CQ 033 FÍSICO QUÍMICA EXPERIMENTAL D

Revisão para a 1a prova

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PRÁTICA 01 – DENSIDADE DOS GASES

• O Gás Perfeito (ideal)

1ª Hipótese: as moléculas se encontram em movimento desordenado,

regido pelo princípio da Mecânica Newtoniana.

2ª Hipótese: as moléculas não exercem força umas sobre as outras,

exceto quando colidem, de maneira que as colisões entre as mesmas

são perfeitamente elásticas;

3ª Hipótese: as colisões das moléculas entre si e contra as paredes do

recipiente que as contém são perfeitamente elásticas e de duração

desprezível;

4ª Hipótese: as moléculas têm dimensões desprezíveis em

comparação com os espaços vazios entre elas.

mpV RT

M

m

V

m RTp

V M

=

=

=

RTp

M

pM

RT

=

=

pV nRT =Ex.: Qual a densidade do CO2 a 0oC e 1 atm?

1

1 -1

1atm 44,01g.mol

0,08206atm L mol K .273,15K

−

−

=

11,963 g L− =

Dado do Handbook of Chemistry and Physics

11,976 g L− =

Erro de 0,66 % Logo, podemos dizer que

o CO2 tem comportamento de gás perfeito

nas CNTP

No laboratório a exp foi determinada por:m

V =

E a ideal foi calculada por:

2

2

CO

CO atm v 2

p M onde p p p (H O)

RT = = −

PRÁTICA 02 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LÍQUIDOS E

SOLUÇÕES: ÍNDICE DE REFRAÇÃO

conc (% m/V) n

0 1,333

2,5 1,336

5 1,340

10 1,346

15 1,353

20 1,361,33

1,335

1,34

1,345

1,35

1,355

1,36

1,365

0 5 10 15 20 25n

concentração (%m/V)

coef. Linear 1,332877coef. Angular 0,001347r2 0,999284

Y = 1,333 + 0,0013x

Determine o índice de refração de uma solução de sacarose a 7%. y= a + b x

y = 1,333 + 0,0013·7 = 1,342

PRÁTICA 03 - CINÉTICA DA REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO DO

ACETATO DE ETILA POR MEDIDAS DE CONDUTIVIDADE

CH3COOC2H5 (aq) + Na+(aq) + OH- (aq) → CH3COO- (aq) + Na+ (aq) + C2H5OH (l)

ou seja:

AcEt (aq) + OH- (aq) → Ac- (aq) + EtOH (l)

v k[acetato][OH ]−=

( )( )dx

k a x b xdt

= − −(1)

Conhecimento prévio

Leis de velocidade integradas

Como as leis de velocidade se expressam como equaçõesdiferenciais, a integração das mesmas fornecerá a concentraçãoem função do tempo.

[A]

[A]o

o

v k

1 d[A]k

a dt

d[A] ak.dt

d[A] ak.dt

[A] [A] akt

=

− =

− =

= −

= −

Ex.:metabolismo do álcool a ácido

acético possui v = constante.

Reações de ordem zero

aA → P

[A] t

[A] 0o

o

o

v k[A]

1 d[A]k.[A]

a dt

d[A]ak.dt

[A]

d[A]ak. dt

[A]

ln[A] ln[A] akt ou

[A]ln akt

[A]

=

− =

= −

= −

= −

= −

Reações de 1ª ordem

aA → P

aA → P

2

2

2

[A] td[A]

2[A] 0[A]o

o

v k[A]

1 d[A]k.[A]

a dt

d[A]a.k.dt

[A]

a.k. dt

1 1akt

[A] [A]

=

− =

= −

= −

= +

Reações de 2ª ordem

Mas, quando fazemos medidas da condutividade da solução, há

contribuição de todos os íons, tanto dos reagentes quanto dos

produtos.

AcEt (aq) + OH- (aq) → Ac- (aq) + EtOH (l)

t = 0 a a --- ---

t 0 a – x a – x x x

t = ---- ----- a a

( )2dx

k a xdt

= − (2)

A forma integrada da equação 2 é :

( )

x t

20 0

uu

20a

dxk dt Fazendo : u a x du dx então :

a x

du 1 1 1 1 1kt kt kt

u u u a a x a

= = − = −−

− = − − = − = − −

1 xkt

a a x

=

−

(3)

Um modo conveniente de simplificar a formulação cinética do processo é

efetuar a reação com concentração inicial igual para os dois reagentes. Isto

reduz a lei cinética a:

(condutividade da solução) varia linearmente com x. Quando x = 0, = o

oocte x x

cte

− = + =

Quando x → = e nessa situação, dx/dt = 0

2 2v k(a x) 0 k(a x ) a x

= − = − =

oo octe x cte x x

cte

− = + = + =

Voltando na eq (3) temos:

o

o o

( ) / cte1 x xkt akt akt

a a x x x (( ) / cte ( ) / cte)

− = = =

− − − − −

oakt

− =

−

(4)

Portanto, fazendo-se o gráfico de (0- )/( -) em função do

tempo t, tem-se uma reta com coeficiente angular igual a ak.

Assim, obtém-se a constante de velocidade da reação, k.

o = 2450 S.cm-1

= 796,6 S.cm-1

tempo (o- )/(-)

2007 3 0,3659947121897 6 0,5025445291805 9 0,639627132

1731 12 0,76947774

1664 15 0,9061563291609 18 1,035204333

1558 21 1,171526136

1517 24 1,2951138261478 27 1,4264749051444 30 1,553907939

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 5 10 15 20 25 30 35

coef. linear 0,240890814coef. angular 0,043982542 min-1 = ak (a = 0,010 mol.L-1)r2 0,999864467

k 4,398254208 L.mol-1.min-1

v 0,000439825 mol.L-1.min-1

(0-

)/(

-

)

tempo / min

[AcEt] = [OH-] = 0,02 mol.L-1 (frasco)

PRÁTICA 04 – CINÉTICA QUÍMICA - MÉTODO DA VELOCIDADE

INICIAL

3/2 Na2S2O5(aq) + 3/2 H2O(l) = 3NaHSO3(aq)

3HSO3-(aq) + IO3

-(aq) → I-(aq) + 3SO42-(aq) + 3H+(aq)

consumo de íons bissulfito

5I-(aq) + 6H+(aq) + IO3-(aq) → 3I2(aq) + 3H2O excesso de

iodato reagindo com iodeto

I2(aq) + Amido → [I2-Amido](aq) formação de um complexo

azul.

A ordem da reação será determinada com relação ao íon

bissulfito (HSO3-), uma vez que será utilizado íons iodato em

excesso. Consequentemente a lei de velocidade será:

m n33 3

d[HSO ]1v k[HSO ] [IO ]

3 dt

−− −= − =

Num primeiro experimento, faremos a variação da

concentração de iodato mantendo-se a concentração de

bissulfito constante, com isso calcularemos a ordem da reação

com relação ao íon iodato (IO3-). De modo análogo, faremos o

cálculo da ordem de reação com relação ao íon bissulfito e a

seguir, a constante de velocidade à temperatura ambiente.

Nesse experimento, usaremos a aproximação de que a

velocidade inicial é praticamente igual à velocidade média que

pode ser expressa por:

3m

Δ[HSO ]1v

3 Δt

−

= −

3 3 2 2 5o

m n3 o 3 o

d[HSO ] Δ[HSO ] [Na S O ]1 1 2v

3 dt 3 Δt 3 t

v k[HSO ] [IO ]

− −

− −

= − −

=

Para [HSO3-] constante temos:

m n3 o 3 o

n3 o 3 o

v k[HSO ] [IO ]

v k '[IO ] logv logk ' nlog[IO ]

− −

− −

=

= = +

Então, um gráfico de log v versus log [IO3-] permite a

determinação da ordem da reação com relação ao iodato.

Para [IO3-] constante temos:

m n3 o 3 o

n3 o 3 o

v k[HSO ] [IO ]

v k ''[HSO ] logv logk '' nlog[HSO ]

− −

− −

=

= = +

Então, um gráfico de log v versus log [HSO3-] permite a

determinação da ordem da reação com relação ao bissulfito.

Conhecendo-se a ordem da reação pode-se então, determinar

a constante de velocidade da reação.

Volume / mL

Solução A

Béquer 1 Béquer 2 Béquer 3 Béquer 4 Béquer 5

KIO3 4 6 8 10 12

água 26 24 22 20 18

Solução B

Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5

Na2S2O5 1 1 1 1 1

amido 3 3 3 3 3

água 6 6 6 6 6

Concentrações / mol.L-1

[IO3-] 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

[HSO3-] 0,005

tempo /s 104 81 64 54 44

Velocidade /mol.L-1.s-1 1,6026E-05 2,0576E-05 2,60417E-05 3,08642E-05 3,78788E-05

log [IO3-] log v

-2,00000 -4,79518

-1,823908741 -4,68664

-1,698970004 -4,58433

-1,602059991 -4,51055

-1,522878745 -4,4216

coef lin -3,26284

coef ang 0,772925

-4,85

-4,8

-4,75

-4,7

-4,65

-4,6

-4,55

-4,5

-4,45

-4,4

-2,30000-2,20000-2,10000-2,00000-1,90000-1,80000-1,70000-1,60000-1,50000-1,40000

log(v

/mol.

L-1

. s-1

)

log([IO3-]/mol.L-1)

Volume / mL

Solução A

Béquer 1 Béquer 2 Béquer 3 Béquer 4 Béquer 5

KIO3 16 16 16 16 16

água 14 14 14 14 14

Solução B

Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5

Na2S2O5 1 2 3 4 5

amido 3 3 3 3 3

água 6 5 4 3 2

Concentrações / mol.L-1

[IO3-] 0,040

[HSO3-] 0,0050 0,010 0,015 0,020 0,025

Tempo /s 44 21 14 10 7

Velocidade /mol.L-1.s-1 3,7879E-05 1,58730E-04 3,57143E-04 6,66667E-04 1,19048E-03

log[HSO3-] log v

-2,301029996 -4,4216

-2 -3,79934

-1,823908741 -3,44716

-1,698970004 -3,17609

-1,602059991 -2,92428

coef lin 0,431793

coef ang 2,1141-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2,4 -2,2 -2 -1,8 -1,6 -1,4

log

(v/m

ol.

L-1

.s-1

)

log([HSO3-]/mol.L-1)

2

3 3

4 1 1

2 3 3

2 2 1

v k[HSO ] [IO ]

1,587x10 mol.L .sk

(0,010) (0,040)mol .L

k 40 L mol s

− −

− − −

−

− −

=

=

=

Procedimento correto para determinação de k

Gráfico 1

coeficiente linear = -3,263 = log k’

k’ = 5,456 x 10-4

k’ = k[HSO3-]2

k = 5,456 x 10-4 / (0,005)2 = 22 L2.mol-2.s-1

Gráfico 2

coeficiente linear = 0,4318 = log k’’

k’’ = k[IO3-]

k = 2,703 / 0,040 = 68 L2.mol-2.s-1

2 2 1 2 2 1

2 2 1

22 L mol s 66 L mol sk

2

k 44 L mol s

− − − −

− −

+=

=

m n3 o 3 o

n3 o 3 o

v k[HSO ] [IO ]

v k '[IO ] logv logk ' nlog[IO ]

− −

− −

=

= = +

m n3 o 3 o

n3 o 3 o

v k[HSO ] [IO ]

v k ''[HSO ] logv logk '' nlog[HSO ]

− −

− −

=

= = +

1

2

PRÁTICA 05 – ENERGIA DE ATIVAÇÃO

aElnk lnA

RT= −

Fazendo-se o gráfico ln k versus 1/T, tem-se como calcular Ea

pois: coeficiente angular = - Ea / R

[IO3-] = 0,010 mol.L-1

[HSO3-] = 0,005 mol.L-1

temp / oC

tempo /

s

temp /

K

v /

mol.L-1.s-1

k /

L2.mol-2.s-1

T-1 /

K-1 ln(k / L2.mol-2.s-1)

20 79 293,15 2,1097E-05 84,38818565 0,003411223 4,435427411

30 59 303,15 2,82486E-05 112,9943503 0,003298697 4,72733782

40 44 313,15 3,78788E-05 151,5151515 0,003193358 5,02068563

50 34 323,15 4,90196E-05 196,0784314 0,003094538 5,278514739

4,3

4,4

4,5

4,6

4,7

4,8

4,9

5

5,1

5,2

5,3

5,4

0,00305 0,0031 0,00315 0,0032 0,00325 0,0033 0,00335 0,0034 0,00345

ln(k

/ L

2.m

ol-2

.s-1

)

T-1 / K-1

r2 0,999808

coef ang. -2674,28

coef lin. 13,55544

Ea = 2674,28 K x 8,314 J.mol-1.K-1

Ea = 22 kJ.mol-1

FORMULÁRIO

pV nRT = m

V =

oakt

− =

− aE

lnk lnART

= −

1atm = 760 mmHg = 101325 Pa

R = 8,314 J.mol-1.K-1 = 0,08206 atm.L.mol-1.K-1

Local da prova: prédio da Química

Turma C – sala: gabinete ao lado da PQ 12

Turma A – sala: PQ 12

Turma B – sala: PQ 12

Horário de atendimento: 4ª e 5ª feira das 13h30 às 15h30