e 1,00 atm, até 0,70 g de O 2 podem se dissolver em 1 L de água. A 0 °C e 4,00 atm, quantos gramas de O 2 se dissolvem em 1 L de água?

    22.

    Consulte a Figura 11.10.

    (a) Como a concentração de CO 2 dissolvido na bebida mudou quando a garrafa foi aberta?

    (b) O que causou essa mudança?

    (c) A bebida é insaturada, saturada ou supersaturada com CO 2?

    23.

    A constante da lei de Henry para CO 2 é 3,4××10 −2 M/atm a 25 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, qual pressão de dióxido de carbono é necessária para manter uma concentração de CO 2 de 0,10 M em uma lata de refrigerante de limão e limão?

    24.

    A constante da lei de Henry para O 2 é 1,3××10 −3 M/atm a 25 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, que massa de oxigênio seria dissolvida em um aquário de 40 L a 25 °C, assumindo uma pressão atmosférica de 1,00 atm, e que a pressão parcial de O 2 é de 0,21 atm?

    25.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, quantos litros de gás HCl, medidos a 30,0 °C e 745 torr, são necessários para preparar 1,25 L de uma solução de 3,20 M de ácido clorídrico?

    11.4 Propriedades coligativas

    26.

    O que é/fazem parte do domínio macroscópico das soluções e o que é/fazem parte do domínio microscópico: elevação do ponto de ebulição, lei de Henry, ligação de hidrogênio, atração ião-dipolo, molaridade, não eletrólito, composto não estequiométrico, osmose, íon solvatado?

    27.

    Qual é a explicação microscópica para o comportamento macroscópico ilustrado na Figura 11.14?

    28.

    Esboce um gráfico qualitativo da pressão versus tempo do vapor de água acima de uma amostra de água pura e uma solução de açúcar, à medida que os líquidos evaporam até a metade do volume original.

    29.

    Uma solução de nitrato de potássio, um eletrólito e uma solução de glicerina (C 3 H 5 (OH) 3), um não eletrólito, fervem a 100,3 °C. Quais outras propriedades físicas das duas soluções são idênticas?

    30.

    Quais são as frações molares de H 3 PO 4 e água em uma solução de 14,5 g de H 3 PO 4 em 125 g de água?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    31.

    Quais são as frações molares de HNO 3 e água em uma solução concentrada de ácido nítrico (68,0% de HNO 3 em massa)?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    32.

    Calcule a fração molar de cada soluto e solvente:

    (a) 583 g de H 2 SO 4 em 1,50 kg de água — a solução ácida usada em uma bateria de automóvel

    (b) 0,86 g de NaCl em 1,00××10 2 g de água — uma solução de cloreto de sódio para injeção intravenosa

    (c) 46,85 g de codeína, C 18 H 21 NO 3, em 125,5 g de etanol, C 2 H 5 OH

    (d) 25 g de I 2 em 125 g de etanol, C 2 H 5 OH

    33.

    Calcule a fração molar de cada soluto e solvente:

    (a) 0,710 kg de carbonato de sódio (refrigerante de lavagem), Na 2 CO 3, em 10,0 kg de água — uma solução saturada a 0 °C

    (b) 125 g de NH 4 NO 3 em 275 g de água - uma mistura usada para fazer uma bolsa de gelo instantânea

    (c) 25 g de Cl 2 em 125 g de diclorometano, CH 2 Cl 2

    (d) 0,372 g de tetrahidropiridina, C 5 H 9 N, em 125 g de clorofórmio, CHCl 3

    34.

    Calcule as frações molares de metanol, CH 3 OH; etanol, C 2 H 5 OH; e água em uma solução que é 40% de metanol, 40% de etanol e 20% de água em massa. (Suponha que os dados sejam bons para dois números significativos.)

    35.

    Qual é a diferença entre uma solução de 1 M e uma solução de 1 m?

    36.

    Qual é a molalidade do ácido fosfórico, H 3 PO 4, em uma solução de 14,5 g de H 3 PO 4 em 125 g de água?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    37.

    Qual é a molalidade do ácido nítrico em uma solução concentrada de ácido nítrico (68,0% de HNO 3 em massa)?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    38.

    Calcule a molalidade de cada uma das seguintes soluções:

    (a) 583 g de H 2 SO 4 em 1,50 kg de água — a solução ácida usada em uma bateria de automóvel

    (b) 0,86 g de NaCl em 1,00××10 2 g de água — uma solução de cloreto de sódio para injeção intravenosa

    (c) 46,85 g de codeína, C 18 H 21 NO 3, em 125,5 g de etanol, C 2 H 5 OH

    (d) 25 g de I 2 em 125 g de etanol, C 2 H 5 OH

    39.

    Calcule a molalidade de cada uma das seguintes soluções:

    (a) 0,710 kg de carbonato de sódio (refrigerante de lavagem), Na 2 CO 3, em 10,0 kg de água — uma solução saturada a 0°C

    (b) 125 g de NH 4 NO 3 em 275 g de água - uma mistura usada para fazer uma bolsa de gelo instantânea

    (c) 25 g de Cl 2 em 125 g de diclorometano, CH 2 Cl 2

    (d) 0,372 g de tetrahidropiridina, C 5 H 9 N, em 125 g de clorofórmio, CHCl 3

    40.

    A concentração de glicose, C 6 H 12 O 6, no fluido espinhal normal é75mg100g.75mg100g.Qual é a molalidade da solução?

    41.

    Uma solução de 13,0% de K 2 CO 3 em massa tem uma densidade de 1,09 g/cm 3. Calcule a molalidade da solução.

    42.

    Por que 1 mol de cloreto de sódio deprime o ponto de congelamento de 1 kg de água quase duas vezes mais do que 1 mol de glicerina?

    43.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de ebulição de uma solução de 115,0 g de sacarose não volátil, C 12 H 22 O 11, em 350,0 g de água?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta

    (b) Responder à pergunta

    44.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de ebulição de uma solução de 9,04 g de I 2 em 75,5 g de benzeno, assumindo que o I 2 não é volátil?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    45.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a temperatura de congelamento de uma solução de 115,0 g de sacarose, C 12 H 22 O 11, em 350,0 g de água?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    46.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de congelamento de uma solução de 9,04 g de I 2 em 75,5 g de benzeno?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à seguinte pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    47.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a pressão osmótica de uma solução aquosa de 1,64 g de Ca (NO 3) 2 em água a 25 °C? O volume da solução é 275 mL.

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    48.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a pressão osmótica de uma solução de insulina bovina (massa molar, 5700 g mol −1) a 18 °C se 100,0 mL da solução contém 0,103 g da insulina?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Responda à pergunta.

    49.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a massa molar de uma solução de 5,00 g de um composto em 25,00 g de tetracloreto de carbono (bp 76,8 °C; K b = 5,02 °C/ m) que ferve a 81,5 °C a 1 atm?

    (a) Descreva as etapas necessárias para responder à pergunta.

    (b) Resolva o problema.

    50.

    Uma amostra de um composto orgânico (um não eletrólito) pesando 1,35 g reduziu o ponto de congelamento de 10,0 g de benzeno em 3,66 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, calcule a massa molar do composto.

    51.

    Uma solução de 1,0 m de HCl em benzeno tem um ponto de congelamento de 0,4 °C. O HCl é um eletrólito no benzeno? Explique.

    52.

    Uma solução contém 5,00 g de ureia, CO (NH 2) 2, um composto não volátil, dissolvido em 0,100 kg de água. Se a pressão de vapor da água pura a 25 °C for de 23,7 torr, qual é a pressão de vapor da solução (assumindo o comportamento ideal da solução)?

    53.

    Uma amostra de 12,0 g de um não eletrólito é dissolvida em 80,0 g de água. A solução congela a −1,94 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, calcule a massa molar da substância.

    54.

    Organize as seguintes soluções em ordem de acordo com seus pontos de congelamento decrescentes: 0,1 m Na 3 PO 4, 0,1 m C 2 H 5 OH, 0,01 m CO 2, 0,15 m NaCl e 0,2 m CaCl 2.

    55.

    Calcule a elevação do ponto de ebulição de 0,100 kg de água contendo 0,010 mol de NaCl, 0,020 mol de Na 2 SO 4 e 0,030 mol de MgCl 2, assumindo a dissociação completa desses eletrólitos e o comportamento ideal da solução.

    56.

    Como você poderia preparar uma solução aquosa de 3,08 m de glicerina, C 3 H 8 O 3? Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de congelamento dessa solução?

    57.

    Uma amostra de enxofre pesando 0,210 g foi dissolvida em 17,8 g de dissulfeto de carbono, CS 2 (K b = 2,34 °C/ m). Se a elevação do ponto de ebulição fosse de 0,107 °C, qual é a fórmula de uma molécula de enxofre em dissulfeto de carbono (assumindo o comportamento ideal da solução)?

    58.

    Em um experimento significativo realizado há muitos anos, 5.6977 g de iodeto de cádmio em 44,69 g de água elevaram o ponto de ebulição de 0,181 °C. O que isso sugere sobre a natureza de uma solução de CDi 2?

    59.

    A lisozima é uma enzima que corta as paredes celulares. Uma amostra de 0,100 L de uma solução de lisozima que contém 0,0750 g da enzima exibe uma pressão osmótica de 1,32××10 −3 atm a 25 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a massa molar da lisozima?

    60.

    A pressão osmótica de uma solução contendo 7,0 g de insulina por litro é de 23 torr a 25 °C. Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a massa molar da insulina?

    61.

    A pressão osmótica do sangue humano é de 7,6 atm a 37 °C. Qual massa de glicose, C 6 H 12 O 6, é necessária para fazer 1,00 L de solução aquosa para alimentação intravenosa se a solução deve ter a mesma pressão osmótica do sangue à temperatura corporal, 37 °C (assumindo a solução ideal) comportamento)?

    62.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de congelamento de uma solução de dibromobenzeno, C 6 H 4 Br 2, em 0,250 kg de benzeno, se a solução ferve a 83,5 °C?

    63.

    Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é o ponto de ebulição de uma solução de NaCl em água se a solução congelar a −0,93 °C?

    64.

    O açúcar frutose contém 40,0% de C, 6,7% de H e 53,3% de O em massa. Uma solução de 11,7 g de frutose em 325 g de etanol tem um ponto de ebulição de 78,59 °C. O ponto de ebulição do etanol é 78,35 °C e K b para o etanol é 1,20 °C/ m. Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a fórmula molecular da frutose?

    65.

    A pressão de vapor do metanol, CH 3 OH, é de 94 torr a 20 °C. A pressão de vapor do etanol, C 2 H 5 OH, é de 44 torr na mesma temperatura.

    (a) Calcule a fração molar de metanol e etanol em uma solução de 50,0 g de metanol e 50,0 g de etanol.

    (b) O etanol e o metanol formam uma solução que se comporta como uma solução ideal. Calcular a pressão de vapor do metanol e do etanol acima da solução a 20 °C.

    (c) Calcule a fração molar do metanol e do etanol no vapor acima da solução.

    66.

    O ponto triplo da água sem ar é definido como 273,16 K. Por que é importante que a água esteja livre de ar?

    67.

    A carne pode ser classificada como fresca (não congelada), embora seja armazenada a −1 °C. Por que a carne não congelaria nessa temperatura?

    68.

    Um composto orgânico tem uma composição de 93,46% C e 6,54% de H em massa. Uma solução de 0,090 g deste composto em 1,10 g de cânfora derrete a 158,4 °C. O ponto de fusão da cânfora pura é 178,4 °C. K f para cânfora é 37,7 °C/ m. Assumindo o comportamento ideal da solução, qual é a fórmula molecular do soluto? Mostre seus cálculos.

    69.

    Uma amostra de HgCl 2 pesando 9,41 g é dissolvida em 32,75 g de etanol, C 2 H 5 OH (K b = 1,20 °C/ m). A elevação do ponto de ebulição da solução é de 1,27 °C. O HgCl 2 é um eletrólito em etanol? Mostre seus cálculos.

    70.

    Sabe-se que um sal é um fluoreto de metal alcalino. Uma rápida determinação aproximada do ponto de congelamento indica que 4 g do sal dissolvido em 100 g de água produzem uma solução que congela a cerca de −1,4 °C. Supondo o comportamento ideal da solução, qual é a fórmula do sal? Mostre seus cálculos.

    1.5 Colóides

    71.

    Identifique a fase dispersa e o meio de dispersão em cada um dos seguintes sistemas coloidais: dispersão de amido, fumaça, neblina, pérola, chantilly, sabonete flutuante, geleia, leite e rubi.

    72.

    Faça a distinção entre métodos de dispersão e métodos de condensação para preparar sistemas coloidais.

    73.

    Como os coloides diferem das soluções em relação ao tamanho e homogeneidade das partículas dispersas?

    74.

    Explique a ação de limpeza do sabonete.

    75.

    Como se pode demonstrar que as partículas coloidais são carregadas eletricamente?