Programa de Pós-Graduação em Química Universidade Federal de

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Instituto de Química
Programa de Pós Graduação em Química- MESTRADO
PROCESSO SELETIVO 001/2009 – GABARITO DA PROVA ESCRITA
1ª Questão:
a) A afirmação é totalmente verdadeira, pois o processo envolve uma única reação química, que é a
reação inversa da dissociação da água. A neutralização de uma base forte com um ácido forte,
cem por cento dissociados é dado por: H+(aq) + OH- (aq) → H2O(l), que leva ao processo de
equilíbrio de autodissociação da água pura H2O(l) ↔ H+(aq) + OH- (aq). Esse processo sendo
único envolve uma única quantidade de energia que é de -57321 J mol-1 para a neutralização.
b) A equação para o processo de neutralização é : H+(aq) + OH- (aq) → H2O(l).
2ª Questão:
a) Se há resfriamento na dissociação do iodeto de potássio, significa que calor foi absorvido pelo
sistema, ou seja, o processo é endotérmico (ΔdissociaçãoH>0). Usando da equação geral da
termodinâmica (Equação de Gibbs) ΔG = ΔH –TΔS que nos informa sobre a espontaneidade das
transformações, temos que se a dissociação ocorre, ΔdissociaçãoG < 0 (processo espontâneo). Então
para a dissociação, ΔH – TΔS < 0, ou seja, ΔH < TΔS. Nesse caso o TΔS tem maior magnitude
do que o ΔH.
b) Se tivermos as concentrações do reagente A em função do tempo decorrido da reação, o
procedimento para determinar se o processo é de primeira ordem ou de segunda ordem é o
seguinte: Considerando uma reação de primeira ordem, a correlação entre concentração e tempo
pode ser aferida a partir da equação integral de velocidade ln[A ]t = −kt + ln[A ]0
Essa equação é gerada a partir da equação diferencial d [A ] = − k [A ]
de
dt
velocidade. Pode-se observar que a equação
logarítmica,
satisfaz a equação de uma reta y = -ax + b, onde y é igual ao logaritmo da concentração de A em
qualquer tempo e x é o tempo decorrido. Um gráfico de ln [A] contra o tempo deve ser linear se
a reação química é de primeira ordem. No caso de uma reação de segunda ordem as equações
1
1
são:
,
e
, d [A ] = −k [A]
repectivamente, que
= kt +
dt
[
A
]
[
A
]
leva
também a uma
correlação
linear
t
0
entre
o recíproco da concentração e o tempo. Nesse caso, um gráfico
de 1/[A] contra t se gerar uma reta com coeficiente de correlação próximo de 1, pode-se concluir
se tratar de uma reação de segunda ordem.
3ª Questão:
a) Destilação simples é o método mais apropriado para separar água de NaCl em solução
insaturada. O ponto de ebulição da água é próximo de 100oC e fica bem distante do ponto de
fusão do sal de cozinha que deve ser próximo de 1300oC. A água ficaria condensada no balão de
recolhimento do condensado, enquanto o sal ficaria sólido no frasco da solução inicial.
b) A cromatografia gasosa seria o processo mais eficiente. O metanol e o benzeno são
completamente solúveis, com pontos de ebulição muito próximos 64,6 e 80,2 oC
respectivamente, o que inviabiliza destilação mesmo fracionada. Uma coluna de baixa
polaridade seria mais eficiente para separar os componentes devido a diferença de tamanhos
moleculares.
c) A ultracentrifugação seria o método mais apropriado para essa separação, porque mesmo que
haja uma distribuição de tamanhos de partículas de Fe(OH)3, a grande variação de velocidades
da ultracentrífuga permite levar ao fundo do frasco as menores partículas sem provocar
desintegração da mesma.
d) A eletroforese capilar é a técnica mais apropriada de separação nesse caso. Essa técnica é
capaz de separar fragmentos de proteínas com pequenas diferenças nas massas moleculares.
e) A melhor técnica nesse caso é a cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC). A
cromatografia gasosa não se aplica devido ao tamanho elevado das moléculas, á presença de
grupos altamente polares em suas estruturas e estarem dissolvidas em água.
4ª Questão:
a)
Kw = [H+] [OH-] = 2,4 x 10 -14 , para o equilíbrio da água H2O(l) ↔ H+(aq) + OH- (aq). No
equilíbrio [H+] = [OH-] = x. Então Kw = x2 = 2,4 x 10 -14. Logo x = (2,4)1/2 x 10-7 = 1,55 x 10-7
moles L-1.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Instituto de Química
Programa de Pós Graduação em Química- MESTRADO
b) pH = - Log [H+] = - Log (1,55 x 10-7) = 7 – 0,19 = 6,81 = pOH.
c) pH + pOH = 13,62.
d) Apesar de o pH ficar um valor abaixo de 7 não significa que a água é ácida nessa temperatura. A
água continua sendo neutra. O que houve foi um deslocamento para o lado endotérmico da
reação (diminuição da quantidade de íons dissociados), do estado de equilíbrio de dissociação da
água (como previsto por Le Chatelier), que faz com que a neutralidade da mesma ocorra agora
em um pH = 6,81 e não mais em pH 7,00.
5ª Questão:
[C2O42-] = [CO32-] = 2 x 10-3 moles L-1, [Ca2+] = 3 x 10-3 moles L-1.
1) No equilíbrio: Ca2+(aq) + C2O42- (aq) ↔ CaC2O4(s) Kps (CaC2O4) = 2,3x10-9 Kps (CaC2O4) =
[Ca2+][C2O42-] = 2,3x10-9, então [Ca2+] = 2,3x10-9/2 x 10-3 = 1,25 x 10-6 moles L-1
2) Ca2+(aq) + CO32- (aq) ↔ CaCO3(s) Kps (CaCO3) = 4,8x10-9 , então [Ca2+] = 4,8x10-9/2 x 10-3 = 2,4 x
10-6 moles L-1.
A concentração de cálcio permitida em solução pelo equilíbrio 1 é aproximadamente metade da permitida
pelo equilíbrio em 2. Haverá precipitação dos dois sais, já que a concentração de cálcio na solução inicial
está muito acima daquela permitida pelos dois equilíbrios.
Se o meio for ácido, o resultado não seria exatamente o mesmo, devido aos novos equilíbrios ocorrendo
no meio devido ao reduzido valor de Ka principalmente do ácido carbônico, que é de 2 x 10-17, mas
também do ácido oxálico com Ka = 3,8 x 10 -6. Nesse caso um forte deslocamento de equilíbrio deve
ocorrer antes da adição do cálcio no meio diminuindo consideravelmente a concentração do íon
carbonato, bem abaixo dos valores determinados para sua precipitação. Para o ácido oxálico, o
deslocamento também ocorre levando a uma queda na concentração de C2O42-, permanecendo alguns íons
oxalatos em solução, o que deve levar a uma ligeira precipitação desse sal.