Química - Respondida - Cobertura Máxima GGE

-
Como 1 mol de H2 perde 2 mols de e , tem-se:
nH2 
Informações de Tabela Periódica
Q 9,76  107

 505,5mol
2F 2  96500
Sendo assim, a pressão no compartimento pode ser calculada pela
equação de Clapeyron:
PH2 
Constantes:
-1
Constante de Faraday: 1 F = 96500 C.mol
-1
-1
Constante Universal dos Gases = 0,082 atm·L·K ·mol = 62,3
-1
-1
mmHg·L·K ·mol
ln 2 = 0,693
ln 1,105 = 0,1
e = 2,72
Dados:
-3
Massa específica do estanho = 7000 kg·m
-1
-1
Capacidade calorífica média: C p,CO(g) = 29 J·mol ·K ; Cp,CO2(g) = 37
-1
-1
-1
-1
J·mol ·K ; Cp,C(s) = 8,5 J·mol ·K
Pressão de vapor do benzeno puro a 298 K: Pvap = 100,0 mmHg
Pressão de vapor do tolueno puro a 298 K: Pvap = 30,0 mmHg
-1
Entalpia de vaporização da água:  HVap = 2260 kJ·kg
-1
Entalpia de fusão do gelo:  Hfus = 330 kJ·kg
-1
-1
Capacidade calorífica específica média da água: C V = 4,2 kJ·kg ·K
3
44
nH2RT 505,5  0,082  300

 124,4 atm
V
100
02.
O sulfato cúprico anidro é obtido a partir da reação de uma
solução aquosa de ácido sulfúrico 98% (em massa), a quente,
com cobre. Sabendo que a solução aquosa de ácido sulfúrico
3
tem massa específica 1,84 g/cm e que o ácido sulfúrico é o
reagente limitante, calcule a massa de sulfato cúprico obtida a partir
da reação de 10,87 ml da solução aquosa de ácido sulfúrico.
Solução:
1Cu(s)  H2SO 4(conc ) 
 1CuSO4(aq)  1S02(g)  2H2O

nCu 
nH
nH2SO4
2 SO4
(I)
2
 MH2SO4  V
  d  1000
MH2 SO4
Tempo de meia vida: 1H = 12,32 anos; 22Ti = 67,00 anos
MH2SO4 
Conversão:
T(K) = t (ºC) + 273
(III) em (II):
nH2SO4 
01. Em
uma célula a combustível, reações de oxidação e redução
originam a uma corrente que pode ser aproveitada, por exemplo,
para suprir a potência necessária para alimentar um motor elétrico.
Considere um sistema formado por uma célula a combustível que
utiliza hidrogênio e oxigênio, acoplada ao motor de um veículo
elétrico. Sabendo que o sistema opera sem perdas, que a potência
do motor é de 30 kW e que o comportamento do gás (H 2) é ideal,
calcule a pressão em um tanque de 100 L de hidrogênio, mantido a
27ºC, de forma que esse veículo percorra um trajeto de 100 km a
uma velocidade média de 90 km/h.
Dados a 27°C:
+
H2 (g) → 2 H (aq) + 2 e
+
O2 (g) + 4 H (aq) + 4 e → 2 H2O (l)
0,00 V
1,23 V
A corrente elétrica que circula no motor é dada por:
P   E  I
A diferença de potencial da pilha, por sua vez, é dada por:
H2 g  2H
 2e

O2 g  4Haq  4e   2H2O  
E  0,00v
E  1,23v
E  1,23v
Sendo assim, calculamos a corrente:
I
(III)
  d  1000  V 0,98  1,84  1000  10,87  10 3

MH SO
98
2
nH2SO4  0,2 mol
4
(IV)
(IV) em (I):
0,2
nH2SO4 
 0,1mol
2
mCuSO4  nCuSO4  MCuSO4
mCuSO4  0,1  160  mCuSO4  16g
03.
Solução:

aq
(II)
P
E
Considere um dispositivo constituído por dois balões de vidro,
“A” e “B”, cada um com capacidade de 894 mL, interligados por um
tubo de volume interno desprezível, munido de uma torneira. Dois
ensaios independentes foram realizados a 298 K. No primeiro
ensaio, os balões foram inicialmente evacuados e, logo a seguir, com
a torneira fechada, foram introduzidos 0,30 g de benzeno e 20,0 g de
tolueno em “A” e “B”, respectivamente, de modo que não
houvesse contato entre as duas substâncias. No segundo
ensaio, os balões foram novamente evacuados e, na sequência, uma
quantidade de benzeno foi introduzida em “A” e outra quantidade de
tolueno foi introduzida em “B”. Considerando o comportamento ideal
para os gases e para as misturas, atenda aos seguintes pedidos:
a) determine a pressão em cada balão, no primeiro ensaio, após o
sistema ter atingido o equilíbrio;
b) uma vez aberta a torneira no segundo ensaio, calcule as frações
molares de benzeno e tolueno na fase gasosa no interior dos
balões no momento em que o equilíbrio líquido-vapor é
atingido. Um manômetro acoplado ao dispositivo indica, nesse
momento, uma pressão interna de 76,2 mmHg.
Solução:
Portanto, no tempo de deslocamento do veículo, a carga transferida é
dada por:
Q  IT  I 
S PS 30000  100


 9,76  107 C
90
v
vE
 1,23
3,6
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva
1
M(benzeno) = 78g/mol
M(tolueno) = 92g/mol
Dados :
n2  0,693
- Calculando o número de Mols
- Considerando o comportamento ideal dos gases e que ocorreu
evaporação total
PV  n  R  T  P 
Pbenz 
Ptol 
n benz  R  T
V
n tol  R  T
V
n R  T
V
 Pbenz
 Ptol 
e  2,72
O tempo de meia vida do título é 12,32 anos
t1/2 = 12,32 anos
denotando por N o número de desintegrações por minuto por litro,
temos:
0,3
78
20

92
nbenz 
n tol
n1,105  0,1
0,3 62,3  2  298


 Pbenz  79,9mmHg
78
0,894
20 62,3  2  298

 Ptol  4515mmHg
92
0,894
N
t
N0
 N0  N  2 t1/ 2
t
2 t1/ 2
Como N em questão é 6,5 desintegrações/minL
então:
16
e
t = 16 anos,
1
N0  6,5  2 12,32  6,5  2 0,77
n  N0  n6,5 
1
 n  2
0,77
 1,105  0,693
nN0  n 

 0,17  0,77
b) Considere:
x → Fração molar na fase líquida
y → Fração molar na fase gasosa
nN0  n1,105  n0,17  0,9
nN0  0,1  0,9  n0,17
Pela lei de Raoult, temos:
nN0  0,1  n0,17  n e  n0,17
0
PBENZ  PBENZ
 XBENZ  PBENZ  100  XBENT
 e 
e
nN0  n 
  N0 
0,17
0,17


2,72
de sin tegrações
N0 
 N0  16
0,17
L  min
0
PTOL  PTOL
 XTOL  PTOL  30  XTOL
Pela lei das pressões parciais de Dalton:
PBENZ  PT  YBENZ  PBENZ  76,2  YBENZ
PTOL  PT  YTOL  PTOL  76,2  YTOL
São Joaquim era a origem do vinho.
Assim:
PT  PBENZ  PTOL  76,2  100  XBENZ  30  XTOL
76,2  100  XBENZ  30(1  XBENZ )  XBENZ 
76,2  30
70
 XBENZ  0,66
XTOL  1  XBENZ  XTOL  0,37
PBENZ  100  0,66  PBENZ  66mmHg
66  76,2  YBENZ  YBENZ  0,866
YTOL  1  YBENZ  YTOL  0,134
05.
Um bloco de gelo a 0,00°C é colocado em contato com um
recipiente
fechado
que
contem
vapor
de
água
a
100 °C e 1 atm. Após algum tempo, separa-se o bloco de gelo do
recipiente fechado. Nesse instante observa-se que 25,0 g de gelo
foram convertidos em água líquida a 0,00° C, e que no
recipiente fechado existem água líquida e vapor d’água em
equilíbrio. Considerando que o bloco de gelo e o recipiente fechado
formam um sistema e que só trocam calor entre si, calcule a
variação de entropia do sistema.
Solução:
04. O
trítio é produzido na atmosfera por ação de raios cósmicos.
Ao combinar-se com o oxigênio e o hidrogênio, precipita-se sob a
forma de chuva. Uma vez que a incidência de raios cósmicos
varia com a região da Terra, as águas pluviais de regiões
diferentes terão diferentes concentrações de trítio.
Os dados abaixo correspondem às concentrações de trítio
(expressas em número de desintegrações por minuto por litro) em
águas pluviais de diferentes regiões do Brasil:
Estação pluviométrica
Manaus
Belém
Vale do São Francisco
São Joaquim
Serra Gaúcha
Desintegrações do trítio
11,5
9,0
6,0
16,0
25,0
Um antigo lote de garrafas de vinho foi encontrado sem rótulos, mas
com a data de envasamento na rolha, conferindo ao vinho uma
idade de 16 anos. Uma medida atual da concentração de trítio neste
vinho indicou 6,
Considerando que a concentração de trítio no momento do
envasamento do vinho é igual à das águas pluviais de sua região
produtora, identifique o local de procedência deste vinho,
justificando sua resposta.
Só há troca de calor entre o gelo e o recipiente então:
Qgelo = -Qrecipiente
Qgelo = mderreteu Hfus
-3
Qgelo = 25  10  300 = 8,25KJ
Qrecipiente = -8,25KJ
A temperatura em que ocorreu a troca de calor do gelo foi 0°C (273K)
e do recipiente 100°C (373K)
Assim, como não há troca de energia a não ser entre gelo e o
recipiente:
Stotal  Sgelo  Srecipiente
Srec 
e
Sgelo 
Qgelo
Tgelo
Qrec
Trec
8,25 8,25

273 373
 373  273 
825
 8,25 
KJ  k 1

 373  273  373  273
Stotal 
Stotal
Stotal  8,10J  k 1
Solução:
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva
2
06.
Uma liga metálica de alta pureza de massa igual a 10 g,
formada unicamente por cobre e prata, é imersa numa solução de
ácido nítrico diluído, ocorrendo a sua transformação completa. Em
seguida, adiciona-se uma solução de cloreto de sódio à solução
obtida, observando-se a formação de um precipitado que, lavado e
seco, tem massa igual a 10 g. Calcule a composição mássica da liga.
Solução:
Solução:
II) A reação de Diets-Alder emolve a cicloadição de um dienófilo a um
dieno.
I ) Trata-se de uma substituição nucleofílica no haleto, produzindo um
éter.
CH3Br  CH3CH2ONa  CH3 CH2 OCH3  NaBr
metil etil éter
O ácido nítrico diluído reage com o cobre e a prata segundo as
reações abaixo:
3Cu s   8HNO3 dil  3Cu NO 3 2 oq  2NO g  4H2O   
3Ags   4HNO 3 dil  3AgNO3 aq  1NO g  2H2O   
A solução de cloreto de sódio promove a formação de cloreto de
prata:
AgNO 3 aq  NaC  aq  AgC s   NaNO3 aq
1,3 - butadieno
10
mol
143,5
O número de mols de prata é igual ao de cloreto de prata. Assim
temos:
III )
m AgC  10g  nAgC 
10
 108  7,5g
143,5
Como a amostra utilizada tinha massa de 10g, a massa de cobre, mcu
= 2,5g
m Ag 
A composição mássica da liga é:
Ag  75%
Cu  25%
Como a amida é N-substituída, a reação não prossegue.
IV
07.
Considerando que as reações abaixo ocorrem em condições
adequadas, apresente as fórmulas estruturais planas dos compostos
A, B, C, D e E.
I. Síntese de Williamson
II. Síntese de Diels-Alder
Álcool benzílico
ácido propanóico
08.
Em um reservatório de volume de 6,0 L, submetido a vácuo,
introduz-se uma mistura física de 79,2 g de gelo seco, solidificado
em pequenos pedaços, com 30 g de carvão mineral em pó,
conforme a representação a seguir.
Esse sistema sob determinadas condições atinge o seguinte equilíbrio
CO2(g) + C(s) ⇄ 2CO(g)
onde se observa que:
a fase gasosa tem comportamento de gás ideal;
o volume de carvão mineral final é desprezível;
a 1100 K a constante de equilíbrio da reação é K p = 22;
a 1000 K a massa específica da fase gasosa no reservatório é igual a
14 g/L.
III. Reação de Amida com Ácido Nitroso
IV. Esterificação de Fischer
Com base nessas informações, calcule a constante de equilíbrio, K p,
da reação a 1000 K. Estabeleça se a reação entre o CO2(g) e o C(s) é
exotérmica ou endotérmica, justificando sua resposta.
Solução:
Inicialmente temos 79,2g de CO2 e 30g de C, assim:
79,2
nCO2 (inicial) 
 1,8 mols de CO2
44
30
nC(inicial) 
 2,5 mols de C
12
Analisando a situação de equilíbrio a 1000K, e iremos admitir que
todo o CO2 está na forma de gás assim:

 2CO(g)
CO 2(g) 
C(s)


inicial
1,8
reagiu
x
equilíbrio (1,8  x)
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva
2,5
x
(2,5  x)
0
2x
2x
3
Se a massa específica gasosa a 1000K é 14g/L, temos:
m
m (2x)  (12  16)  (1,8  x)  (12  2  16)
 14g / L 

 14
v
v
6
56x  79,2  44x

 14
6
12x  79,2

 14  2x  13,2  14  2x  0,8
6
x = 0,4 mols
nCO2  1,8  0,4  1,4
Portanto, k cresce com a temperatura. Sendo assim, a velocidade de
reação também cresce.
10. Estabeleça
a relação entre as estruturas de cada par abaixo,
identificando-as como enantiômeros, diastereoisômeros, isômeros
constitucionais ou representações diferentes de um mesmo
composto.
nC  2,5  0,4  2,1
nCO  2  0,4  0,8
Kc 
 n co 2


 v 

n co 2
nco 2
v  n co 2

0,8 2
6 1,4
v
K p  K c  RT
ngás
n gás  1mol
Kp 
0,8 2
 0,082  1000  6,25
6 1,4
K p  6,25
a
1000K
Como houve um aumento do K p com o aumento da temperatura
( K p  22
a
1100K ) a reação direta é endotérmica.
09.
A reação de Sabatier-Sanderens consiste na hidrogenação
catalítica de alcenos ou de alcinos com níquel, para a obtenção
de alcanos. Considerando a reação de hidrogenação do
acetileno, um engenheiro químico obteve os resultados abaixo:
[Acetileno],
mol/L
50
38
35
30
Tempo (min)
0
4
6
10
[Hidrogênio],
mol/L
60
36
30
20
[Etano], mol/L
0
12
15
20
A partir dessas informações, determine:
a) a velocidade média da reação no período de 4 (quatro) a 6 (seis)
minutos;
b) a relação entre a velocidade média de consumo do acetileno e a
velocidade média de consumo do hidrogênio;
c) o efeito do aumento da temperatura de reação na
constante de velocidade, considerando
a equação de
Arrhenius.
Solução:
a) Trata-se duas representações do mesmo composto.
b) Trata-se de isômeros geométricos, portanto diasteroisômeros.
c) Escrevendo a projeção de Fischer:
CH2CH3
H
CH3 CH2
CH2CH2CH2CH3
e
CH2OH
H
CH2OH
CH2CH2CH2CH3
Para transformar uma projeção na outra, são feitas duas trocas.
Portanto, trata-se de duas representações do mesmo composto.
d) São isômeros constitucionais, sendo um de cadeia cíclica e outro
de cadeia mista.
Solução:
A reação balanceada é:
Ni
C2H2  2H2  C2H6
a) A velocidade média da reação é dada por:
VC2H6
 C2H6  15  12 3
Vm 
 

  1,5mol / (L min)
1
1  t
64
2
b)
 C2H6  50  30 20
Vm,



 2mol / (L min)
C2H2
1 t
10  0
10
Vm,
Vm,H
C2H2
2

 Vm, H  2  Vm,
 2  2  4mol / (L min)
2
C2H2
1
2
e) girando a molécula da direita e comparando as respectivas
projeções de Fischer, tem-se:
Br
C
2 trocas
H
*
Br
C
*
H
H
*
F
C
*
F
C
2 trocas
F
c) De acordo com a equação de Arrhenius, a constante de velocidade
de reação é dada por:
K  Ae

Ea
RT
n k  n A 
Ea
RT
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva
4