ITA2007 - Olimpo

2007
ITA
QUÍMICA
“A matemática é o alfabeto com que Deus escreveu o mundo”
Galileu Galilei
Temperatura
Amostras de massas iguais de duas substâncias, I e II, foram submetidas independentemente a um processo de aquecimento em
atmosfera inerte e a pressão constante. O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura em função do calor trocado entre
cada uma das amostras e a vizinhança.
Dados: ΔHf e ΔHv representam as variações de entalpia de fusão e de vaporização, respectivamente, e cp é o calor específico.
I
II
Calor trocado
Assinale a opção ERRADA em relação à comparação das grandezas termodinâmicas.
a) ΔHf (I) < ΔHf (II)
b) ΔHv (I) < ΔHv (II)
c) cp,I(s) < cp,II(s)
d) cp,II(g) < cp,I(g)
e) cp,II(1) < cp,I(1)
Resolução
Analisando o gráfico observa-se que durante a vaporização houve uma maior troca de calor em I. Portanto,
ΔHv(I) > ΔHv(II)
Alternativa b
Um recipiente aberto contendo inicialmente 30 g de um líquido puro a 278 K , mantido à pressão constante de 1 atm, é colocado
sobre uma balança. A seguir, é imersa no líquido uma resistência elétrica de 3 Ω conectada, por meio de uma chave S, a uma
fonte que fornece uma corrente elétrica constante de 2 A. No instante em que a chave S é fechada, dispara-se um cronômetro.
Após 100 s, a temperatura do líquido mantém-se constante a 330 K e verifica-se que a massa do líquido começa a diminuir a uma
velocidade constante de 0,015 g / s. Considere a massa molar do líquido igual a M.
Assinale a opção que apresenta a variação de entalpia de vaporização (em J/mol) do líquido.
a) 500 M
b)
c)
d)
e)
600 M
700 M
800 M
900 M
Resolução
Sabe-se que:
Q
P = r ⋅ i2
Δt
ri 2 = m ⋅ L ⋅ Δt ⇒ 3 ⋅ 22 = 0,015 ⋅ L ⋅ 1
Q = m⋅L
P=
∴ L = 800
1g
___________
M
___________
J
g
800J
x
x = 800 ⋅ M
J
mol
Alternativa d
Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que apresenta o valor do trabalho em módulo (em kJ) realizado no
processo de vaporização após 180 s de aquecimento na temperatura de 330 K .
a) 4,4/ M
b) 5,4/ M
c) 6,4/ M
d) 7,4/ M
e) 8,4/ M
Resolução
Sabemos que:
w = P ⋅ ΔV
e que, pela equação de Clapeyron:
P ⋅ ΔV = Δn ⋅ R ⋅ T
Logo:
w = Δn ⋅ R ⋅ T
Δm
Δn =
→ Δm = 180 ⋅ 0,015 = 2,7g
M
2,7
7404, 21
w=
⋅ 8,31 ⋅ 330 =
J
M
M
7, 4
w=
kJ
M
Alternativa d
Dois béqueres, X e Y, contêm, respectivamente, volumes iguais de soluções aquosas: concentrada e diluída de cloreto de sódio
na mesma temperatura. Dois recipientes hermeticamente fechados, mantidos à mesma temperatura constante, são
interconectados por uma válvula, inicialmente fechada, cada qual contendo um dos béqueres. Aberta a válvula, após o
restabelecimento do equilíbrio químico, verifica-se que a pressão de vapor nos dois recipientes é Pf. Assinale a opção que indica,
respectivamente, as comparações CORRETAS entre os volumes inicial (VXi) e final (VXf), da solução no béquer X e entre as
pressões de valor inicial (PYi) e final (Pf) no recipiente que contém o béquer Y.
a) VXi < VXf e PYi = Pf
b) VXi < VXf e PYi > Pf
2
c) VXi < VXf e PYi < Pf
d) VXi > VXf e PYi > Pf
e) VXi > VXf e PYi < Pf
Resolução
À medida que a concentração de uma solução aumenta, tem-se uma diminuição da pressão de vapor.
Assim, observa-se uma transferência de vapor do recipiente que contém o béquer Y para o recipiente que contém o béquer X, onde o
sistema apresenta menor concentração. Logo, as relações são:
Pressão de vapor (P) e volume (V):
Py (i ) > Py ( f )
Vy (i ) > Vy ( f )
Vx(i ) < Vx( f )
Px(i ) < Px( f )
P ( x) f = Py ( f )
Logo, a alternativa que mostra a relação correta é a
Alternativa b
Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que indica a curva no gráfico abaixo que melhor representa a
quantidade de massa de água transferida (Qágua) ao longo do tempo (t) de um recipiente para o outro desde o instante em que a
válvula é aberta até o restabelecimento do equilíbrio químico.
I
Qágua
IV
II
V
III
t
a) I
b) II
c) III
d) IV
e) V
Resolução
Sendo a transferência de água um processo de primeira ordem, a curva que melhor representa tal situação é a curva III.
Alternativa c
Considere duas placas X e Y de mesma área e espessura. A placa X é constituída de ferro com uma das faces recoberta de zinco.
A placa Y é constituída de ferro com uma das faces recoberta de cobre. As duas placas são mergulhadas em béqueres, ambos
contendo água destilada aerada. Depois de um certo período, observa-se que as placas passaram por um processo de corrosão,
mas não se verifica a corrosão total de nenhuma das faces dos metais. Considere sejam feitas as seguintes afirmações a respeito
dos íons formados em cada um dos béqueres:
I.
II.
III.
IV.
V.
Serão formados íons Zn2+ no béquer contendo a placa X.
Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa X.
Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa Y.
Serão formados íons Fe3+ no béquer contendo a placa Y.
Serão formados íons Cu2+ no béquer contendo a placa Y.
3
Então, das afirmações acima, estão CORRETAS
a) apenas I, II e IV.
b) apenas I, III e IV.
c) apenas II, III e IV.
d) apenas II, III e V.
e) apenas IV e V.
Resolução
No sistema formado na placa X, o zinco sofrerá oxidação (metal de sacrifício) devido ao seu menor potencial de redução em relação ao
ferro. Portanto:
Zn( s ) → Zn 2 + + 2e −
No sistema formado na placa Y o ferro sofrerá oxidação devido ao seu menor potencial de redução em relação ao cobre. Portanto:
Fe0( s ) → Fe 2 + + 2e −
Fe 2 + ( aq ) → Fe3 + ( aq ) + e −
Alternativa b
Embrulhar frutas verdes em papel jornal favorece o seu processo de amadurecimento devido ao acúmulo de um composto gasoso
produzido pelas frutas.
Assinale a opção que indica o composto responsável por esse fenômeno.
a) Eteno.
b) Metano.
c) Dióxido de carbono.
d) Monóxido de carbono.
e) Amônia.
Resolução
O amadurecimento de algumas frutas é favorecido pelo aumento da concentração de alguns hormônios vegetais dentre eles, o gás etileno
ou eteno. Assim, a alternativa correta é a.
CH2 = CH2
Alternativa a
Assinale a opção que apresenta um sal que, quando dissolvido em água, produz uma solução aquosa ácida.
a) Na2CO3
b) CH 3COONa
c) CH 3 NH 3Cl
d) Mg (ClO4 ) 2
e) NaF
Resolução
Dentre os compostos apresentados nas alternativas, o composto CH 3 NH 3Cl é formado a partir da reação entre CH 3 NH 2 (uma base
fraca) e o HCl (um ácido forte).
CH 3 NH 3Cl → CH 3 NH 3 + + Cl −
Assim a espécie CH 3 NH 3+ (ácido forte) sofrerá hidrólise, originando um meio ácido.
CH 3 NH 3+ + H 2O → CH 3 NH 2 +
H 3O +
N
caracteriza uma
solução ácida
Alternativa c
4
Duas células (I e II) são montadas como mostrado na figura. A célula I consiste de uma placa A(c) mergulhada em uma solução
aquosa 1 mol L-1 em AX, que está interconectada por uma ponte salina a uma solução 1 mol L-1 em BX, na qual foi mergulhada
a placa B(c). A célula II consiste de uma placa B(c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol L-1 em BX, que está interconectada
por uma ponte salina à solução 1 mol L-1 em CX, na qual foi mergulhada a placa C(c) . Considere que durante certo período as
duas células são interconectadas por fios metálicos, de resistência elétrica desprezível.
Assinale a opção que representa a afirmação ERRADA a respeito de fenômenos que ocorrerão no sistema descrito.
Dados eventualmente necessários:
E 0 A +(aq ) / A(c) = 0, 400V ; E 0 B +(aq ) / B(c) = 0,700V ; E 0C +( aq ) / C(c) = 0,800V ;
Ponte Salina
Ponte Salina
B
A
B
C
AX(1 mol/L) BX(1 mol/L)
BX(1 mol/L) CX(1 mol/L)
Célula I
Célula II
a) A massa da placa C aumentará.
b) A polaridade da semicélula B/B+ (aq) da célula II será negativa.
c) A massa da placa A diminuirá.
d) A concentração de B+(aq) na célula I diminuirá.
e) A semicélula A/A+(aq) será o cátodo.
Resolução
Considerando o proposto no texto, tem-se o seguinte esquema de funcionamento das células:
ânodo
e
-
e
-
cátodo
A
B
cátodo
ânodo
célula I
B
C
célula II
Alternativa a: Correta. Sendo a placa C o eletrodo positivo, ocorrerá a redução dos íons C+ da solução aumentando sua massa
+
( C( aq ) + e − → C( s ) ).
Alternativa b: Correta. Na célula II B/B+(aq) corresponde ao ânodo, sendo o pólo negativo.
Alternativa c: Correta. Sendo A o ânodo da célula I, ocorrerá diminuição de sua massa devido ao processo de oxidação ( A( s ) → A(+aq ) + e − ).
Alternativa d: Correta. Na célula I, B é o eletrodo positivo, ocorrendo então a redução dos íons B+ da solução ( B(+aq ) + e − → B( s ) ),
diminuindo assim sua concentração.
Alternativa e: Incorreta. A semicélula A/A+(aq) será o ânodo, já que A é um redutor mais forte do que C.
Alternativa e
Realizaram-se testes de solubilidade de pequenas porções de compostos orgânicos constituídos de cinco átomos de carbono,
denominados de A, B, C, D e E.
5
São fornecidos os seguintes resultados dos testes de solubilidade em vários solventes:
Teste 1. Os compostos A, B, C, D e E são solúveis em éter etílico.
Teste 2. Somente os compostos B, C e D são solúveis em água pura.
Teste 3. Somente os compostos B, C e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de hidróxido de sódio.
Teste 4. Somente os compostos D e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de ácido clorídrico.
Considere sejam feitas as seguintes identificações:
I.
II.
III.
IV.
V.
O camposto A é o n-pentano.
O composto B é o 1-pentanol.
O composto C é o propianato de etila.
O composto D é a pentilamina.
O composto E é o ácido pentanóico.
Então, das identificações acima, estão ERRADAS
a) apenas I, II e IV.
b) apenas I, III e IV.
c) apenas II e IV.
d) apenas III e V.
e) apenas IV e V.
Resolução
São dadas cinco substâncias, e pede-se associar cada uma delas um dos nomes dados nos itens de I a V. Assim:
i)
Como E reage tanto com base (NaOH) quanto com ácido (HCl), dentre os citados só pode ser um éster e, portanto, o propionato de
etila.
ii) Como D reage com ácido (HCl) seria portanto a outra substância além de E que poderia sofrer a reação, a pentilamina.
O composto A não é solúvel em água pura e portanto trata-se do pentano.
iii) Sendo C a outra substância capaz de reagir com a base (NaOH), por exclusão sobra o ácido pentanóico, então B é o pentanol que
reage com hidróxido de sódio e solúvel em água.
Portanto, as identificações corretas são:
A → n-pentano
B → 1-pentanol
C → ácido pentanóico
D → propilamina
E → propionato de etila
Alternativa d
Considere sejam feitas as seguintes afirmações a respeito das formas cristalinas do carbono:
I.
As formas polimórficas do carbono são: diamante, grafite e fulerenos.
II.
O monocristal de grafite é bom condutor de corrente elétrica em uma direção, mas não o é na direção perpendicular à
mesma.
III.
O diamante é uma forma polimórfica metaestável do carbono nas condições normais de temperatura e pressão.
IV.
No grafite, as ligações químicas entre os átomos de carbono são tetraédricas.
Então, das afirmações acima, está(ao) CORRETAS(S)
a) apenas I, II e III.
b) apenas I e III.
c) apenas II e IV.
d) apenas IV.
e) todas.
Resolução
6
São formas polimórficas do carbono:
O grafite, que forma planos paralelos formados por moléculas de carbono com hibridização sp2.
O diamante, de estrutura de cubo centrado.
O fulereno, que é similar a uma bola de futebol: pentágonos e hexágonos que têm átomos de carbono em seus vértices.
I)
II)
III)
IV)
Verdadeiro. Ver figuras acima.
Verdadeiro. Há condução de corrente nos planos indicados na figura, mas não no sentido perpendicular a eles.
Verdadeiro. Ver figuras acima.
Falso. Os átomos de carbono, no grafite, apresentam hidrização sp2. Assim, a geometria produzida é do tipo triangular plana
(trigonal), e não tetraédrica.
Alternativa a
Em junho deste ano, foi noticiado que um caminhão transportando cilindros do composto t-butil mercaptana (2-metil-2propanotiol) tombou na Marginal Pinheiros – cidade de São Paulo. Devido ao acidente, ocorreu o vazamento da substância.
Quando adicionada ao gás de cozinha, tal substância fornece-lhe um odor desagradável. Assinale a opção que indica a fórmula
molecular CORRETA desse composto.
a)
b)
c)
d)
e)
( CH 3 )3 CNH 2
( CH 3 )3 CSH
( CH 3 )3 CNHCH 3
( CH 3 )3 CCH 2 NH 2
( CH 3 )3 CSCH 2OH
Resolução
As fórmulas estrutural e molecular do t-butil mercaptana são, respectivamente:
7
SH
CH3
C
CH3
(CH3 )3 CSH
CH3
Alternativa b
Assinale a opção que nomeia o cientista responsável pela descoberta do oxigênio.
a) Dalton
b) Mendeleev (sic)
c) Gay-Lussac
d) Lavoisier
e) Proust
Resolução
A verdadeiro descobridor do oxigênio foi Joseph Priestley em 1774 e, portanto, a questão não teria resposta, já que Lavoisier
foi responsável apenas pelo nome “oxigênio”.
Alternativa d
Assinale a opção que indica a variação CORRETA de entalpia, em kJ/mol, da reação química a 298,15 K e 1 bar, representada
pela seguinte equação: C4 H10( g ) → C4 H 8( g ) + H 2( g ) .
Dados eventualmente necessários:
ΔH θf ( C4 H 8( g ) ) = −11, 4; ΔH θf ( CO2( g ) ) = −393,5; ΔH θf ( H 2O(1) ) = −285,8 e ΔH cθ ( C4 H10( g ) ) = −2.877,6, em que ΔH θf
representam as variações de entalpia de formação e de combustão a 298,15K e 1 bar, respectivamente.
a) −3.568,3
b) −2.186,9
+2.186,9
c)
d) +125, 4
e) +114,0
Resolução
Para obter variação de entalpia pedida, podemos operar da seguinte forma:
13
C4 H10( g ) + O2( g ) → 4CO2( g ) + 5 H 2O( A ) ΔH co = −2877,6 kJ/mol
2
ΔH = Hf p − Hf r
−2887,6 = ⎡⎣ 4 ( −393,5 ) + 5 ( −285 )⎤⎦ − ⎣⎡( ΔH of C4 H10 ) ⎦⎤
ΔH of ( C4 H10 ) = −125,8 kJ/mol
C4 H10( g ) → C4 H 8( g ) + H 2( g )
ΔH = Hf p − Hf r
ΔH = ⎡⎣( −11, 4 ) − ( −125,8 ) ⎤⎦
ΔH = 114kJ/mol
Alternativa e
8
e ΔH cθ , em kJ/mol,
Durante a utilização de um extintor de incêndio de dióxido de carbono, verifica-se formação de um aerossol esbranquiçado e
também que a temperatura do gás ejetado é consideravelmente menor do que a temperatura ambiente. Considerando que o
dióxido de carbono seja puro, assinale a opção que indica a(s) substância(s) que torna(m) o aerossol visível a olho nu.
a)
b)
c)
d)
e)
Água no estado líquido.
Dióxido de carbono no estado líquido.
Dióxido de carbono no estado gasoso.
Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado líquido.
Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado gasoso.
Alternativa a
A ejeção do gás promove uma diminuição da temperatura próximo ao extintor condensando a água presente nesse
ambiente. Assim, o aerossol torna-se visível a olho nu.
Um recipiente fechado contendo a espécie química A é mantido a volume (V ) e temperatura (T ) constante. Considere que essa
espécie se decomponha de acordo com a equação:
A( g ) → B( g ) + C( g ) .
A tabela abaixo mostra a variação de pressão total ( pt ) do sistema em função do tempo ( t ) :
t
(s)
Pt (mmHg)
0
55
200
380
495
640
820
55
60
70
80
85
90
95
Considere sejam feitas as seguintes afirmações:
I. A reação química obedece à lei de velocidade de ordem zero.
II. O tempo de meia-vida da espécie A independe da sua pressão parcial.
III. Em um instante qualquer, a pressão parcial de A , PA , pode ser calculada pela equação: PA = 2 P0 − Pt , em que P0 é a
pressão do sistema no instante inicial.
IV. No tempo de 640 s , a pressão Pi é igual a 45 mmHg , em que Pi é a soma das pressões parciais de B e C .
Então, das afirmações acima, está(ao) CORRETA(S)
a)
b)
c)
d)
e)
apenas I e II.
apenas I e IV.
apenas II e III.
apenas II e IV.
apenas IV.
Resolução
A( g ) → B( g ) + C( g ) , com
V⎫
⎬ constante
T⎭
I.
Falso, pois a expressão de velocidade é V = k[ A] .
II.
Verdadeiro, o tempo de meia-vida de uma reação de primeira ordem é dada por t1/ 2 =
9
An 2
0,7
ou t1/ 2 =
.
k
k
III.
Verdadeiro. Em um dado instante, temos:
A( g ) → B( g ) + C( g )
P0
x
P0 − x
zero
zero
x
x
x
x
Pressão total ( Pt )
Pt = P0 − x + x + x
Pt = P0 + x
Cálculo da pressão de A
PA = P0 − x + P0 − P0
PA = 2 P0 − ( x + P0 )
PA = 2 P0 − Pt
IV.
Falso, como a pressão total é dada pela soma das pressões de cada participante, temos.
PA + PB + PC = 90 → 3P = 90 → P = 30 mmHg .
Onde P = PA = PB = PC
Alternativa c
Assinale a opção que indica a substância que, entre as cinco, apresenta a maior temperatura de ebulição à pressão de 1 atm .
a) H 3CCHO
b) H 3CCOCH 3
c) H 3CCONH 2
d) H 3CCOOH
e) H 3CCOOCH 3
Resolução
Dentre as substâncias citadas a que apresenta maior ponto de ebulição é a etamida (Pe = 221º C). A elevada temperatura de ebulição
deve-se a maior possibilidade de ligações de hidrogênio devido aos dois hidrogênios ligados ao nitrogênio, que inclusive possibilita a
dimerização.
Alternativa c
Um indicador ácido-base monoprótico tem cor vermelha em meio ácido e cor laranja em meio básico. Considere que a constante
de dissociação desse indicador seja igual a 8,0 x 10−5 . Assinale a opção que indica a quantidade, em mols, do indicador que,
quando adicionada a 1 L de água pura, seja suficiente para que 80% de suas moléculas apresentem a cor vermelha após
alcançar o equilíbrio químico.
a) 1,3 x 10−5
b) 3, 2 x 10−5
c) 9, 4 x 10−5
d) 5, 2 x 10−4
e) 1,6 x 10−3
Resolução
10
No equilíbrio temos:
R
HInD
( vermelho )
H (+aq ) +
InD(−aq )
( laranja )
n mol
zero
zero
Reage/Forma
0,2 n
0,2 n
0,2 n
Equilíbrio
0,8 n
0,2 n
0,2 n
Início
Dados:
K a = 8,0 × 10−5.
Pela equação da constante de equilíbrio, temos:
⎡ H + ⎤ ⋅ ⎡ InD − ⎤⎦
0, 2n × 0, 2n
Ka = ⎣ ⎦ ⎣
→ 8,0 × 10−5 =
0,8n
[ HA]
n=
8,0 × 10−5 × 0,8
→ n = 160 × 10−5 → n = 1,6 × 10−3
0, 2 × 0, 2
Alternativa e
Nas condições ambientes, a 1 L de água pura, adiciona-se 0,01 mol de cada uma das substâncias A e B descritas nas opções
abaixo. Dentre elas, qual solução apresenta a maior condutividade elétrica?
e
B = AgNO3
a) A = NaCl
e
B = NaOH
b) A = HCl
A = HCl
e
B = CH 3COONa
c)
d) A = KI
e
B = Pb ( NO3 )2
e)
A = Cu ( NO3 )2 e
B = ZnCl2
Resolução
A condutividade elétrica é função dos íons livres presentes no sistema. Assim, a mistura A = Cu ( NO3 )2 e B = ZnC A 2 apresentará um maior
número de íons gerados por 0,01 mol de cada substância, já que são compostos solúveis e não reagem entre si.
H2O
Cu ( NO3 ) 2 ⎯⎯⎯
→ Cu 2 + + 2 NO3− ( 0,03 mol de íons )
H2O
ZnCA 2 ⎯⎯⎯
→ Zn 2 + + 2C A −
( 0,03 mol de íons )
Total = 0,06 mol de íons
Alternativa e
Considere a reação química representada pela equação abaixo e sua respectiva força eletromotriz nas condições-padrão:
O2( g ) + 4 H + ( aq ) + 4 Br − ( aq ) R 2 Br2 ( g ) + 2 H 2O(l ) , ΔE º = 0, 20V .
Agora, considere que um recipiente contenha todas as espécies químicas dessa equação, de forma que todas as concentrações
sejam iguais às das condições-padrão, exceto a de H + . Assinale a opção que indica a faixa de pH na qual a reação química
ocorrerá espontaneamente.
11
a)
b)
c)
d)
e)
2,8 < pH < 3, 4
3,8 < pH < 4, 4
4,8 < pH < 5, 4
5,8 < pH < 6, 4
6,8 < pH < 7, 4
Resolução
Considerando a equação fornecida no suporte da questão:
O2( g ) + 4 H (+Aq ) + 4 Br(−Aq ) R 2 Br2( g ) + 2 H 2O( A ) ΔE º = 0, 20V
Pela equação de Nernst, tem-se:
E = Eo −
0,0592
log K
n
Sendo n = 4 e considerando o equilíbrio, tem-se:
0,0592
1
0 = 0, 20 −
⋅ log⋅
4
4
4
⎡⎣ H + ⎤⎦ ⋅ ⎡⎣ Br − ⎤⎦
0,0592
1
0 = 0, 20 −
⋅ log⋅
4
4
⎡⎣ H + ⎤⎦ ⋅ 12
4
0,0592
⋅ log⋅ ⎡⎣ H + ⎤⎦
0 = 0, 20 +
4
0,0592
⋅ log⋅ ⎡⎣ H + ⎤⎦
4
0, 20
− log⋅ ⎡⎣ H + ⎤⎦ =
0,0592
pH = 3,38 valor limite
0 = 0, 20 + 4 ⋅
Assim a opção que indica a faixa de pH na qual a reação química ocorrerá espontaneamente é representado pela
Alternativa a
Uma amostra de 1, 222 g de cloreto de bário hidratado ( BaCl2 ⋅ nH 2O ) é aquecida até a eliminação total da água de hidratação,
resultando em uma massa de 1,042 g .
Com base nas informações fornecidas e mostrando os cálculos efetuados, determine:
a)
b)
c)
o número de mols de cloreto de bário,
o número de mols de água e
a fórmula molecular do sal hidratado.
Resolução
a)
cálculo do número de mol de BaCl2 .
Massa molar: BaCl2 = 208, 23u
n=
b)
m
1,042 g
→n=
→ n = 5,0 × 10−3 mol BaCl2
M
208, 23
cálculo do número de mol de água.
Massa molar: H 2O = 18u
12
n=
c)
1, 222 − 1,042
→ n = 1,0 × 10−2 mol H 2O
18
Determinação da fórmula molecular do sal hidratado.
Cálculo do valor de n:
( 208, 23 + 18n ) BaCl2 ⋅ nH 2O __________ 208, 23g BaCl2 .
1, 222 BaCl2 ⋅ nH 2O
__________
1,042 g BaCl2 .
208, 23 + 18n = 244, 20
18n = 35,97
n=2
Logo, a fórmula molecular do sal hidratado é:
BaCl2 ⋅ 2 H 2O.
O composto mostrado abaixo é um tipo de endorfina, um dos neurotransmissores produzidos pelo cérebro.
H2N
O
N
H
H
N
O
O
N
H
HO
a)
b)
c)
H O
N
OH
O
S
H
Transcreva a fórmula estrutural da molécula.
Circule todos os grupos funcionais.
Nomeie cada um dos grupos funcionais circulados.
Resolução
a) e b) figura ao lado
2
H2N
3
O
N
H
4
H
N
O
HO
c)
* Considerando o aspecto comportamental
1 → fenol
2 → amina
3, 4, 5 e 6 → amida
7 → ácido carboxílico
8 → tioéter (tiocomposto)
1
* Considerando o aspecto estrutural
1 → hidroxila fenólica
2 → amino
3, 4, 5, e 6 → carboxilamil
7 → carboxila
8 → sulfeto
13
5
O
N
H
7
H O
N
OH
O
S 8
H
6
Um dos métodos de síntese do clorato de potássio ( KClO3 ) é submeter uma solução de cloreto de potássio ( KCl ) a um processo
eletrolítico, utilizando eletrodos de platina. São mostradas abaixo as semi-equações que representam as semi-reações em cada
um dos eletrodos e os respectivos potenciais elétricos na escala do eletrodo de hidrogênio nas condições-padrão ( E º ) :
E º (V )
ELETRODO I : Cl − ( aq ) + 3H 2O(l )
ELETRODO II : 2OH
a)
b)
c)
d)
−
( aq )
+ H 2( g )
R
R
−
3 ( aq )
ClO
+ 6H
+
( aq )
+ 6e ( CM )
−
−
2 H 2O( l ) + 2e (CM )
1, 45
− 0,83
Faça um esquema da célula eletrolítica.
Indique o cátodo.
Indique a polaridade dos eletrodos.
Escreva a equação que representa a reação química global balanceada.
Resolução
a)
Gerador
ânodo (eletrodo I)
(eletrodo II) cátodo
C
eletrodos (Pt)
cuba
eletrolítica
b)
c)
d)
eletrodo II é o cátodo.
eletrodo II é o negativo e eletrodo I é o positivo.
CA −( aq ) + 3 H 2O( A ) R C AO3−( aq ) + 3H (+g ) + 6e − (mantém)
2OH (−aq ) + H 2 ( aq ) R 2 H 2O( A ) + 2e − ( x3)
(inverte)
CA − + 3 H 2O R C AO3− + 6 H + + 6e −
6 H 2O + 6e − R 6OH − + 3H 2
_________________________________
CA −( aq ) + 3 H 2O( A ) R C AO3−( aq ) + 3H 2 ( g )
Em um recipiente que contém 50,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em HCN foram adicionados 8,00 mL de uma solução
aquosa 0,100 mol/L em NaOH . Dado: K a ( HCN ) = 6, 2 × 10−10 .
a)
b)
Calcule a concentração de íons H + da solução resultante, deixando claros os cálculos efetuados e as hipóteses
simplificadoras.
Escreva a equação química que representa a reação de hidrólise dos íons CN − .
14
Resolução
a)
HCN
c = 0,1M
→
NaOH
NaCN + H 2O
c = 0,1M
Como o NaOH é limitante, sobram 4, 2 x10−3 mol de HCN .
Assim, temos:
Ionização e Hidrólise
Hidrólise do CN − : CN − + H 2O → HCN + OH −
Ionização do HCN : HCN → H + + CH −
H 2O U H + + OH −
⎡ H + ⎤ ⋅ ⎡OH − ⎤⎦
K=⎣ ⎦ ⎣
→ K ≅ Kw
[H ]
Hipótese:
- Admitindo que as concentrações do cianeto sejam iguais, temos que a constante de equilíbrio é igual ao Kw, aproximadamente.
- Admitindo que a temperatura seja de 25ºC e Kw = 1,0 x10−4 , temos que a ⎡⎣ H + ⎤⎦ = 1,0 x10−7 mol
b) CN − ( aq ) + H 2O U HCN ( aq ) + OH (−aq )
Prepara-se a 25º C , uma solução por meio da mistura de 25 mL de n-pentano a 45 mL de n-hexano.
Dados: massa específica do n-pentano = 0,63 g/mL ; massa específica do n-hexano = 0,66 g/mL ; pressão de vapor do n-pentano
= 511 torr ; pressão de vapor do n-hexano = 150 torr .
Determine os seguintes valores, mostrando os cálculos efetuados:
a) Fração molar do n-pentano na solução.
b) Pressão de vapor da solução.
c) Fração molar do n-pentano no vapor em equilíbrio com a solução.
Resolução
a)
n-pentano → C5 H12
n-hexano → C6 H14
1ml de C5 H12
_______
0,63 g
_______
25ml de C5 H12
mC5 H12
mC5 H12 = 15,75 g
nC5 H12 =
mC5 H12
→ nC5 H12 =
M C5 H12
15,75
72
nC5 H12 = 0, 21mol
1ml de C6 H14
_______
45ml de C6 H14
0,66 g
_______
mC6 H14
mC6 H14 = 29,7 g
nC6 H14 =
mC6 H14
M C6 H14
=
29,7
= 0,34 mol
86
15
X C5 H12 =
b)
PVC H
5 12
PVC H
6 14
nC5 H12
nC5 H12 + nC6 H14
=
0, 21
= 0,38
0, 21 + 0,34
( solução )
= X C5 H12 ⋅ PVC H = 0,38 ⋅ 511 = 194,18 torr
( solução )
= X C6 H14 ⋅ PVC H = 0,62 ⋅ 150 = 93 torr
5 12
6 14
PV ( solução ) = PVC H
5
( solução )
12
+ PVC H
6 14
( solução )
= 194,18 torr + 93 torr
PV ( solução ) = 287,18 torr
c)
Sabe-se que: X C5 H12 ( mistura ) =
nC5 H12 ( mistura )
ntotal ( mistura )
Como a pressão parcial é proporcional ao número de mol na mistura de vapores e considerando temperatura constante, tem-se:
PVC H ( mistura )
5 12
X C5 H12 ( mistura ) =
PVC H ( mistura ) + PVC H ( mistura )
5 12
X C5 H12 ( mistura )
6 14
194,18 torr
=
= 0,67
194,18 torr + 93torr
A tabela abaixo representa os valores das temperaturas de fusão (T f ) e de ebulição (Te ) de halogênios e haletos de hidrogênio.
Tf (ºC)
Te (ºC)
F2
-220
-188
Cl2
-101
-35
Br2
-7
59
I2
114
184
HF
-83
20
HCl
-115
-85
HBr
-89
-67
HI
-51
-35
a)
Justifique a escala crescente das temperaturas T f e Te do F2 ao I 2 .
b)
Justifique a escala decrescente das temperaturas T f e Te do HF ao HCl .
c)
Justifique a escala crescente das temperaturas T f e Te do HCl ao HI .
Resolução
a) F2 < Cl2 < Br2 < I 2 todas as moléculas são apolares e estabelecem forças de Van der Waals. Portanto, a ordem crescente da T f e Te
será função da ordem crescente de massa molecular F2 < Cl2 < Br2 < I 2 .
b) HF > HCl. O HF estabelece ligações intermoleculares mais intensas já que trata-se de uma molécula mais polarizada.
c) HCl < HBr < HI . Todas as moléculas são polares e estabelecem interações do tipo dipolo permanente e, portanto, a ordem crescente
será função da massa molecular Cl < Br < I .
Obs.: Para esta questão pode ser desprezado os outros efeitos que influenciariam o ponto de fusão como tamanho dos átomos e o
empacotamento.
16
Utilizando uma placa polida de cobre puro, são realizados os seguintes experimentos:
I.
A placa é colocada diretamente na chama do bico de Bunsen. Após um certo período, observa-se o escurecimento da
superfície dessa placa.
II. Em seguida, submete-se a placa ainda quente a um fluxo de hidrogênio puro, verificando-se que a placa volta a apresentar a
aparência original.
III. A seguir, submete-se a placa a um fluxo de sulfeto de hidrogênio puro, observando-se novamente o escurecimento da placa,
devido à formação de Cu2 S .
IV. Finalmente, a placa é colocada novamente na chama do bico de Bunsen, readquirindo a sua aparência original.
Por meio das equações químicas balanceadas, explique os fenômenos observados nos quatro experimentos descritos.
Resolução
O escurecimento da superfície da placa é devido a formação de Cu2O( s ) .
4Cu( s ) + O2( g ) → 2Cu2O( s )
I.
O hidrogênio gasoso promove a redução do cobre do Cu2O( s ) , originando o Cu( s ) .
Cu2O( s ) + H 2( g ) → 2Cu( s ) + H 2O( A )
II.
A reação do cobre metálico com o sulfeto de hidrogênio origina o Cu2 S( s ) .
2Cu( s ) + H 2 S( g ) → Cu2 S( s ) + H 2( g )
III.
Ocorre a ustulação do Cu2 S( s ) originando o Cu( s ) .
Cu2 S( s ) + O2( g ) → 2Cu( s ) + SO2( g )
IV.
Um cilindro de Volume V contém as espécies A e B em equilíbrio químico representado pela seguinte equação: A ( g ) R 2 B ( g ) .
Inicialmente, os números de mols de A e de B são, respectivamente, iguais a nA1 e nB1 . Realiza-se, então, uma expansão isotérmica
do sistema até que o seu volume duplique ( 2V ) de forma que os números de mols de A e de B passem a ser, respectivamente,
nA2 e nB2 . Demonstrando o seu raciocínio, apresente a expressão algébrica que relaciona o número final de mols de
B ( nB2 ) unicamente com nA1 , nA2 e nB1 .
Resolução
A( g ) R 2 B( g )
nB1 ⎫
⎬ equilibrio
nB2 ⎭
I nA1
I nA2
⎛ nB1 ⎞
⎜
⎟
V ⎠
KC = ⎝
nA1
V
( nB1 )
2
2
V = ( nB1 )
nA1
V ⋅ nA1
V
Duplicando o V isotermicamente temos:
2
KC =
17
⎛ nB2 ⎞
⎜
⎟
2V ⎠
KC = ⎝
nA2
2V
( nB2 )
2
2
2
( nB2 )
K C = 4V =
nA2
2V ⋅ nA2
2V
Igualando as expressões:
( nB2 )
2
2V ⋅ nA2
=
2
( nB1 )
2
nAV
1
2 ⋅ ( nB1 ) ⋅ nA2
2
nB2 =
nB2 = nB1 2
nA1
nA2
nA1
Dois recipientes contêm soluções aquosas diluídas de estearato de sódio ( CH 3 ( CH 2 )16 COONa ) . Em um deles é adicionada uma
porção de n-octano e no outro, uma porção de glicose, ambos sob agitação. Faça um esquema mostrando as interações
químicas entre as espécies presentes em cada um dos recipientes.
Resolução
O
CH3 (CH2 )16 C
(estereato de sódio)
O
CH3 (CH2 )6 CH3
(n-octano)
(glicose)
OH
OH
OH
OH
CH2
OH
O
+
δ
O
−
δ
C
O
(CH2 )16 CH3
(estereato de sódio)
H H
Oδ
−
H
+
δ H
Oδ Na O
H
H
−
−
δ−
O
H H
Vale lembrar que está sendo representado apenas algumas das possíveis interações de forma esquemática. Na verdade o sabão fará
interação com qualquer ponto polarizado da glicose (aberta ou ciclizada).
18
Dois frascos, A e B , contém soluções aquosas concentradas em HCl e NH 3 , respectivamente. Os frascos são mantidos
aproximadamente a um metro de distância entre si, à mesma temperatura ambiente. Abertos os frascos, observa-se a formação
de um aerossol branco entre os mesmos. Descreva o fenômeno e justifique por que o aerossol branco se forma em uma posição
mais próxima a um dos frascos do que ao outro.
Resolução
Aerossol
NH3
HCl
A formação do aerossol branco deve-se a reação entre NH 3 e HCl formando NH 4Cl (sólido branco). Esse aerossol é formado mais
próximo do frasco contendo HCl , uma vez que essa substância apresenta menor velocidade de difusão. Sabe-se que a relação entre as
velocidades de efusão é dada pela expressão.
vNH 3
vHCl
=
M HCl
M NH3
19