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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 4.1 - Ex. 106

Quando 0,40   g de zinco impuro reagiu com excesso de ácido clorídrico, formaram-se 127   m L de gás hidrogênio, que foi coletado sobre água em 10 ° C . A pressão externa era 737,7   T o r r . (a) Que volume ocuparia o hidrogênio seco sob 1,00   a t m e 298   K ? (b) Que quantidade (em mols) de H 2 foi coletada? (c) Qual era a pureza percentual do zinco, supondo que todo o zinco presente reagiu completamente com H C l e que as impurezas não reagiram com H C l para produzir hidrogênio? A pressão de vapor da água em 10 ° C é 9,21   T o r r .

Passo 1

a) A equação balanceada para a reação de zinco com cloreto de hidrogênio é a seguinte:

Z n s + 2   H C l a q → Z n C l 2 a q + H 2 ( g )

Como o gás hidrogênio  H 2 é coletado sobre a água em  10 ℃ . A fórmula para calcular a pressão externa é a seguinte:

P e x t e r n a = P g á s   h i d r o g ê n i o + P v a p o r   d e   á g u a

A pressão de vapor da água a 10 ℃ é 9.210 T o r r . A pressão externa é 737,7 T o r r .

Substitua todos esses valores na equação acima para obter a pressão do gás hidrogênio seco a 10 ℃ .

737,7   T o r r = P g á s   h i d r o g ê n i o + 9.210   T o r r

P g á s   h i d r o g ê n i o = 728,5   T o r r

Portanto, a pressão do gás hidrogênio seco é 728,5   T o r r .

Passo 2

Queremos encontra o volume que o hidrogênio ocupara se estivesse a 1,00   a t m e 298   K . O número de mol e a constante dos gases não variam, portanto podemos dizer que:

P V T = c o n s t a n t e

Dessa forma podemos igual fazer uma derivação dessa formula da seguinte maneira:

P 1 V 1 T 1 = P 2 V 2 T 2

Aqui,  P  é a pressão do sistema,  V  é o volume e   T  é a temperatura. Temos que os dados fornecidos pelo enunciado e calculados são:

P 1 = 728,5   T o r r = 0,959   a t m

V 1 = 127   m L = 0,127   L

T 1 = 10 ℃ = 283   K

P 1 = 1   a t m

T 1 = 298   K

Substituindo os valores conhecidos na equação acima para encontrar o número de mols de gás hidrogênio seco.

0,959   a t m × 0,127   L 283   K = 1   a t m × V 2 298   K

V = 0,128   L

Portanto, o volume ocupado pelo gás hidrogênio seco a 1,00   a t m e 298   K é de  128   m L .

Passo 3

b) Agora, vamos encontrar o número de mols de gás hidrogênio seco usando a equação do gás ideal explicitada para n (número de mol).

n = P V R T

Aqui,  P  é a pressão do sistema,  V  é o volume,  n  é o número de mol do gás,  T  é a temperatura e  R  é a constante do gás. Temos que os dados fornecidos pelo enunciado e calculados são:

P = 728,5   T o r r = 0,959   a t m

V = 127   m L = 0,127   L

T = 10 ℃ = 283   K

R = 0,08206   L . a t m . m o l - 1 K - 1

Substituindo os valores conhecidos na equação acima para encontrar o número de mols de gás hidrogênio seco.

n = 0,959   a t m × 0,127   L 0,08206   L . a t m . m o l - 1 K - 1   × 283   K = 0,00524   m o l

Portanto, número de moles de hidrogênio gasoso seco a 10 ℃ é  0,00524   m o l .

Passo 4

c) A equação balanceada para a reação de zinco com cloreto de hidrogênio é a seguinte:

Z n s + 2   H C l a q → Z n C l 2 a q + H 2 ( g )

A partir da equação balanceada, sabemos que um mol de Z n produz um mol de gás hidrogênio. Assim, 0,00524   m o l s de  H 2 foram produzidos por 0,00524   m o l s de  Z n . Assim, o número de mols ( n ) de zinco que reagiu nesta reação foi 0,00524   m o l . Podemos calcular a massa de zinco pela seguinte fórmula.

m = n × M M

Onde m é a massa, n é o número de mol e M M é massa molar. A massa molar do zinco é 65,4   g . m o l - 1 . Substituindo os dados conhecido na equação acima temos:

m = 0,00524   m o l × 65,4   g . m o l - 1

m = 0,3427   g

Assim, a quantidade de zinco que reagiu com cloreto de hidrogênio para produzir gás hidrogênio é apenas 0,3427   g .

Passo 5

A quantidade de zinco impuro que reagiu com excesso de  H C l é de 0,40   g . A massa de zinco que reagiu foi de   0,3427   g . Portanto, a porcentagem de pureza do zinco pode ser calculada da seguinte forma:

%   p u r e z a   Z n = m a s s a   d e   Z n   q u e   r e a g i u m a s s a   t o t a l   d e   Z n   i m p u r o × 100

%   Z n = 0,3427   g 0,40   g × 100 = 86 %

Portanto, a pureza do zinco é  86 % .

Resposta

a)

0,128   L

b)

0,00524   m o l

c)

86 %

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