o anglo resolve a prova de Química do ITA

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1 o anglo resolve a prova de Química do ITA Código: É trabalho pioneiro. Prestação de serviços com tradição de confiabilidade. Construtivo, procura colaborar com as Bancas Examinadoras em sua tarefa de não cometer injustiças. Didático, mais do que um simples gabarito, auxilia o estudante no processo de aprendizagem, graças a seu formato: reprodução de cada questão, seguida da resolução elaborada pelos professores do Anglo. No final, um comentário sobre as disciplinas. O Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA é uma escola de engenharia mundialmente conhecida. Com o mesmo zelo com que trata seus excelentes cursos (Engenharia Aeronáutica, Engenharia Mecânica Aeronáutica, Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica, Engenharia Elétrica e Engenharia de Computação), trata seu vestibular, que é realizado em 4 dias: 1º dia: FÍSICA, com 20 questões de múltipla escolha e 10 questões dissertativas. 2º dia: PORTUGUÊS, com 20 questões de múltipla escolha, 5 questões dissertativas e uma redação, e INGLÊS, com 20 questões de múltipla escolha. 3º dia: MATEMÁTICA, com 20 questões de múltipla escolha e 10 questões dissertativas. 4º dia: QUÍMICA, com 20 questões de múltipla escolha e 10 questões dissertativas. Só é corrigida a parte dissertativa do candidato que obtém, nas questões de múltipla escolha, nota igual ou superior a 40 (na escala de 0 a 100) e média aritmética igual ou superior a 50 (na escala de 0 a 100). A prova de Inglês é eliminatória e não entra na classificação final. Em Matemática, Física e Química, as questões de múltipla escolha equivalem a 50% do valor da prova, e a parte dissertativa, aos outros 50%. Na prova de Português, as questões de múltipla escolha equivalem a 40% do valor da prova, as dissertativas a 20% e a Redação a 40%. A nota final é a média aritmética das provas de Matemática, Física, Química e Português, com peso 1.

2 QU ÍMIC A CONSTANTES Constante de Avogadro = 6, mol 1 Constante de Faraday (F) = 9, Cmol 1 Volume molar de gás ideal = 22,4L (CNTP) Carga elementar = 1, C Constante dos gases (R) = 8, atmlk 1 mol 1 = 8,31JK 1 mol 1 = 62,4mmHgLK 1 mol 1 = 1,98calmol 1 K 1 DEFINIÇÕES Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0 C e 760mmHg. Condições ambientes: 25 C e 1atm. Condições-padrão: 25 C, 1atm, concentração das soluções: 1mol L 1 (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão. (s) ou (c) = sólido cristalino; (I) ou (l) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em moll 1. MASSAS MOLARES Elemento Químico Número Atômico Massa molar Massa Molar Elemento Químico Número Atômico (gmol 1 ) (gmol 1 ) H 1 1,01 Cr 24 52,00 C 6 12,01 Mn 25 54,94 N 7 14,01 Fe 26 55,85 O 8 16,00 Cu 29 63,55 F 9 19,00 Zn 30 65,37 Na 11 22,99 Br 35 79,91 Mg 12 24,31 Ag ,87 Al 13 26,98 In ,82 Si 14 28,09 Sb ,75 P 15 30,97 I ,90 S 16 32,06 Ba ,34 Cl 17 35,45 Pt ,09 Ar 18 39,95 Hg ,59 K 19 39,10 Pb ,21 Ca 20 40,08 Bi ,98 Ti 22 47,88 Po ,98 As questões de 01 a 20 NÃO devem ser resolvidas no caderno de soluções. Para respondê-las, marque a opção escolhida para cada questão na folha de leitura óptica e na reprodução da folha de leitura óptica (que se encontra na última página do caderno de soluções). Questão 1 Qual das opções a seguir apresenta a equação química balanceada para a reação de formação de óxido de ferro (II) sólido nas condições-padrão? A) Fe(s) + Fe 2 O 3 (s) 3FeO(s). B) Fe(s) + 1/2O 2 (g) FeO(s). C) Fe 2 O 3 (s) 2FeO(s) + 1/2O 2 (g). D) Fe(s) + CO(g) FeO(s) + C(graf). E) Fe(s) + CO 2 (g) FeO(s) + C(graf) + 1/2O 2 (g). 3

3 A reação de formação do óxido de ferro (II) é a reação de síntese entre o ferro e o oxigênio. Nas condições padrão, temos ferro sólido, oxigênio gasoso e óxido de ferro (II) sólido. Portanto: Fe(s) + 1/2O 2 (g) FeO (s) Resposta: B Questão 2 Considere as reações representadas pelas seguintes equações químicas balanceadas: I. C 10 H 8 (s) + 12O 2 (g) 10CO 2 (g) + 4H 2 O(g). II. C 10 H 8 (s) + 9/2O 2 (g) C 6 H 4 (COOH) 2 (s) + 2CO 2 (g) + H 2 O(g). III. C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O(g). IV. C 2 H 5 OH(l) + O 2 (g) 2C(s) + 3H 2 O(g). Das reações representadas pelas equações acima, são consideradas reações de combustão A) apenas I e III. B) apenas I, II e III. C) apenas II e IV. D) apenas II, III e IV. E) todas. Combustões são reações rápidas, acompanhadas de liberação de grandes quantidades de energia, que geralmente ocorrem com a participação do gás oxigênio (O 2 ). Nas combustões de compostos orgânicos, além da água, formam-se produtos com elementos que apresentam maior número de oxidação (como, por exemplo, CO 2, CO e C), provenientes da substância que sofreu a combustão. Resposta: E Questão 3 Qual das opções abaixo apresenta o material com maior concentração de carbono? A) Negro de fumo. B) Carvão. C) Alcatrão. D) Piche. E) Óleo diesel. O negro de fumo ou fuligem e o carvão são substâncias simples formadas pelo elemento carbono e evidentemente têm maior concentração de carbono que o alcatrão, o piche e o óleo diesel. Por outro lado, o negro de fumo é uma forma de carbono mais pura que o carvão, portanto tem maior concentração de carbono. Resposta: A Questão 4 Qual das opções a seguir apresenta o gráfico que mostra, esquematicamente, a variação da condutividade elétrica de um metal sólido com a temperatura? A) Cond. Elétrica Temperatura 4

4 B) Cond. Elétrica Temperatura C) Cond. Elétrica Temperatura D) Cond. Elétrica Temperatura E) Cond. Elétrica Temperatura A condutividade elétrica de um metal sólido diminui com a elevação da temperatura. Somente o gráfico da alternativa C mostra esse fato. Resposta: C Questão 5 Considere as reações representadas pelas seguintes equações químicas balanceadas: a) C 2 H 5 OH(l) + O 2 (g) 2C(s) + 3H 2 O(g); H I (T); E I (T), b) C 2 H 5 OH(l) + 2O 2 (g) 2CO(g) + 3H 2 O(l); H II (T); E II (T), sendo H(T) e E(T), respectivamente, a variação da entalpia e da energia interna do sistema na temperatura T. Assuma que as reações acima são realizadas sob pressão constante, na temperatura T, e que a temperatura dos reagentes é igual à dos produtos. Considere que, para as reações representadas pelas equações acima, sejam feitas as seguintes comparações: I. E I = E II. II. H I = H II. III. H II E II. IV. H I E I. Das comparações acima, está(ão) CORRETA(S) A) apenas I. B) apenas I e II. C) apenas II. D) apenas III. E) apenas IV. 5

5 A pressão e temperatura constante: H = E + p V I Falsa Como as reações são diferentes, suas variações de energia interna ( E) são diferentes. II Falsa Reações diferentes apresentam diferentes ( H) variações de entalpia. III Falsa Como na reação II, V = 0, H II = E II C 2 H 5 OH(l) + 2O 2 (g) 2CO(g) + 3H 2 O(l) 2 vol. 2 vol. V = 0 IV Verdadeira Na reação I, V 0 C 2 H 5 OH(l) + O 2 (g) 2C(s) + 3H 2 O(g) H I 1 vol. 3 vol. p V = nrt = 2RT Se a reação for realizada a volume constante, não será realizado esse trabalho, portanto, H I E I. Resposta: E Questão 6 Considere os metais P, Q, R e S e quatro soluções aquosas contendo, cada uma, um dos íons P p+,q q+,r r+,s s+ (sendo p, q, r, s números inteiros e positivos). Em condições-padrão, cada um dos metais foi colocado em contato com uma das soluções aquosas e algumas das observações realizadas podem ser representadas pelas seguintes equações químicas: I. qp + pq q+ não ocorre reação. II. rp + pr r+ não ocorre reação. III. rs + sr r+ sr + rs s+. IV. sq + qs s+ qs + sq q+. Baseado nas informações acima, a ordem crescente do poder oxidante dos íons P p+,q q+,r r+ e S s+ deve ser disposta da seguinte forma: A) R r+ Q q+ P p+ S s+. B) P p+ R r+ S s+ Q q+. C) S s+ Q q+ P p+ R r+. D) R r+ S s+ Q q+ P p+. E) Q q+ S s+ R r+ P p+. I) qp + pq q+ não ocorre Reatividade Q P II) rp + pr r+ não ocorre Reatividade R P III) rs + sr + sr + rs s+ Reatividade S R IV) sq + qs s+ qs + sq q+ Reatividade Q S Reatividade: Q S R P Quanto maior a reatividade do metal, menor será o poder oxidante do seu cátion. Poder oxidante: Q q+ S s+ R r+ P p+ Resposta: E 6

6 Questão 7 A estrutura molecular da morfina está representada abaixo. Assinale a opção que apresenta dois dos grupos funcionais presentes nesta substância. NCH 3 A) Álcool e éster. H B) Amina e éter. C) Álcool e cetona. D) Ácido carboxílico e amina. E) Amida e éster. HO OH O amina NCH 3 H HO O OH álcool fenol éter Resposta: B Questão 8 Qual das opções abaixo apresenta a comparação ERRADA relativa aos raios de átomos e de íons? A) raio do Na + raio do Na. B) raio do Na + raio do F. C) raio do Mg 2+ raio do O 2. D) raio do F raio do O 2. E) raio do F raio do Mg O2 9 F 11 Na + 12 Mg 2+ 8p 9p 11p 12 p 10e 10e 10e 10e íons isoeletrônicos 11 Na+ 11 Na0 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 K L K L M Resposta: E Questão 9 Considere as seguintes configurações eletrônicas e respectivas energias de espécies atômica (A), na fase gasosa, na forma neutra, aniônica ou catiônica, no estado fundamental ou excitado: I. ns 2 np 5 (n + 1)s 2 ; E I. II. ns 2 np 6 (n + 1)s 1 (n + 1)p 1 ; E II. III. ns 2 np 4 (n + 1)s 2 ; E III. IV. ns 2 np 5 ; E IV. V. n s 2 np 6 (n + 1)s 2 ; E V. VI. ns 2 np 6 ; E VI. VII. ns 2 np 5 (n + 1)s 1 (n + 1)p 1 ; E VII. VIII. ns 2 np 6 (n + 1)s 1 E VIII. 7

7 Sabendo que E I é a energia, em módulo, do primeiro estado excitado do átomo neutro (A), assinale a alternativa ERRADA. A) E III E VI pode representar a energia equivalente a uma excitação eletrônica do cátion (A + ). B) E II E V pode representar a energia equivalente a uma excitação eletrônica do ânion (A ). C) E IV E VI pode representar a energia equivalente à ionização do cátion (A + ). D) E II E VIII pode representar a energia equivalente à afinidade eletrônica do átomo neutro (A). E) E VII E VIII pode representar a energia equivalente a uma excitação eletrônica do átomo neutro (A). Na resolução da questão, quando dissermos espécie química X com y elétrons estaremos nos referindo ao número de elétrons (y) a partir do nível quântico n dado na questão. A 0 ns 2 np 6 (n + 1)s 1 9e estado fundamental I) A 0 ns 2 np 5 (n + 1)s 2 9e estado excitado II) A ns 2 np 6 (n + 1)s 1 (n + 1)p 1 10e estado excitado III) A + ns 2 np 4 (n + 1)s 2 8e estado excitado IV) A 2+ ns 2 np 5 7e estado fundamental V) A ns 2 np 6 (n + 1)s 2 10e estado fundamental VI) A + ns 2 np 6 8e estado fundamental VII) A 0 ns 2 np 5 (n + 1)s 1 (n + 1)p 1 9e estado excitado VIII) A 0 ns 2 np 6 (n + 1)s 1 9e estado fundamental Alternativa A Correta. Excitação eletrônica do cátion A + A + A + Energia = E III E VI (VI) fundamental (III) excitado Alternativa B Correta Excitação eletrônica do ânion A A A Energia = E II E V (V) fundamental (II) excitado Alternativa C Correta A + A 2+ + e fundamental fundamental E IV E VI = Energia de ionização de A + = 2ª energia de ionização A 0 Alternativa D Incorreta A 0 + e A Energia = E II E VIII (II) excitado (VIII) fundamental A eletroafinidade de A é dada por: A 0 + e A + energia E a fundamental fundamental E a = eletroafinidade de A E II E VIII Alternativa E Correta A 0 A 0 Energia = E VII E VIII (VII) excitado Resposta: D (VIII) fundamental 8

8 Questão 10 Na temperatura de 25 C e pressão igual a 1atm, a concentração de H 2 S numa solução aquosa saturada é de aproximadamente 0,1molL 1. Nesta solução, são estabelecidos os equilíbrios representados pelas seguintes equações químicas balanceadas: I. H 2 S(aq) H + (aq) + HS (aq); K I (25 C) = 9, II. HS (aq) H + (aq) + S 2 (aq); K II (25 C) = 1, Assinale a informação ERRADA relativa a concentrações aproximadas (em moll 1 ) das espécies presentes nesta solução. A) [H + ] 2 [S 2 ] B) [S 2 ] C) [H + ] D) [HS ] E) [H 2 S] H 2 S(aq) H + (aq) + HS (aq) início 0,1mol/L 0 0 equilíbrio (0,1 x) mol/l x x + 2 [ H ][ HS ] 8 x K I = 91, 10 = [ HS 2 ] 01, x x 2 = 0, x = 091, [HS ] mol/l Como K II K I,a quantidade de HS consumida na ionização do HS é desprezível. Portanto a alternativa D está correta. [H + ] = [HS ] = alternativa C está incorreta. [H 2 S] = 0,1mol/L mol/l A alternativa E está correta. HS (aq) H + (aq) + S 2 (aq) y y y [ H ][ S ] 15 ( 10 + yy ) K II = 12, 10 = 4 [ HS ] 1 10 Conclusão: a alternativa B está correta. [H + ] 2 [S 2 ] = (10 4 ) 2 (10 15 ) = Conclusão: a alternativa A está correta. Resposta: C 15 y = 12, 10 Questão 11 Uma mistura de 300mL de metano e 700mL de cloro foi aquecida no interior de um cilindro provido de um pistão móvel sem atrito, resultando na formação de tetracloreto de carbono e cloreto de hidrogênio. Considere todas as substâncias no estado gasoso e temperatura constante durante a reação. Assinale a opção que apresenta os volumes CORRETOS, medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão, das substâncias presentes no cilindro após reação completa. Volume metano Volume cloro Volume tetracloreto de carbono Volume cloreto de hidrogênio (ml) (ml) (ml) (ml) A) B) C) D) E)

9 V CH4 = 300mL V Cl2 = 700mL 1CH 4 (g) + 4Cl 2 (g) 1CCl 4 (g) + 4HCl(g) 1mol 4mol 1mol 4mol 175mL 300mL 700mL 175mL 700mL excesso 125mL Após o término da reação, teremos no cilindro 125mL metano 175mL tetracloreto de carbono 700mL cloreto de hidrogênio Resposta: D Questão 12 Considere as seguintes radiações eletromagnéticas: I. Radiação Gama. IV.Radiação infravermelho. II. Radiação visível. V. Radiação microondas. III. Radiação ultravioleta. Dentre estas radiações eletromagnéticas, aquelas que, via de regra, estão associadas a transições eletrônicas em moléculas são A) apenas I, II e III. D) apenas II, III e IV. B) apenas I e IV. E) todas. C) apenas II e III. Se entendermos que associadas a transições eletrônicas significa que as radiações eletromagnéticas causam transições eletrônicas, então a resposta correta é alternativa E; pois todas as radiações citadas causam transições eletrônicas. Por outro lado, se associadas a transições eletrônicas significar que as radiações eletromagnéticas sejam causadas por transições eletrônicas, então a alternativa correta é D, pois apenas as radiações visível, ultravioleta e infravermelho podem ser produzidas por transições eletrônicas. As energias necessárias para mudar a distribuição de elétrons de moléculas são da ordem de 100kJ mol 1. Conseqüentemente, os fótons emitidos ou absorvidos, quando tais mudanças ocorrem, localizam-se nas regiões do espectro eletromagnético próximas da luz visível e do ultravioleta. Radiação Energia (kj mol 1 ) infravermelho 120 vermelho 170 amarelo 210 azul 250 ultravioleta 400 Resposta: D ou E Fonte: Atkins, Peter William and De Paula, Julio. Physical Chemistry (7 th ed.). Oxford University Press (2002). Questão 13 Considere os eletrodos representados pelas semi-equações químicas seguintes e seus respectivos potenciais na escala do eletrodo de hidrogênio (E 0 ) e nas condições-padrão: I. In + (aq) + e (CM) In(s); EI 0 = 0,14V. II. In 2+ (aq) + e (CM) In + (aq); 0 E II = 0,40V. III. In 3+ (aq) + 2e (CM) In + (aq); 0 E III = 0,44V. IV. In 3+ (aq) + e (CM) In 2+ 0 (aq); E IV = 0,49V. Assinale a opção que contém o valor CORRETO do potencial-padrão do eletrodo representado pela semi-equação In 3+ (aq) + 3e (CM) In(s). A) 0,30V. D) 1,03V. B) 0,34V. E) 1,47V. C) 0,58V. 10

10 Pela análise dos dados fornecidos, podemos concluir que o potencial da semi-reação III: In 3+ (aq) + 2e (CM) In + (aq) E III = 0,44V é o valor médio dos potenciais IV e II: In 3+ (aq) + e (CM) In 2+ (aq) E IV = 0,49V In 2+ (aq) + e (CM) In + (aq) E II = 0,40V In 3+ (aq) + 2e (CM) In + ( 049, ) + ( 040, ) (aq) E III = 2 E III = 0,44V (+) De forma análoga, teremos: In 3+ (aq) + e (CM) In 2+ (aq) E IV = 0,49V In 2+ (aq) + e (CM) In + (aq) E II = 0,40V In + (aq) + e (CM) In 0 (s) E I = 0,14V In 3+ (aq) + 3e (CM) In 0 (s) (+) ( 049, ) + ( 040, ) + ( 014, ) E = 3 E = 0,34V Resposta: B Questão 14 Quatro copos (I, II, III e IV) contêm, respectivamente, soluções aquosas de misturas de substâncias nas concentrações especificadas a seguir: I. Acetato de sódio 0,1mol L 1 + Cloreto de sódio 0,1mol L 1. II. Ácido acético 0,1mol L 1 + Acetato de sódio 0,1mol L 1. III. Ácido acético 0,1mol L 1 + Cloreto de sódio 0,1mol L 1. IV. Ácido acético 0,1mol L 1 + Hidróxido de amônio 0,1mol L 1. Para uma mesma temperatura, qual deve ser a seqüência CORRETA do ph das soluções contidas nos respectivos copos? Dados eventualmente necessários: Constante de dissociação do ácido acético em água a 25ºC: K a = 1, Constante de dissociação do hidróxido de amônio em água a 25ºC: K b = 1, A) ph I ph IV ph II ph III. B) ph I ph IV ph III ph II. C) ph II ph III ph I ph IV. D) ph III ph I ph II ph IV. E) ph III ph I ph IV ph II. Copo I: Solução de NaAc + Solução de NaCl ph 7 ph = 7 (hidrólise do sal) Copo I ph 7 Copo IV: Solução de HAc + Solução de NH 4 OH solução de NH 4 Ac Supondo que os volumes das duas soluções sejam iguais, e como as constantes de dissociação do HAc e NH 4 OH são iguais, o ph da solução será 7. Copo IV ph = 7 Copo II: Solução de HAc + Solução de NaAc A solução é ácida, mas o HAc está enfraquecido pelo efeito do íon comum Ac.Neste copo temos um tampão ácido. 11

11 Copo III: Solução de HAc + Solução de NaCl A solução é ácida e mais ácida (menor ph) do que a do copo II, porque o HAc não é enfraquecido pelo íon comum Ac. 7 ph II ph III Conclusão: ph I ph IV ph II ph III Resposta: A Questão 15 O Pb desintegra-se por emissão de partículas Beta, transformando-se em 83Bi que, por sua vez, se desintegra também por emissão de partículas Beta, transformando-se em Po.A figura abaixo mostra como varia, com o tempo, o número de átomos, em porcentagem de partículas, envolvidos nestes processos de desintegração. Admita ln2 = 0,69. Considere que, para estes processos, sejam feitas as seguintes afirmações: Número de átomos (%) Pb Bi Po Tempo (min) I. O tempo de meia-vida do chumbo é de aproximadamente 27min. II. A constante de velocidade da desintegração do chumbo é de aproximadamente min 1. III. A velocidade de formação de polônio é igual à velocidade de desintegração do bismuto. IV. O tempo de meia-vida do bismuto é maior que o chumbo. V. A constante de velocidade de decaimento do bismuto é de aproximadamente min 1. Das afirmações acima, estão CORRETAS A) apenas I, II e III. B) apenas I e IV. C) apenas II, III e V. D) apenas III e IV. E) apenas IV e V. Afirmação I: Correta De acordo com o gráfico, quando o porcentual do número de átomos de Pb cair à metade do valor inicial, terão decorrido aproximadamente 27 minutos. Número de átomos (%) N Pb 1 N ~ 27min Tempo (min) Afirmação II: Correta n2 t1 = l, onde: t 1/2 = tempo de meia-vida 2 k k = constante de velocidade de desintegração. 12

12 n k = l 2 t , 1 k = = 0, 0255min. 27 min k min 1 Afirmação III: Correta Bi 0 1 β Po De acordo com o decaimento radioativo, para cada átomo de Po formado, há o decaimento de 1 átomo de 83Bi. Logo, as velocidades de formação de polônio e desintegração do bismuto são iguais. Afirmação IV: Incorreta De acordo com o gráfico, decorridos 70 minutos, teremos, aproximadamente, 60% de átomos de Po e 20% de átomos de 83 Bi. Como as velocidades de desintegração do bismuto e de formação de polônio são iguais, ao aumentar para 70% o porcentual de átomos de polônio, o porcentual de átomos de bismuto terá partido de 20% para 10% em função apenas da desintegração. Logo, esse tempo corresponde ao tempo de meia-vida do bismuto. Assim, teremos: Número de átomos (%) Pb Bi Po Tempo (min) Portanto t 1/2 bismuto t 1/2 chumbo. Tempo de meia-vida do bismuto: aproximadamente 15min Afirmação V: Incorreta n k = l 2 t1 2 k = 069, 15 min k min 1 Resposta: A Questão 16 Uma massa de 180g de zinco metálico é adicionada a um erlenmeyer contendo solução aquosa de ácido clorídrico. Ocorre reação com liberação de gás que é totalmente coletado em um Balão A, de volume igual a 2L. Terminada a reação, restam 49g de zinco metálico no erlenmeyer. A seguir, por meio de um tubo provido de torneira, de volumes desprezíveis, o Balão A é conectado a um Balão B, de volume igual a 4L, que contém gás nitrogênio sob pressão de 3atm. Considere que a temperatura é igual em ambos os balões e que esta é mantida constante durante todo o experimento. Abrindo-se a torneira do tubo de conexão entre os dois balões, ocorre a mistura dos dois gases. Após estabelecido o equilíbrio, a pressão nos dois balões pode ser expressa em função da constante dos gases (R) e da temperatura absoluta (T) por 1 1 A) D) RT RT. 3 1 B) RT + 1. E) RT C) 3 2 RT. 13

13 m Total de Zn = 180g Excesso de Zn 49g 131g reagiram Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl 2(aq) + H 2(q) 1mol 2mol 1mol 65,37g 1mol 131g x x = 2,0mol H 2 A H 2 2 mol 2 L T = cte B N 2 4 L 3 atm PV = nrt 3 4 = n N2 RT 12 nn RT mol 2 = Válvula aberta P Total PV = ΣnRT P = RT RT 2RT + 12 P 6 = RT 2RT + 12 P = 6 1 P = RT Resposta: D RT Questão 17 Considere as seguintes equações químicas: OH ONa I. OH II. OH III. OH + 3 HNO 3 (conc) O 2 N OH NO H 2 O + NaOH + H 2 O + H C O H H + ou OH Resina fenólica Cl + HCl + H 2 O IV. NO 2 14

14 Das reações representadas pelas equações, aquela(s) que ocorre(m) nas condições-padrão é(são) A) apenas I. B) apenas I, II e IV. C) apenas II e III. D) apenas III e IV. E) todas. As reações que ocorrem nas condições-padrão são I, II e IV. Reação I: é uma reação de neutralização. Reação II: é uma reação de polimerização que permite produzir a baquelite. Reação IV: é uma reação de nitração, cujo produto é o ácido pícrico (2, 4, 6-trinitrofenol). Resposta: B Questão 18 A figura abaixo representa o resultado de dois experimentos diferentes (I) e (II) realizados para uma mesma reação química genérica (reagentes produtos). As áreas hachuradas sob as curvas representam o número de partículas reagentes com energia cinética igual ou maior que a energia de ativação da reação (E at ). Número de partículas I II E at Energia cinética das partículas Baseado nas informações apresentadas nesta figura, é CORRETO afirmar que A) a constante de equilíbrio da reação nas condições do experimento I é igual à da reação nas condições do experimento II. B) a velocidade medida para a reação nas condições do experimento I é maior que a medida nas condições do experimento II. C) a temperatura do experimento I é menor que a temperatura do experimento II. D) a constante da velocidade medida nas condições do experimento I é igual à medida nas condições do experimento II. E) a energia cinética média das partículas, medida nas condições do experimento I, é maior que a medida nas condições do experimento II. O gráfico mostra que no experimento II o número de moléculas dos reagentes com energia maior que a energia de ativação da reação é maior que no experimento I. Portanto o experimento II foi realizado em temperatura mais alta que o experimento I. A) está incorreto porque a constante de equilíbrio varia com a temperatura. B) está incorreto porque a velocidade medida para o experimento I é menor que a medida para o experimento II, pelo fato de a temperatura do experimento I ser menor que a do experimento II. C) está correto, como já foi justificado. D) está incorreto, porque a constante de velocidade de reação varia com a temperatura. E) está incorreto, porque a energia cinética média das partículas aumenta com a temperatura, portanto em I é menor do que em II. Resposta: C 15

15 Questão 19 A figura abaixo mostra como o valor do logaritmo da constante de velocidade (k) da reação representada pela equação química A k R varia com o recíproco da temperatura. lnk a b c 1/T a 1/T b 1/T c 1/T Considere que, em relação às informações mostradas na figura, sejam feitas as afirmações seguintes: I. O trecho a b da curva mostra a variação de lnk da reação direta (A R) com o recíproco da temperatura, enquanto o trecho b c mostra como varia lnk da reação inversa (R A) com o recíproco da temperatura. II. Para temperaturas menores que T b,o mecanismo controlador da reação em questão é diferente daquele para temperaturas maiores que T b. III. A energia de ativação da reação no trecho a b é menor que a no trecho b c. IV. A energia de ativação da reação direta (A R) é menor que a da reação inversa (R A). Das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) A) apenas I e IV. D) apenas II e III. B) apenas I, II e IV. E) apenas III. C) apenas II. Conforme a equação: A k R v = k [A] De acordo com a equação de Arrhenius: Ea k = A e RT, onde: A = fator de freqüência de Arrhenius E a = energia de ativação R = constante universal dos gases T = temperatura termodinâmica Aplicando ln nos dois lados da equação de Arrhenius: Ea lnk = lna RT log o l Ea 1 nk = + R T lna y = m x + b onde m é o coeficiente angular da reta e determinado por tgα Cálculo da tangente do ângulo α 1 : lnk ( a) lnk ( b) tg α Tb T a = ( ) lnk a α 1 b α 2 c 1/T a 1/T b 1/T c 1/T 16

16 Cálculo da tangente do ângulo α 2 : lnk( b) lnk( c) tg α Tc T b De acordo com o gráfico: (lnk(a) lnk(b)) (lnk(b) lnk(c)) e Tb T a Tc T b Portanto tgα 1 tgα 2 e E a (a b) E a (b c) Então temos: Afirmação I: falsa. O gráfico se refere a lnk, ou seja, à reação direta. Afirmação II: correta. A alteração da energia de ativação de uma reação é um indicativo de alteração no seu mecanismo. Afirmação III: correta. De acordo com o gráfico, a energia de ativação no trecho (a b), dada por tgα 1,é menor que a energia de ativação no trecho (b c), dada por tgα 2. Afirmação IV: falsa. A diminuição da temperatura diminui a constante de velocidade da reação direta, favorecendo a reação inversa, ou seja, a reação com menor energia de ativação. Portanto E a (A R) A a (R A). Resposta: D = ( ) Questão 20 Considere os dois eletrodos (I e II) seguintes e seus respectivos potenciais na escala do eletrodo de hidrogênio (E 0 ) e nas condições-padrão: I. 2F (aq) 2e (CM) + F 2 (g); E 0 I = 2,87V. II. Mn 2+ (aq) + 4H 2 O(l) 5e (CM) + 8H + (aq) + MnO 4 (aq); E0 II = 1,51V. A força eletromotriz de um elemento galvânico construído com os dois eletrodos acima é de A) 1,81V. B) 1,13V. C) 0,68V. D) 1,36V. E) 4,38V. 2MnO 4 (aq) + 16H + (aq) 10F 10 e (CM) + 5F (aq) 2(g) E = 2,87 V + 10 e (CM) 2Mn H (aq) 2 O (l) E = 1,51V 2MnO 4 (aq) + 16H + (aq) + 10F (aq) 2Mn 2+ (aq) + 5F 2(q) + 8H 2 O (l) E = 1,36V Resposta: D AS QUESTÕES DISSERTATIVAS, NUMERADAS DE 21 A 30, DEVEM SER RESPONDIDAS NO CADERNO DE SOLUÇÕES. Questão 21 Descreva os procedimentos utilizados na determinação do potencial de um eletrodo de cobre Cu(s) Cu 2+ (aq). De sua descrição devem costar: a) A listagem de todo o material (soluções, medidores etc.) necessário para realizar a medição do potencial do eletrodo em questão. 17

17 b) O desenho esquemático do elemento galvânico montado para realizar a medição em questão. Deixe claro esse desenho quais são os pólos positivo e negativo e qual dos eletrodos será o anodo e qual será o catodo, quando corrente elétrica circular por esse elemento galvânico. Neste último caso, escreva as equações químicas que representam as reações anódicas e catódicas, respectivamente. c) A explicação de como um aumento do valor das grandezas seguintes afeta o potencial do eletrodo de cobre (Aumenta? Diminui? Não altera?): área do eletrodo, concentração de cobre no condutor metálico, concentração de íons cobre no condutor eletrolítico e temperatura. a) Lista de materiais: solução aquosa de HCl 1,0mol/L solução aquosa de CuSO 4 1,0mol/L e barra de cobre voltímetro eletrodo de hidrogênio ponte salina e termômetro b) H 2 (g) (1atm) Pt elétrons voltímetro Cu(s) H + (aq) Oxidação Ânodo Pólo negativo H 2 (g) 2H + (aq) + 2e Cu 2+ (aq) Redução Cátodo Pólo positivo Cu 2+ (aq) + 2e Cu 0 (s) A 25ºC, teríamos: E 0 = E 0 cátodo E0 ânodo Experimentalmente, E 0 = 0,34V 0,34 = E 0 Cu zero E 0 Cu (redução) = +0,34V c) A área do eletrodo e a concentração de cobre no condutor metálico não afetam a medida do potencial. A concentração de íons Cu 2+ no condutor eletrolítico influirá na medida de acordo com a equação de Nernst. E = E 0 RT nf n 1 l 2+ [ Cu ] Quanto maior [Cu 2+ ], maior o valor obtido para o potencial E. Pela equação Nernst quanto maior a temperatura menor o potencial E. Questão 22 Deseja-se preparar 57 gramas de sulfato de alumínio [Al 2 (SO 4 ) 3 ] a partir de alumínio sólido (Al), praticamente puro, e ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). O ácido sulfúrico disponível é uma solução aquosa 96% (m/m), com massa específica de 1,84gcm 3. a) Qual a massa, em gramas, de alumínio necessária para preparar a quantidade de Al 2 (SO 4 ) 3 especificada? Mostre os cálculos realizados. b) Qual a massa, em gramas, de ácido sulfúrico necessária para preparar a quantidade de Al 2 (SO 4 ) 3 especificada? Mostre os cálculos realizados. c) Nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), qual é o volume, em litros, de gás formado durante a preparação da quantidade de Al 2 (SO 4 ) 3 especificada? Mostre os cálculos realizados. d) Caso a quantidade especificada de Al 2 (SO 4 ) 3 seja dissolvida em água acidulada, formando 1L de solução, qual a concentração de íons Al 3+ 2 e de íons SO 4 existentes nesta solução? 18

18 a) 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 2mol 3mol 1mol 2(27g) 342g x 57g x = 342 = 9g de alumínio b) 3H 2 SO 4 1Al 2 (SO 4 ) 3 3mol 1mol 3(98g) 342g x 57g x = 49g de H 2 SO 4 c) Considerando que o gás hidrogênio se comporte como um gás ideal nas CNTP: 1Al 2 SO 4 3H 2 1mol 3mol 342g 3(22,4L) 57g x x = 11,2L de H 2 d) Al 2 (SO 4 ) 3 2Al SO 2 4 1mol 2mol 3mol 342g 2mol 3mol 57g x y 1 3+ x = mol Al 3 Como o volume é 1L, temos 1 3 mol/l de Al 3+ e 0,5mol/L de SO 2 4 y = 0,5mol SO 2 4 Questão 23 Uma solução aquosa foi preparada em um balão volumétrico de capacidade igual a 1L, adicionando-se uma massa correspondente a 0,05mol de dihidrogenofosfato de potássio (KH 2 PO 4 ) sólido a 300mL de uma solução aquosa de hidróxido de potássio (KOH) 0,1molL 1 e completando-se o volume do balão com água destilada. Dado eventualmente necessário: pk a = logk a = 7,2, em que K a = constante de dissociação do H 2 PO 4 em água a 25ºC. a) Escreva a equação química referente à reação que ocorre no balão quando da adição do KH 2 PO 4 à solução de KOH. b) Determine o ph da solução aquosa preparada, mostrando os cálculos realizados. c) O que ocorre com o ph da solução preparada (Aumenta? Diminui? Não altera?) quando a 100mL desta solução for adicionado 1mL de solução aquosa de HCl 0,1molL 1? Justifique sua resposta. d) O que ocorre com o ph da solução preparada (Aumenta? Diminui? Não altera?) quando a 100mL desta solução for adicionado 1mL de solução aquosa de KOH 0,1molL 1? Justifique sua resposta. a) e b) 0,05mol KH 2 PO 4 (s) mL = 0,3L KOH 0,1mol L 1 0,1mol KOH 1L x 0,3L x = 0,03mol KOH KH 2 PO 4 + KOH K 2 HPO 4 + H 2 O 1mol 1mol 1mol 0,05mol 0,03mol 0,03mol excesso 0,02mol 19

19 Na solução temos 0,02mol KH 2 PO 4 = 0,02mol H 2 PO 4 0,03mol K 2 HPO 4 = 0,03mol HPO HPO ph = pka + log [ 2 4 ] [ HPO 2 4] 123 em 1,0L de solução 003 ph = 72, + log, 002, ph = 7,2 + log1,5 ph = 7,37 c) e d) O ph da solução não se altera de maneira significativa, pois a solução é tamponada (sistema tampão evita variações significativas de ph). Questão 24 Certa reação química exotérmica ocorre, em dada temperatura e pressão, em duas etapas representadas pela seguinte seqüência de equações químicas: A + B E + F + G E + F + G C + D Represente, em um único gráfico, como varia a energia potencial do sistema em transformação (ordenada) com a coordenada da reação (abscissa), mostrando claramente a variação de entalpia da reação, a energia de ativação envolvida em cada uma das etapas da reação e qual destas apresenta a menor energia de ativação. Neste mesmo gráfico, mostre como a energia potencial do sistema em transformação varia com a coordenada da reação, quando um catalisador é adicionado ao sistema reagente. Considere que somente a etapa mais lenta da reação é influenciada pela presença do catalisador. E 2 E 1 E 3 Energia potencial A + B H 0 E + F + G C + D C + D E 1 = energia de ativação da reação A + B E + F + G sem catálise. Coordenada de reação E 2 = energia de ativação da reação E + F + G C + D (admitida como etapa lenta) sem catálise. E 1 E 2 E 3 = energia de ativação da reação E + F + G C + D com catálise. E 3 E 2 A adição de catalisador não altera o H da reação. Questão 25 São preparadas duas misturas: uma de água e sabão e a outra de etanol e sabão. Um feixe de luz visível incidindo sobre essas duas misturas é visualizado somente através da mistura de água e sabão. Com base nestas informações, qual das duas misturas pode ser considerada uma solução? Por quê? 20

20 A mistura de água e sabão se constitui em um colóide. As micelas presentes no sistema são suficientemente grandes para refletir e dispersar a luz. Essa dispersão da luz é conhecida por efeito Tyndall. A mistura de álcool e sabão forma uma solução. Soluções não conseguem dispersar a luz. O gráfico ao lado mostra a variação, com o tempo, da velocidade de troca de calor durante uma reação química. Admita que 1mol de produto tenha se formado desde o início da reação até o tempo t = 11min. Utilizando as informações contidas no gráfico, determine, de forma aproximada, o valor das quantidades abaixo, mostrando os cálculos realizados. a) Quantidade, em mols, de produto formado até t = 4min. b) Quantidade de calor, em kj mol 1, liberada na reação até t = 11min. b) Questão 26 2,75 Velocidade de troca de calor (J/min) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Tempo (min) Velocidade de troca de calor (J/min) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Tempo (min) 6 2, 75 Área do triângulo = = 8,25J = 8, kj 2 Calor trocado durante a reação = 8, kj/mol a) Velocidade de troca de calor (J/min) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 1 1 Área do triângulo = = 0,5J = kj 2 1 mol 8, kj 123 x kj x = 0,061mol Tempo (min) Questão 27 Um dos sistemas propelentes usados em foguetes consiste de uma mistura de hidrazina (N 2 H 4 ) e peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ). Sabendo que o ponto triplo da hidrazina corresponde à temperatura de 2,0ºC e à pressão de 3,4mmHg, que o ponto crítico corresponde à temperatura de 380ºC e à pressão de 145atm e que na pressão de 1atm as temperaturas de fusão e de ebulição são iguais a 1,0 e 113,5ºC, respectivamente, pedem-se: a) Um esboço do diagrama de fases da hidrazina para o intervalo de pressão e temperatura considerados neste enunicado. b) A indicação, no diagrama esboçado no item a), de todos os pontos indicados no enunciado e das fases presentes em cada região do diagrama. c) A equação química completa e balanceada que descreve a reação de combustão entre hidrazina e peróxido de hidrogênio, quando estes são misturados numa temperatura de 25ºC e pressão de 1atm. Nesta equação, indique os estados físicos de cada substância. d) O cálculo da variação de entalpia da reação mencionada em c). Dados eventualmente necessários: variação de entalpia de formação ( Hº f ), na temperatura de 25ºC e pressão de 1atm, referente a: N 2 H 4 (g): H 0 f = 95,4kJmol 1. N 2 H 4 (l): H 0 f = 50,6kJmol 1. H 2 O 2 (l): H 0 f = 187,8kJmol 1. H 2 O(g): H 0 f = 241,8kJmol 1. 21

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