IME QUÍMICA. Questão 01

Transcrição

1 00 IME QUÍMIC matemática é o alfabeto com que Deus escreeu o mudo Galileu Galilei Questão 0 Calcule a cocetração de uma solução aquosa de ácido acético cujo ph é 3, sabedo que a costate de dissociação do ácido é, CH 3CH ( aq ) R H (+aq ) + CH 3C( aq ) Iício Reage/Forma Equilíbrio I) ph = 3 H + =,0 0 3 mol/l H + = =,0 0 3 mol/l H + CH 3C K= =, II) K = [CH 3CH ] mas, pois K é muito pequeo, assim: K = = = 0 3 ) 5 ( K,75 0 = 5,7 0 mol/l Questão 0 Na produção de uma solução de cloreto de sódio em água a 0,90% (p/p), as quatidades de solete e soluto são pesadas separadamete e, posteriormete, promoe-se a solubilização. Certo dia, suspeitou-se que a balaça de soluto estiesse descalibrada. Por esse motio, a temperatura de ebulição de uma amostra da solução foi medida, obtedo-se 00, C. Cosiderado o sal totalmete dissociado, determie a massa de soluto a ser acrescetada de modo a produzir um lote de 000 kg com a cocetração correta.

2 p p é ecessário haer 9kg de NaC ( s) e 99kg de água. Como a balaça que mediu o solete estaa correta, há eatos 99kg de água. I) Dissociação do soluto: NaC H Na + s ( aq) + C ( aq) ssim M = 58,5g/mol e i = II) Lei de Raoult: m ( g) Δ t = ke w i ( 00, 00,00) = 0,5 58,5 m ( kg) m( g) m( kg) 3 = 7,875 = 7,875 0 m kg m kg Para que a solução de 000kg esteja com cocetração 0,90% ( / ) Como m = 99kg, temos que a solução da amostra: m = 7,9kg de NaC Como é ecessário 9kg de NaC para obter a cocetração de 0,90% ( p/ p ), dee ser adicioados mais, kg de NaC. m =, kg de NaC Questão 03 Um calcário composto por MgC 3 e CaC 3 foi aquecido para produzir Mg e Ca. Uma amostra de,00 gramas desta mistura de óidos foi tratada com 00 cm 3 de ácido clorídrico,00 molar. Sabedo-se que o ecesso de ácido clorídrico ecessitou de 0,0 cm 3 de solução de NaH,00 molar para ser eutralizado, determie a composição percetual, em massa, de MgC 3 e CaC 3 a amostra origial desse calcário. I) Trabalhado com ecesso de ácido HC + NaH aq ( aq) NaC ( aq) + H = ( HC ecesso) ( NaH ) 3 = [ NaH] V( NaH) = ( ) ( 0 0 HC ecesso ) =,0 0 mol HC ecesso II) Trabalhado com ácido que reage = = ( HC reage) ( HC iício) ( HC ecesso) 3 = ( )( 00 0 ) 0 HC reage = 8,0 0 mol HC reage mol III) Trabalhado com as misturas Ca + HC CaC + H I: ( s) ( aq) ( aq) ( aq) ( I) N HC Ca = HC I = Ca Mg s + HC MgC + H ( ) II: ( aq) ( aq) ( HC II) ( Mg) = ( HC II) = ( Mg) m Ca + m Mg =,0g HC I HC II HC ( ) + ( ) = ( reage ) mca Ca = e Mg = ( Ca) + 0,3 ( Mg) = ( Ca) + ( Mg) = 8 0 m( Mg) 0,3

3 Resoledo o sistema, temos: Ca =,7 0 mol Mg =,53 0 mol Como o úmero de mols de Mg e MgC 3 são os mesmos, temos: m MgC = Mg MM MgC ( 3) ( 3) = = g m MgC 3,53 0 8,3 m MgC3, 9 Idem para o CaC 3 : m CaC = Ca MM CaC ( 3) ( 3) = = g mcac 3, mcac3, 7 Composição percetual: mcac ( 3 ) 00%,7 %( m/ m) = = = 65,7% CaC3 m( Mg3) + m( CaC3),9 +,7 m( MgC3 ) 00% e %( m/ m) = = 3,3% MgC3 m MgC + m CaC 3 3 Questão 0 Uma pilha de combustíel utiliza uma solução de KH e dois eletrodos porosos de carboo, por ode são admitidos, respectiamete hidrogêio e oigêio. Esse processo resulta uma reação de global de combustão que gera eletricidade. Cosiderado que a pilha opera as codições padrão: a) calcule a etropia padrão de formação da água líquida; b) justifique por que a reação da pilha é espotâea; c) aalie a ariação de etropia as izihaças do sistema. Semi-reações de pilha. + Âodo: H H + e E º = 0,0V Cátodo: + + H + e H E º =,0V Reação global: H + H E º =,0V a) Δ G = FE Δ G = = º º º 9,65 0,0,36 0 kj/mol Como Δ H º = 85,9kJ/mol (dado da proa), temos: Δ Gº =ΔHº T Δ Sº 3,9 = 85,9 98 Δ Sº Δ Sº = 0,8 kj/mol K b) Como a ariação de eergia lire de Gibbs ( Δ Gº ) é egatia, a reação é espotâea. c) Como a ariação de etropia do sistema é egatia e a ariação de etropia do uierso é positia, as izihaças apresetam ariação positia de etropia. Δ S =Δ S uierso ( sistema) +Δ S( izihaças) Δ S( izihaças ) > 0

4 Questão 05 Na figura abaio, o cilidro de olume V cotém um gás iicialmete a pressão P e ecotra-se coectado, atraés de uma tubulação dotada de uma álula (), a um aso meor de olume, V, repleto do mesmo gás a uma pressão p tal que P > p > P atm ode P atm é a pressão atmosférica local. bre-se a álula até que a pressão fique equalizada os dois asos, após o que, fecha-se esta álula e abre-se a álula até que a pressão do aso meor retore ao seu alor iicial p, completado um ciclo de operação. Sabedo-se que o sistema é matido a uma temperatura costate T, pede-se uma epressão para a pressão do aso após N ciclos. Seja P( ) a pressão do aso após ciclos por recorrêcia, ates de abrir V, temos: No aso : P( ) V = NRT ( I) No aso : PV = N RT ( II) pós abrir V, temos: ( + ) [ + ] = [ + ] P V V N N RT III De I e II em III, temos: V V P( + ) = P( ) + P V + V V V trasformado a equação recorrete acima para liear e homogêea, temos: V + V V P( + ) P( + ) + P( ) = 0 V + V V + V Portato, resoledo a equação recorrete acima, temos: V P( ) = [ P0 P] + P V + V Questão 06 Iicia-se um determiado eperimeto colocado-se uma massa m (g) de um radiouclídeo X de meia ida / (s) detro de um balão de olume V b (m 3 ), que ecotra à pressão atmosférica, como mostrado a figura. Esse eperimeto é coduzido isotermicamete à temperatura T b (K). elemeto X é um alfa emissor e gera Y, sedo este estáel, de acordo com a seguite equação: X Y + He Cosiderado que apeas uma percetagem p do hélio formado difude-se para fora da mistura dos sólidos X e Y, determie a altura h (em metros) da colua de mercúrio apresetada a Figura, depois de decorrido um tempo t (em segudos) do iício do eperimeto. Utilize a seguite otação: massa molecular de X = M (g); desidade do mercúrio = ρ (kg/m 3 ); aceleração da graidade = g (m/s ); costate dos gases perfeitos = R (Pa.m 3 /mol.k).

5 ) Calculado úmero de mol decaído de m ( iício) = M m kt ( resto) = e, k = M ( decai) = ( iício) ( resto) t m y ( decai) = e M ) Deido a reação, temos: y He ( decai) = ( He formado) t m y ( He formado) = e M Mas, ( He difudido) =ρ ( He formado) t m y ( He difudido) =ρ e M 3) Calculado a pressão deido ao gás hélio t pm e ( He difudido) RT b P( He) = = RTb Vb M Vb ) Por Stea, temos: y h He (g) ey P = P Patm + P He = Patm + pgh t pm e RTb P( He) h= h= pg pgm V b Questão 07 icidêcia de radiação eletromagética sobre um átomo é capaz de ejetar um elétro mais etero de sua camada de alêcia. eergia ecessária para a retirada desse elétro pode ser calculada pelo pricípio da coseração de eergia, desde que se coheça sua elocidade de ejeção. Para um dado elemeto, erificou-se que a elocidade de ejeção foi de 6,00 0 m/s, quado submetido a 070,9kJ/mol de radiação eletromagética. Cosiderado a propriedade periódica apresetada o gráfico (Eergia de Ioização Número tômico) e a massa do elétro 3 igual a 9, 00 0 k, determie: a) o elemeto em questão, sabedo que pertece ao terceiro período da tabela periódica;

6 b) o úmero atômico do próimo elemeto do grupo; c) as hibridizações esperadas para o primeiro elemeto desse grupo. GRÁFIC: Potecial de ioização (kj/mol) Número atômico a) Por coseração de eergia temos: E = E + E ( radiação) ( ciética) ( ioização) mv ( radiação) ( ioização) E = N + E, com N o úmero de ogadro ,0 0 9,00 0, ,9kJ/mol = + 070,9kJ/mol = 70,9kJ/mol + E( ioização) = 8,00 0 kj/mol E( ioização ) E( ioização ) alisado-se a tabela de eergia de ioização, o elemeto do 3º período é o silício ( Si ). b) Z = Si próimo elemeto do grupo é o germâio Ge, de úmero atômico 3. 3 c) s hibridizações do primeiro elemeto do grupo, o carboo, são: ap, ap, ap. Questão 08 Uma forma de sitetizar óido ítrico em meio aquoso é reagir itrito de sódio com sulfato ferroso e ácido sulfúrico, produzido, além do óido ítrico, sulfato ferroso e bissulfato de sódio. Partido de 75,0 g de itrito de sódio, 50,0 g de ácido sulfúrico e 5,0 g de sulfato ferroso e tedo a reação 90% de redimeto, determie a massa de óido ítrico obtida. Equacioado a reação mecioada. NaN + FeS + H S N + NaH S + Fe S + H aq aq aq g aq 3 aq

7 Que balaceada temos: Calculado o úmero de mols de cada reagete, temos: m 75 = = =, 09 mol NaN NaN NaN NaN3 M NaN 69 m 5 = = = mol FeS FeS FeS FeS M FeS 5 m 50 = = =,53 mol HS HS HS HS M H 98 S Portato, o reagete limitate é o FeS. Questão 09 Propoha uma sítese para o TNT (,,6-triitrotolueo) a partir do carbeto de cálcio e de outras matérias-primas coeietes. Rota de sítese: ) Reagir carbeto de cálcio com água: CaC + H Ca H + C H ( s) ( ) ( g ) aq ) Com acetileo formar o bezeo: CH CH 3 ( g) Δ 6 6( g) 3) lquilação de Fiedel-Cratts: CH 3 +CH Cl 3 lcl 3 + HCl ) Realizar a triitração do metil-bezeo (tolueo): CH 3 CH 3 HS N N +3HN 3 +3H N ( TNT ) Questão 0 Um composto orgâico, de fórmula molecular C 9 H 0, quado tratado com hidrogêio, a preseça de um catalisador, forece um composto de massa molecular duas uidades maior do que. idado ou com KM e KH, obtém-se o composto C, de fórmula molecular C 7 H 5 K. reação de com uma solução de HN 3 e H S forece dois isômeros D e E. Fialmete, quado é tratado com 3 e, em seguida, com zico em pó, obtém-se um composto F, com fórmula molecular C 8 H 8, o qual apreseta resultado egatio o teste de Tolles. Com base as iformações acima, foreça as fórmulas estruturais plaas dos compostos,, C, D, E e F e justifique sua resposta, apresetado as respectias reações.

8 composto, por apresetar fórmula geral 8 CH CH apreseta isaturações e/ou parte de sua cadeia fechada. Como a hidrogeação ocorreu aumeto de apeas uidades a massa molecular, o composto possui cadeia bezêica: 9 0 : H C C CH 3 ( ) Reações de : ) Hidrogeação: H 3 C C CH cat + H (g) H 3 C CH CH 3 ( ) ) idação eérgica de ( ) H 3 C C CH 3 + H (g) KM KH C ( ) ( ) ( C ) C 3) idação eérgica de H 3 C C CH KM KH K + K + ( ) ( C ) ) Nitração de H 3 C CH CH 3 H 3 C CH CH 3 H 3 C CH CH 3 ( ) HN 3 HS 5) zoólise de H C C CH 3 ( D) N + a preseça de zico: H 3 C C No ( E) + Z(s) 3 + HC H + H ( ) ( D)

9 FLH DE DDS. Massas atômicas aproimadamete de algus elemetos:. Poteciais de redução as codições padrão (E 0 ): 3. utras iformações: Calor de formação da água líquida: 85,9 kj/mol; F = 9,65 0 C/mol; 0 0 Relações termodiâmicas: Δ G = FE Δ G =ΔH TΔ S Costates ebulioscópica (K eb ) da água: 0,5 K kg/mol; Desidade da água:,00 kg/l.