Química. Questão 2. Questão 1 ETAPA. Resposta. Resposta. DADOS Massas atômicas (u.m.a.) Dados termodinâmicos: Fe(s) Fe3C(s)

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1 Química DADOS Massas atômicas (u.m.a.) O C H Cd Ni Br Dads termdinâmics: Fe(s) Fe3C(s) CH 4(g) H(g) 0 ΔH f (kj. ml ) 0 5,0 74,80 0 ΔS 0 ( J. ml ) 7,30 04,6 86, 30,6 Ptencial de eletrd: Cd(OH) (s) Cd(s), E =0,8V Energia Livre de Gibbs: ΔG =nfe F = C ml R = 0,08 atm L ml K = = 8,34 J ml K ; lg = 0,30; ln = 0,69; ln 3 =,0. Questã Sejam as representações para cnfigurações eletrônicas d Cr (Z=4) abai. Identifique qual a cnfiguraçã crreta para estad fundamental e eplique pr que as demais estã erradas. a) b) c) d) e) A distribuiçã eletrônica d crm é: s s p 3s 3p 4s 3d que crrespnde à representaçã B. Tipicamente, elements químics cm distribuiçã eletrônica ns (n )d u ns (n )d esta- 4 9 bilizam-se, respectivamente, da seguinte frma: 5 0 ns (n )d e ns (n )d Iss descarta as distribuições D e E. As representações A e C nã seguem a Regra de Hund. Questã Uma mistura gassa de hidrgêni e um cmpst A está cntida em um recipiente de 0,0 L, sb pressã de 0,74 atm e temperatura de 7 C. Psterirmente, adicina-se a recipiente a quantidade estequimétrica de igêni para a cmbustã cmpleta da mistura, que gera 7,6 g de CO.Quandamistura de prduts é resfriada a 7 C, valr da pressã se reduz a,46 atm. A análise elementar revelu que A é frmad pr carbn e hidrgêni. Sabe-se, ainda, que cmpst A é gass a 5 C e atm. Cnsiderand que s gases se cmprtam idealmente, a) determine a fórmula mlecular de A e as pressões parciais de A e de hidrgêni nas cndições iniciais d prblema; b) sabend que A apresenta ismeria cis-trans, represente as pssíveis estruturas ds isômers. a) O cálcul d númer de mls da mistura inicial pde ser feit usand-se a epressã: pv 0,74 0 ni = = = 0,3 ml RT 0, Admitind-se que tda a água frmada esteja na frma gassa, tem-se que: pv,46 0 nf = = =,0 ml RT 0, n 7,6 g CO mlco = 0,4 CO = ml 44 g CO m. mlar nho = nf n = 0,6 ml CO A equaçã da cmbustã da mistura pde ser representada pr: achy + b H + c O d CO + e HO

2 IME química As relações estequimétricas dessa cmbustã sã: a + b = 0,3 d + e =,0 d = 0,4 = a ay + b e = 0,6 = Lg: 0,4 a = ; b = 0,3 a, = ay + (0,3 a) ay a = 0,6 0,4 y 0,4 =0,6 0,4y 0,8 = 0,6 y 3 = 4 Em que é um númer natural e par (, 4, 6...). Cm hidrcarbnet é gass a 5 C e atm, apenas s valres e 4 serviriam cm respsta. Assim send, se = e y = 5, a fórmula seria C H 5 (sluçã impssível). Já se = 4 e y = 8 a fórmula será C 4 H 8 (sluçã pssível). A equaçã de cmbustã será: C4H8 + H + 7O 4CO + 6HO Cm a relaçã mlar entre C 4 H 8 eh éde :, as pressões parciais serã: p 0,74 0,5 C4H8 = 3 atm p 0,74 0,5 0,49 H = atm b) A fórmula mlecular C 4 H 8 apresenta 5 isômers plans: -buten, metilprpen, -buten, metilciclprpan e ciclbutan. Desses, apenas -buten apresenta ismeria gemétrica. Na descarga da pilha, cádmi metálic é cnsumid. Uma pilha desse tip fi recarregada cmpletamente durante 485 s, cm crrente de A. Pede-se: a) a reaçã da semi-pilha NiOOH(s) Ni(OH) (s) e a reaçã glbal que crrem na descarga da pilha; b) a massa de NiOOH eistente na pilha quand a mesma está carregada. a) As semi-reações e a equaçã glbal sã: pól idaçã Cd(s) + OH(aq) Cd(OH) e ând (s) + pól reduçã NiOOH(s) + H O( ) + e cátd reduçã Ni(OH) cátd (s) + OH(aq) equaçã glbal descarga Cd(s) + NiOOH(s) + H O( ) recarga descarga Cd(OH) (s) + Ni(OH) (s) recarga b) Cálcul da massa de NiOOH: C mle ml NiOOH m = 4 85 s s C mle i cte. de eq. química Faraday 9 g NiOOH ml NiOOH m. mlar m = 9, g NiOOH Questã 4 Cmentári: a resluçã fi elabrada admitind-se que tda a água frmada na cmbustã permaneceu n estad gass. Questã 3 A pilha recarregável de níquel/cádmi, usada em diverss equipaments eletrônics prtáteis, cnstitui-se, basicamente, de um eletrd metálic de cádmi, um eletrd de i-hidróid de níquel (NiOOH) depsitad sbre um suprte de níquel e um eletrólit aqus de hidróid de ptássi, na frma de pasta. AreaçãdeumcmpstA (em ecess) cm gás brm sb luz ultravileta gera principalmente s cmpsts B e C. A reaçã de B e C cm KOH em sluçã alcólica gera D, qual reage cm HBr, na presença de peróids, frmand nvamente cmpst B. Este últim é uma substância rgânica acíclica e saturada, cuja análise elementar revela a presença apenasdeátmsdecarbn,hidrgêniebrm. Sabe-se que a pressã smótica de uma sluçã de 4, g de B em 80 ml de slvente a 7 C é igual a atm. Cm base nestes dads, determine as fórmulas estruturais ds cmpsts A, B, C e D.

3 IME química 3 Cálcul da massa mlar d cmpst B cm a epressã da pressã smótica: m R T π = M = m R T = M V π V 4, 0, = 0,8 M = 3 g/ml Cnsiderand que a massa mlar d Br crrespnde a um valr relativ elevad (80 g/ml), a fórmula geral d mnbrmet acíclic e saturad é: Cn Hn + Br Entã: Rn + (n + ) + 80 = 3 n = 3 C3H7Br As equações das reações rgânicas sã : Cnsiderand que reatr é mantid a 300 K durante a reaçã, que n instante inicial nã há cmpst C n reatr e utilizand s dads da tabela abai, determine a pressã ttal n reatr a términ da reaçã. Temp (min) n A (mles) n B (mles) P T (atm) 0 0,5 0,75 3,05 τ 0,5 y,59 A resluçã da questã leva em cnta s seguintes itens: ) Os ceficientes estequimétrics sã unitáris. ) Pela Lei de Henry, tems que a razã entre númer de mls disslvids d gás e númer de mls gasss é cnstante. Entã: Temp A (g) + B (g) C (g) + C (disslv.) 0 min 0,50 0, τ min 0,5 0,50 n C (g) t final 0 0,5 n C (g) n C (d) n C (d) Send n i númer de mls d gás inerte nã slúvel, pde-se escrever: t = 0 3,05 (6 ) = (0,50 + 0, n i ) RT ni 0,6ml t = τ,59 (6 ) = = (0,5 + 0,50 + n + 0,6) RT C(g) n 0, ml C(g) t final : a quantidade de C gass é igual a n = 0, = 0,44 ml. C(g) Cálcul da pressã final: p f (6 ) = (0 + 0,5 + 0,44 + 0,6) RT pf,3 atm Questã 6 Questã 5 A um reatr de 6 L de capacidade, cntend L de um líquid nã-vlátil e uma certa quantidade de um gás inerte nã-slúvel, sã adicinadsdisgasespurseinslúveisaeb,que reagem entre si segund a reaçã irreversível A(g) + B(g) C(g) O ácid rt-hidribenzóic, mais cnhecid cm ácid salicílic, é um cmpnente recmendad pr dermatlgistas e atua na pele ajudand as células a se renvarem mais rapidamente através da esfliaçã superficial, evitand assim que s prs fiquem bstruíds. Prpnha uma rta sintética para a btençã d ácid salicílic a partir d benzen.

4 IME química 4 ª etapa: btençã d fenl a partir d benzen: Questã 7 CH 3 Cnsidere a prpsta de um prcess para a btençã da cementita, esquematizada abai. + CH C 3 AC 3 alquilaçã + HC CH 3 COOH COOH + O (ar) + O (ar) C idaçã Cu OH + HO + CO Sabe-se que a energia livre de Gibbs mlar está relacinada diretamente cm a cnstante de equilíbri de uma reaçã química, cnfrme a seguinte equaçã termdinâmica: ΔGreaçã =RT lnkp Determine as frações mlares na fase gassa, na situaçã de equilíbri, e avalie se prcess é viável. fenl ª etapa: btençã d ácid salicílic a partir d fenl: Cmentári: além da rta de síntese descrita, que é industrial, eistem muitas utras pssíveis em escala labratrial. A equaçã química que representa equilíbri de frmaçã da cementita é: CH4(g) + 3 Fe(s) Fe3 C(s) + H(g) Determinaçã ds parâmetrs termdinâmics: ΔHr = ΔH ΔH fprd. freag. ΔH r = (5, + 0) ( 74,8 + 0) = 99,9 kj/ml ΔS = ΔSprd ΔSreag. ΔS = (04,6 + 30,6) (86, + 3 7,3) = = 97,7 J/ml K ΔG ΔHr TΔS = = 99, ,7 0 3 = =+70,79 kj/ml N equilíbri: ΔG ΔG =RT nkp nkp = RT 3 70,79 0 nkp = =8,57 8, Kp 4 0 Cálcul das frações mlares: (ph ) 3 Kp = 4 0 pch4 p = p X = X H H H p = p p = X CH4 H H ( ) H XH

5 IME química 5 Cm K p é muit pequen, pde-se adtar que XH. Lg: X H ,3 0 7 X = X = 6,3 0 CH4 H O prcess, nas cndições dadas, nã é espntâne ( Δ G > 0), e pequen valr d K p apnta que é inviável prduzir cementita desse md. Questã 8 Cnsidere 00 ml de uma sluçã tampã aqusa (ph = 4,70) que cntém, g de ácid benzóic (K a = 4, ). A fim de etrair ácid dessa sluçã, utiliza-se mesm vlume de um slvente rgânic imiscível em água. A mistura é agitada, deiada em repus e, após a separaçã de fases, atinge equilíbri (K e = 0,5): Na fase rgânica, ácid benzóic nã se disscia, mas sfre seguinte prcess de dimerizaçã parcial (K d = ): Calcule a cncentraçã final d ácid benzóic na fase aqusa após a etraçã descrita acima. O cálcul da cncentraçã inicial de ácid benzóic pde ser feit usand-se a seguinte epressã ph = pk lg [ácid] a [ânin] 5 em que pk a = lg K a =lg 4,5 0 4,35 4,7 4,35 lg = lg 0,35 0 0,35 0,45 0,69ml/ L Lg, [ácid] inicial 0,69 0,3 ml/ L Os equilíbris citads n tet pdem ser reunids da seguinte frma: C6H5 COOH(aq) C6H5 COOH(rg) Ke = 0,5 C6H5 COOH(rg) (C6H5 COOH) Kd = C H COOH 6 5 (aq) (C H COOH) 6 5 iníci: 0,3 reaçã: + equaçã: 0,3 [dímer] K = 0,5 [ácid] = (0,3 ) 0,5(0,096,4 + 4 ) = 4,4 + 0,096 = 4 3,4 + 0,096 = 0 K = Ke Kd = 0,5 Reslvend-se a equaçã, encntram-se dis valres pssíveis para : 0,03 e 0,78, send que segund é impssível para as cndições d prblema. Lg, assumind = 0,03, tem-se que: [ácid] = 0,3 0,03 = 0,5 ml/ L. Questã 9 Uma amstra de massa g de determinad element radiativ 00 zq (meia-vida 3,0 ans) decai, pr mei de uma emissã alfa, gerand element R (meia-vida 34,5 ans). Este, pr sua vez, emite uma partícula beta, dand rigem a element estável S. Sabe-se que as frações mlares ds elements Q e S sã funções d temp de decaiment, epressas, respectivamente, pr: Q = e k t s = k k k e t k k e kt nde k e k sã as cnstantes de velcidade da primeira e da segunda reaçã de decaiment, respectivamente. Sabendquemáimdeumafunçãdafrma f()= t e e, b<a<0, t>0 ébtidquan- at bt at bt d ae be = 0, determine a máima quantidade, em massa, que é atingida pel element R.

6 IME química 6 Cálcul da massa máima d element R: t Q + R + S = e + R + k + = k k e t k k e k t k t k = e + e t R k k t kt R = (e e ) k Mas k t/ = n. Lg, k n = e 3 n k =.,5 3 Cm > k < k. Admitind-se que = b e k = a, tem-se b < a < 0. Desse md, R = k (e t t e ) k k e at e bt at bt Cm ( Rmá.será ) btid quand ae be = = 0, tem-se que: k k e t t ( k )e = 0 t k k e = k e t k e ( k )t = (k k )t = n k t = n k k k Assim send, ( Rmá. ) = k k n k k n k k k e k e = k = k k k. k k k Cm k =,5, = 3 e k k k =. Entã: 3 ( Rmá. ) = 3(,5,5 ) = = 3 = = Send ( Rmá. ) = (n Rmá. ), lg nt 4 (n Rmá. ) 4 = (n ) 9 Rmá. = A partir da equaçã de decaiment 00 ZQ 4 α + Z 96 R, tem-se que: (n Rmá. ) = (m Rmá. ) 4 (m Rmá. ) = MR (m Rmá.= ) 3 75 g Questã 0 Determine as estruturas das substâncias identificadas pelas letras de A a J n esquema abai:

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