Nível II

Quando uma amostra de $\pu{2 g}$ de minério de ferro é tratada com $\pu{50 mL}$ de ácido clorídrico, o ferro se dissolve no ácido para formar uma solução de $\ce{FeCl3}$. A solução de $\ce{FeCl3}$ foi diluída até $\pu{100 mL}$ e a concentração de íons $\ce{Fe^{3+}}$, determinada por espectrofotometria, foi $\pu{0,145 mol.L-1}$.

Determine a fração mássica de ferro no minério.

Os adeptos do ramo da medicina alternativa conhecida como homeopatia afirmam que soluções muito diluídas de certas substâncias têm efeito terapêutico. Para explorar essa questão, suponha que você preparou uma solução supostamente ativa, $\ce{X}$, com concentração molar de $\pu{0,1 mol.L-1}$. Diluia $\pu{10 mL}$ dessa solução dobrando o volume, dobrando novamente, e assim por diante, $\pu{90}$ vezes.

1. Determine quantas moléculas de $\ce{X}$ estarão presentes em $\pu{10 mL}$ da solução final.

2. Determine o número de diluições sucessivas, por $\pu{10}$ vezes, da solução original que seriam necessárias para que restasse menos de uma molécula de $\ce{X}$ na solução original.

O ácido clorídrico concentrado contém $\pu{37,5}\%$ de $\ce{HCl}$ em massa e tem densidade de $\pu{1,2 g.cm-3}$. Deseja-se preparar $\ce{10 L}$ uma solução $\pu{0,74 mol.L-1}$ de $\ce{HCl}$.

Determine o volume de ácido clorídrico concentrado necessário para preparar a solução desejada.

Deseja-se preparar $\pu{500 mL}$ de uma solução aquosa $\pu{0,1 mol.L-1}$ de nitrato de prata, $\ce{AgNO3}$. Para isso, dispõe-se de uma solução $\pu{0,3 mol.L-1}$ de $\ce{AgNO3}$ e uma solução $\pu{0,05 mol.L-1}$ de $\ce{AgNO3}$.

Determine o volume das soluções-estoque de $\ce{AgNO3}$ necessários para preparar a solução desejada.

Uma solução foi preparada pela dissolução de $\pu{0,5 g}$ de $\ce{KCl}$, $\pu{0,5 g}$ de $\ce{K2S}$ e $\pu{0,5 g}$ de $\ce{K3PO4}$ em $\pu{500 mL}$ de água.

1. Determine a concentração de íons sulfeto na solução.

2. Determine a concentração de íons potássio na solução.

Em medicina, às vezes é necessário preparar soluções com uma dada concentração de um determinado íon. Um técnico de laboratório preparou $\pu{100 mL}$ de uma solução que contém $\pu{0,5 g}$ de $\ce{NaCl}$ e $\pu{0,3 g}$ de $\ce{KCl}$, bem como glicose e outros açúcares.

Determine a concentração de cloreto na solução.

Para preparar uma solução muito diluída, é aconselhável executar uma série de diluições a partir de uma solução preparar de um reagente, em vez de pesar uma massa muito pequena ou medir um volume muito pequeno da solução-estoque. Uma solução foi preparada por transferência de $\pu{0,661 g}$ de dicromato de potássio, $\ce{K2Cr2O7}$, para um balão volumétrico de $\pu{250 mL}$ e diluição com água até a marca. Uma amostra de $\pu{1 mL}$ dessa solução foi transferida para um balão volumétrico de $\pu{500 mL}$ e diluída novamente com água até a marca. Depois, $\pu{10 mL}$ dessa última solução foram transferidos para um balão de $\pu{250 mL}$ e diluídos com água até a marca.

1. Determine a molaridade de $\ce{K2Cr2O7}$ na solução final.

2. Determine a massa de $\ce{K2Cr2O7}$ que deveria ser medida para preparar a solução final diretamente.

Um químico dissolveu $\pu{0,033 g}$ de sulfato de cobre penta-hidratado, $\ce{CuSO4.5H2O}$, em água e diluiu a solução até a marca em um balão volumétrico de $\pu{250 mL}$. Uma amostra de $\pu{2 mL}$ dessa solução foi transferida para outro balão volumétrico de $\pu{250 mL}$ e diluída.

1. Determine a molaridade de $\ce{CuSO4.5H2O}$ na solução final.

2. Determine a massa de $\ce{CuSO4.5H2O}$ que deveria ser medida para preparar a solução final diretamente.

Oleum, ou ácido sulfúrico fumegante, é obtido através da absorção do trióxido de enxofre por ácido sulfúrico. Ao misturar oleum e água obtém-se ácido sulfúrico concentrado segundo a reação: $$\ce{ SO3(l) + H2O(l) -> H2SO4(l) }$$ Deseja-se preparar $\pu{1000 kg}$ de uma solução aquosa com $\pu{49}\%$ de ácido sulfúrico em massa a partir de uma carga de oleum, com $\pu{20}\%$ de trióxido de enxofre em massa.

1. Calcule a massa de oleum necessária para preparar a solução.

2. Calcule a massa de água necessária para preparar a solução.

Uma planta industrial descarrega $\pu{3,5 m3.s-1}$ de água contendo $\pu{65 ppm}$ de $\ce{HCl}$ em um rio cuja vazão é $\pu{50 m3.s-1}$ e contem $\pu{10,2 ppm}$ de $\ce{Ca^{2+}}$. Para que outra indústria utilize a água do rio, essa deve ser neutralizada com óxido de cálcio, que reage com o ácido clorídrico formando cloreto de cálcio conforme a reação: $$\ce{ 2 HCl(aq) + CaO(aq) -> CaCl2(aq) + H2O(l) }$$ A segunda indústria utiliza $\pu{18 m3.s-1}$ de água e retorna $\pu{90}\%$ ao rio.

1. Determine a concentração de cloreto na água do rio após a descarga da primeira indústria.

2. Determine a concentração de $\ce{Ca^{2+}}$ na água do rio após a descarga da segunda indústria.

Uma coluna de destilação contínua é usada para separar $\pu{800 kg.h-1}$ de uma mistura ternária dos compostos $\ce{A}$, $\ce{B}$ e $\ce{C}$ com $\pu{40}\%$, $\pu{10}\%$ e $\pu{50}\%$ em massa, respectivamente. O produto de topo deve apresentar $\pu{66}\%$ de $\ce{A}$ em massa e o de fundo é constituído apenas pelo componente $\ce{C}$.

Determine fração mássica de $\ce{B}$ no produto de topo.

Uma corrente líquida de vazão $\pu{20 kg.h-1}$ e composição percentual mássica de $\pu{60}\%$ de óleo e $\pu{40}\%$ de água é continuamente separada em duas correntes, uma com $\pu{95,4}\%$ e outra com $\pu{1}\%$ de óleo.

Determine vazão mássica da corrente com menor concentração de óleo.

Um dos efluentes do processo de hidrotratamento de gás combustível é água contendo $\pu{3}\%$ de $\ce{H2S}$ e $\pu{1}\%$ $\ce{NH3}$ em base molar, denominada água ácida. Para possibilitar a remoção de $\ce{H2S}$ e $\ce{NH3}$, duas colunas de destilação são empregadas.

São recuperados no topo da primeira coluna $\pu{95}\%$ do $\ce{H2S}$ e $\pu{0,5}\%$ do $\ce{NH3}$ que entram. Na segunda coluna, $\ce{99,5}\%$ do $\ce{H2S}$ e do $\ce{NH3}$ são recuperados no topo. Não há recuperação de água no topo das colunas.

Determine fração molar de $\ce{H2S}$ que sai junto à água na corrente de fundo da segunda coluna de destilação.

Uma unidade industrial produz uma corrente aquosa de vazão $\pu{10 kg.h-1}$ contendo um sal de baixa solubilidade em água. Visando a recuperar o sal, inicialmente empregou-se um processo de filtração. A corrente de filtrado obtida apresentou apenas água e vazão de $\pu{6 kg.h-1}$. A corrente de concentrado foi encaminhada a uma etapa de evaporação, ao final da qual se obteve uma corrente contendo apenas vapor d’água com vazão de $\pu{1 kg.h-1}$ e outra contendo apenas o sal.

Determine a fração mássica de sal na corrente inicial.

O colorímetro de Duboscq consiste em uma célula de caminho óptico fixo e uma célula de caminho óptico variável. O comprimento dessa célula e ajustado até que a transmissão das células seja a mesma. Uma solução de concentração $\pu{24 \mu g.L-1}$ de certa substância é adicionada à célula fixa de comprimento $\pu{4 cm}$. Uma solução do mesmo soluto de concentração desconhecida é adicionada à célula de concentração variável e seu comprimento é ajustado para $\pu{3 cm}$.

Determine a molaridade da segunda solução.

A saturação de oxigênio, definida como a razão entre a concentração de oxi-hemoglobina e a concentração total de hemoglobina no sangue, pode ser determinada por espectroscopia de absorção. Uma amostra de sangue é coletada e colocada em uma célula com $\pu{1 mm}$ de caminho óptico.

A solução transmite $10\%$ da luz incidente de comprimento de onda $\pu{750 nm}$ e $\pu{30}\%$ da luz incidente de comprimento de onda $\pu{850 nm}$.

1. Determine concentração de oxi-hemoglobina e desoxi-hemoglobina no sangue.

2. Determine a saturação de oxigênio na amostra de sangue.