química química

QUÍMICA
QUÍMICA
Questão 01
Um composto de fórmula molecular AB5 é constituído por elementos que pertencem ao mesmo período de um determinado gás
nobre. Tal gás nobre apresenta a mesma distribuição eletrônica que um íon de um dado nuclídeo X. Sabe-se ainda que o
nuclídeo X contém 21 prótons, 21 elétrons e 24 nêutrons.
O elemento A é não-metálico e não pertence ao grupo dos calcogênios. Nas CNTP, A encontra-se no estado sólido e B existe
como molécula diatômica.
Responda e justifique:
a) a que período os elementos A e B pertencem?
b) qual é a carga do íon do nuclídeo X?
c) o composto AB5 é covalente ou iônico?
d) os elementos A e B pertencem a quais grupos ou famílias?
e) qual é o nome do composto AB5?
f) qual é a forma geométrica do composto AB5, considerando o modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de
valência?
g) quais são os orbitais híbridos necessários ao elemento A para acomodar os pares de elétrons no arranjo geométrico do item
anterior?
Resolução:
45
21
1s2
2s2
3s2
4s2
X
2p6
3p6
3d1
X → metal de transição do 4º período da classificação periódica, forma o cátion X
(ARGÔNIO → Z = 18).
3+
, sendo isoeletrônico do gás nobre do 3º período
Assim temos:
a) A e B pertencem ao 3º período.
b) X apresenta carga +3.
c) AB5 é covalente pela pequena diferença de eletronegatividade de A e B.
d) A→ família 5A ou grupo 15.
B → família 7A ou grupo 17.
e) AB5 → pentacloreto de fósforo.
f) AB5 → bipiramidal ou bipirâmide trigonal.
g) A → apresenta hibridação sp3d ou dsp3.
Questão 02
Um determinado metal forma dois óxidos distintos, nos quais as percentagens em massa de oxigênio são 32,0% e 44,0%.
Determine a massa atômica do metal.
Resolução:
Formação do óxido-I (32% oxigênio)
x
2 M + O2 → M 2Ox
2
68g 32g
2M
____________
x ⋅ 16
68g
____________
32g
Logo:
2 M = 34 x
( I)
Formação do óxido-II (44% oxigênio)
y
2 M + O2 → M 2Oy
2
44g 56g
2M
____________
y ⋅ 16
56g
____________
44g
2M = y
16 ⋅ 56
44
( II )
I = II
34 x = y
16 ⋅ 56
44
x
= 0,59
y
x
x 3
= 0,6 ⇒ =
y
y 5
Logo, as fórmulas dos óxidos são:
M 2O3 e M 2O5
Cálculo da massa molar usando a formação do óxido-I.
3
2 M ____________ O2
2
____________ 3
2M
⋅ 32g
2
68g ____________ 32g
M = 51g/mol
Massa Atômica = 51 u.
Questão 03
O gás obtido pela completa decomposição térmica de uma amostra de carbonato de cálcio com 50,0% de pureza é recolhido em
um recipiente de 300 mL a 27,0ºC. Sabendo-se que a pressão no recipiente é de 1,66 MPa, determine:
a) a massa de gás produzido, admitindo que seu comportamento seja ideal;
b) a massa da amostra utilizada.
Resolução:
a) A reação de decomposição é:
CaCO3( s ) → CaO( s ) + CO2( g )
Para uma pressão p = 1,66 MPa ≈ 16,39atm , temos:
PV = nRT ou
m
PVM
PV =
RT e m =
RT
M
Então:
16,39 ⋅ 0,3 ⋅ 44
m=
= 8,78g de CO2( g ) .
0,082 ⋅ 300
b) Temos uma reação nas proporções:
2
1 mol de CaCO3( s )
____________
1 mol de CO2 ( g )
100g
____________
44g
____________
8,78g
x
x = 19,95g de CaCO3 .
Cálculo da amostra:
1 mol de amostra ____________ 50g de CaCO3
y
____________
19,95g de CaCO3
∴ y = 39,90g de amostra.
Questão 04
Uma amostra de um determinado elemento Y tem seu decaimento radioativo representado pelo gráfico a seguir:
90
80
massa (g)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
tempo (min)
7
8
9
10
Determine o número de átomos não desintegrados quando a atividade do material radioativo for igual a 2,5μCi.
Resolução:
Pelo gráfico podemos obter o tempo de meia vida da amostra:
m
m
m
m = t0 ∴ 0 = t0 ∴ τ = 3min = 180s
2
2τ
2τ
E com ele a constante de decaimento radioativo (7):
N0
= N 0 ⋅ e −λ⋅τ
2
ln 2 0,693
∴λ =
=
= 0,00385s −1
τ
180
E para a atividade A = 2,50 μ Ci :
A = 2,50 μ ( 3,7 ⋅ 1010 ) e A = λ ⋅ N
∴N =
A 2,5 ⋅ 10−6 ⋅ 3,7 ⋅ 1010
=
= 2, 40 ⋅ 107 desintegrações restantes.
λ
3,85 ⋅ 10−3
Temos então 2, 40 ⋅ 107 átomos não desinterados.
Questão 05
Em um balão contendo ácido sulfúrico concentrado foram colocados 1,250 mols de tolueno. A seguir foram gotejados 10,0 mols
de ácido nítrico concentrado, mantendo o sistema sob agitação e temperatura controlada, o que gerou uma reação cuja
conversão de tolueno é de 40%. Ao final do processo, separou-se todo o produto obtido.
Ao produto da reação acima foram acrescentados 7,50 g de uma substância A, de peso molecular 150 g, e 14,8 g de outra
substância B, de peso molecular 296 g. A mistura foi dissolvida em 2,00 × 103 g de um solvente orgânico cuja constante
crioscópica é 6,90 ºC kg/mol.
3
Determine a variação da temperatura de solidificação do solvente orgânico, considerando que o sólido obtido e as substâncias A
e B não são voláteis e não reagem entre si.
Resolução:
CH3
1,35 mol
tolueno
HNO4/H2SO4
H2SO4
tolueno
Como há reação do tolueno com ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico (catalizador), temos :
CH3
CH3
+ HONO2
H2SO4
NO2
obs.: O produto desta reação é uma mistura de o-nitrotolueno e p-nitrotolueno.
Cálculo do número de mols do nitrotolueno:
1, 25 ____________ 100%
x
____________
40%
∴ x = 0,5mol de nitrotolueno
Cálculo do número de mol da substância A :
1mol ____________ 150g
y
____________
7,50g
∴ y = 0,05mol
Cálculo do número de mol da substância B :
1mol ____________ 296g
z
____________
14,8g
∴ z = 0,05mol
Número total de mol
nT = x + y + z = 0,6 mol
Cálculo do abaixamento de temperatura:
ΔTc = K c ⋅ W
0,6
2
∴ ΔTc = 2,07° C
ΔTc = 6,9 ⋅
Questão 06
Para a reação A + B → C foram realizados três experimentos, conforme a tabela abaixo:
Experimento
I
II
III
[A] mol/L
0,10
0,20
0,10
[B] mol/L
0,10
0,20
0,20
4
Velocidade de reação mol/(L·min)
2,0 x 10–3
8,0 x 10–3
4,0 x 10–3
Determine:
a) a lei da velocidade da reação acima;
b) a constante de velocidade;
c) a velocidade de formação de C quando as concentrações de A e B forem ambas 0,50 M.
Resolução:
a) A lei da velocidade de reação é da forma:
V = K ⋅ [ A] ⋅ [ B ]
m
n
i) Determinação da ordem parcial m:
Pelos experimentos II e III:
VII ⎛ [ A]II ⎞
=⎜
⎟ ∴ 2m = 2 ⇒ m = 1
VIII ⎜⎝ [ A]III ⎟⎠
ii) determinação da ordem parcial n:
m
n
2 ⋅ 10−3
VI ⎛ [ B ]I ⎞ ⎛ 0,10 ⎞
=⎜
⎟ ∴⎜
⎟ =
⎜
⎟
4 ⋅ 10−3
VIII ⎝ [ B ]III ⎠ ⎝ 0, 20 ⎠
n
n
1
⎛1⎞
∴⎜ ⎟ = ⇒ n = 1
2
2
⎝ ⎠
Resultado:
V = K ⋅ [ A] ⋅ [ B ]
b) Considerando o experimento I, temos:
V = K ⋅ [ A] ⋅ [ B ]
2,0 ⋅ 10−3 = K ⋅ ( 0,1) ⋅ ( 0, 2 )
∴ K = 0, 2
L
mol⋅ min
c) V = K ⋅ [ A] ⋅ [ B ]
V = 0, 2 ⋅ 0,5 ⋅ 0,5 = 0,05 mol/L ⋅ min
Questão 07
Os eletrodos de uma bateria de chumbo são de Pb e PbO2. A reação global de descarga é:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O.
Admita que o “coeficiente de uso” seja de 25%. Este coeficiente representa a fração de Pb e PbO2 presente na bateria que são
realmente usados nas reações dos eletrodos.
Calcule:
a) A massa mínima de chumbo em quilogramas (incluindo todas as formas em que se encontra esse elemento) que deve existir
numa bateria para que ela possa fornecer uma carga de 38,6 × 104 C.
b) O valor aproximado da variação da energia livre da reação, sendo de 2,00 V a voltagem média da bateria quando fora de
uso.
Resolução:
+4
+2
Pb0 + PbO2 + 2 H 2 SO4 → 2 Pb SO4 + 2 H 2O
Pela equação química balanceada, verifica-se que para cada 2 mol de chumbo reagente (1mol de Pb0 e 1 mol de Pb+4), movimenta-se 2 mol de
elétrons. Sendo assim, temos:
2 mol de chumbo ____________ 2 mol de elétrons
2 × 207, 2 g
____________
2 × 96500 C
x ____________ 38,6 × 104 C
x = 828,8 g de chumbo → massa correspondente ao coeficiente de uso.
Coeficiente de uso =
25
100 × 828,8
→ mmínima =
100
25
5
mmínima = 3315, 2 g de chumbo = 3,3152 kg de chumbo.
ΔG = − nFE ⇒ ΔG = −2 × 96500 × 2
ΔG = −386000 J/mol de chumbo reagente
ΔG = −386 kJ/mol de chumbo reagente.
Questão 08
Os náilons são polímeros usualmente empregados na forma de fios, úteis na fabricação de cordas, tecidos, linhas de pesca etc.
Um dos mais comuns é o náilon-66, resultante da reação de polimerização entre a hexametilenodiamina (1,6-diamino-hexano) e
o ácido adípico (ácido hexanodióico).
Com base nesta informação, determine a fórmula mínima do náilon-66.
Resolução:
O náilon-66 é um polímero de condensação, formado pela união do 1,6-diamino-n-hexano com o ácido adípico, liberando água.
O
O
C
n
(CH2)4
C
nH
OH
HO
C
N
N
(CH2)6
H
H
®
H
O
O
®
+
(CH2)4
C
N
(CH2)6
H
N
H
+ (2n - 1) H2O
H
n
monômero
Fórmula molecular → C12 H 22O2 N 2
Fórmula mínima → C6 H11ON
Questão 09
Dispondo apenas de carvão, oxido de cálcio, água, sódio metálico e cloretos de alquila convenientes, além de condições
apropriadas de temperatura e pressão:
a) Descreva uma possível rota de obtenção do menor alquino dissubstituído, contendo em sua estrutura apenas átomos de
carbono e hidrogênio, sendo um dos átomos de carbono assimétrico;
b) Determine a fórmula estrutural plana e a nomenclatura IUPAC do alquino em questão.
Resolução:
a)
CaO + 3C → CaC2 + CO
CaC2 + 2 H 2O → HC ≡ CH + Ca ( OH ) 2
1
H2
2
HC ≡ C − Na + + CH 3 − Cl → HC ≡ C − CH 3 + NaCl
HC ≡ CH + Na → HC ≡ C − Na + +
-
-
CH3
-
+ -
-
1
HC ≡ C − CH 3 + Na → Na + −C ≡ C − CH 3 − H 2
2
CH3
Na C º C - CH3 + Cl - C - CH2 - CH3 ® CH3 - C º C - C - CH2 - CH3 + NaCl
H
b)
H
-
-
-
-
-
H - C - HH H
-
-
H
-
H
-
H - C - C º C - C* - C - C - H
H
H
4-metil-hex-2-ino
H H
*carbono quiral
6
Questão 10
Um pró-farmaco é uma substância farmacologicamente inativa, que geralmente é convertida no fármaco ativo dentro do
organismo do paciente através de uma transformação enzimática. Um medicamento é ministrado por via oral na forma de prófármaco quando se deseja baixar sua toxidez, melhorar sua solubilidade, facilitar a sua passagem pela membrana celular ou,
simplesmente, evitar que seja destruído pelas enzimas do trato gastrintestinal antes de atingir seu alvo.
A talampicilina é um exemplo de pró-fármaco do antibiótico ampicilina, largamente empregado contra bactérias gram-negativas e
gram-positivas.
Por ser menos polar que ampicilina, a talampicilina é facilmente absorvida pela paredes do intestino e cai na corrente sanguínea,
onde é transformada em ampicilina por enzimas chamadas esterases conforme a reação a seguir:
H
O
NH2 H
C
N
O
H H
N
O
Ampicilina + Enzima
H-Enzima
O
O
Talampicilina
O
O
S
O
Com base nas informações acima, pede-se:
a) a fórmula estrutural da ampicilina;
b) a função orgânica gerada na estrutura da ampicilina pela biotransformação da talampicilina;
c) as funções orgânicas nitrogenadas presentes na estrutura da talampicilina;
d) o número de carbonos assimétricos presentes na molécula de talampicilina;
e) os heteroátomos presentes na estrutura da ampicilina.
Resolução:
a)
H
NH2 H
C
H H
N
S
N
O
O
O
OH
b) Ácido carboxílico
O
OH
c) Amida → NH 2
Amida ®
O
C
N
d)
H
H
NH2 H
C*
O
N
H H
S
**
N
O
*
O
O
O
O
*
e) Por definição heteroátomo é todo átomo diferente do carbono é hidrogênio. Desse modo, temos três heteroátomos:
N → nitrogênio, S → enxofre e O → oxigênio.
Porém, a maioria dos autores considera heteroátomos apenas aqueles que se encontram dentro da cadeia carbônica. Assim temos dois:
N → nitrogênio, S → enxofre
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