MASSAS MOLARES. Número Atômico. Elemento Químico

Transcrição

1 QUÍMICA CONSTANTES Constante de Avogadro = 6,02 x mol 1 Constante de Faraday (F) = 9,65 x 10 4 C mol 1 = = 9,65 x 10 4 A s mol 1 = 9,65 x 10 4 J V 1 mol 1 Volume molar de gás ideal = 22,4 L (CNTP) Carga elementar = 1,602 x C Constante dos gases (R) = = 8,21 x 10 2 atm L K 1 mol 1 = 8,31 J K 1 mol 1 = = 1,98 cal K 1 mol 1 = 62,4 mmhg L K 1 mol 1 Constante gravitacional (g) = 9,81 m s 2 DEFINIÇÕES Pressão de 1 atm = 760 mmhg = N m 2 = 760 Torr 1J = 1 Nm = 1 kg m 2 s 2 Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0 C e 760 mmhg. Condições ambientes: 25 C e 1 atm. Condições-padrão: 25 C, 1 atm, concentração das so lu - ções: 1 mol L 1 (rigorosamente: atividade unitária das es - pé cies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão. (s) = sólido. (l) = líqui do. (g) = gás. (aq) = aquoso. (CM) = cir cuito metá li co. (conc) = concentrado. (ua) = uni dades arbi trá rias. [A] = con cen tração da espécie química A em mol L 1. MASSAS MOLARES Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol 1 ) H 1 1,01 Li 3 6,94 C 6 12,01 N 7 14,01 O 8 16,00 F 9 19,00 Ne 10 20,18 Na 11 22,99 Mg 12 24,30 Al 13 26,98 Si 14 28,08 S 16 32,07 Cl 17 35,45 Ca 20 40,08

2 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol 1 ) Mn 25 54,94 Fe 26 55,85 Co 27 58,93 Cu 29 63,55 Zn 30 65,39 As 33 74,92 Br 35 79,90 Mo 42 95,94 Sb ,76 I ,90 Ba ,33 Pt ,08 Au ,97 Hg ,59 1 B A solução aquosa 6% em massa de água oxigenada (H 2 O 2 ) é geralmente empregada como agente bran - queador para tecidos e cabelos. Pode-se afirmar que a concentração aproximada dessa solução aquosa, expressa em volumes, é a) 24. b) 20. c) 12. d) 10. e) 6. Concentração expressa em volumes significa o volume de O 2 liberado em 1L de solução nas CNTP. Considerando densidade da solução 1g. ml 1, neste caso: 100g de solução = 100mL de solução Em 100g de solução, há 6g de H 2 O 2 e 94g de H 2 O. Cálculo da quantidade de matéria de oxigênio libera - do: H 2 O 2 H 2 O + ½O 2 34g 0,5mol 6g x x = 0,088mol Cálculo do volume de O 2 liberado nas CNTP: 1 mol 22,4L 0,088 mol x x = 1,97L 1970mL Concentração em volumes: = 19,7, aproximando temos mL volumes.

3 2 E Assinale a opção que apresenta o ácido mais forte, consi - derando que todos se encontram nas mesmas condições de concentração, temperatura e pressão. a) CH 3 COOH b) CH 3 CH 2 COOH c) (CH 3 ) 3 CCOOH d) ClCH 2 COOH e) Cl 3 CCOOH Cl O O composto Cl C α C é o ácido mais forte, OH Cl pois possui três átomos de cloro ligados ao carbono α. Os átomos de cloro tendem a atrair elétrons, au - mentando a força ácida. 3 D A 25 C, três frascos (I, II e III) contêm, respectivamente, soluções aquosas 0,10 mol L 1 em acetato de sódio, em cloreto de sódio e em nitrito de sódio. Assinale a opção que apresenta a ordem crescente CORRETA de valores de ph x (x = I, II e III) dessas soluções sabendo que as constantes de dissociação (K), a 25 C, dos ácidos clorídrico (HCl), nitroso (HNO 2 ) e acético (CH 3 COOH), apresentam a seguinte relação: K HCl > K HNO2 > K CH3 COOH a) ph I < ph II < ph III b) ph I < ph III < ph II c) ph II < ph I < ph III d) ph II < ph III < ph I e) ph III < ph II < ph I Com base no valor das constantes de ionização, podemos concluir que o ácido clorídrico (HCl), que é um ácido forte, está mais ionizado do que o nitroso (HNO 2 ), que é um ácido moderado, e do que o acético (CH 3 COOH), que é um ácido fraco. Com exceção do cloreto de sódio, que forma uma solução com caráter neutro (ph = 7), os sais nitrito de sódio e acetato de sódio, sofrem hidrólise salina, formando soluções básicas (ph > 7). Como o ácido acético é mais fraco que o nitroso, a solução do sal acetato de sódio é mais básica que a do nitrito de sódio. K K h = w K a Portanto: ph II < ph III < ph I // /

4 4 B A 25 C, as massas específicas do etanol e da água, ambos puros, são 0,8 g cm 3 e 1,0 g cm 3, respectivamente. Adicionando 72 g de água pura a 928 g de etanol puro, obteve-se uma solução com 1208 cm 3 de volume. Assinale a opção que expressa a concentração desta solução em graus Gay-Lussac ( GL). a) 98 b) 96 c) 94 d) 93 e) 72 Cálculo do volume de etanol: 0,8g 1 cm 3 928g V etanol V etanol = 1160cm 3 Por definição, GL é o volume de etanol puro (em cm 3 ) para 100 cm 3 de mistura. Neste caso: 1208 cm 3 100% 1160 cm 3 x x = 96% 96 GL

5 5 C Considere a energia liberada em I. combustão completa (estequiométrica) do octano e em II. célula de combustível de hidrogênio e oxigênio. Assinale a opção que apresenta a razão CORRETA entre a quantidade de energia liberada por átomo de hidrogênio na combustão do octano e na célula de combustível. Dados: Energias de ligação, em kj mol 1 : C C 347 H H 436 C H 413 H O 464 C = O 803 O = O 498 a) 0,280 b) 1,18 c) 2,35 d) 10,5 e) 21,0 A variação de entalpia de uma reação química depen - de apenas dos estados final e inicial e não do caminho da reação. Cálculo da variação de entalpia da reação de com - bustão do octano (C 8 H 18 ): 2C 8 H O 2 16CO H 2 O Ligações rompidas H C: kJ C C: kJ O= O: kJ kJ Ligações formadas C=O: kJ H O: kJ kJ ΔH = kJ kJ = kJ Cálculo da variação de entalpia da reação de hidro gê - nio e oxigênio na célula de combustível: 2H 2 + O 2 2H 2 O Ligações rompidas H H: kJ O= O: 498kJ 1 370kJ Ligações formadas H O: kJ 1 856kJ ΔH = kJ 1 856kJ ΔH = 486kJ Cálculo da energia liberada por átomo de H para a combustão completa do octano: kj E C8 H = = mol de H kj mol de H

6 Cálculo da energia liberada por átomo de H para a reação de hidrogênio e oxigênio na célula de com - bustível: 486 kj E H2 = = 121,5 4 mol de H Seja R a razão pedida: 284 R = = 2, ,5 Aproximando para 2,35. 6 C Em um experimento eletrolítico, uma corrente elétrica circula através de duas células durante 5 horas. Cada célula contém condutores eletrônicos de platina. A pri - meira célula contém solução aquosa de íons Au 3+ en - quanto que, na segunda célula, está presente uma solução aquosa de íons Cu 2+. Sabendo que 9,85 g de ouro puro foram depositados na primeira célula, assinale a opção que corresponde à massa de cobre, em gramas, depositada na segunda célula eletro lítica. a) 2,4 b) 3,6 c) 4,8 d) 6,0 e) 7,2 Como a corrente elétrica e o tempo são os mesmos nas duas células, então a carga elétrica é a mesma (mesma quantidade em mol de elétrons). Cálculo da quantidade em mol de elétrons (cuba com Au 3+ ): Au e Au 3mol 196,97g x 9,85g x = 0,15 mol de e kj mol de H Cálculo da massa de cobre formada: Cu e Cu 2mol 63,55g 0,15mol y y = 4,8 g de Cu

7 7 A A combustão de um composto X na presença de ar atmosférico ocorre com a formação de fuligem. Dos compostos abaixo, assinale a opção que contém o composto X que apresenta a maior tendência de combus - tão fuliginosa. a) C 6 H 6 b) C 2 H 5 OH c) CH 4 d) CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 e) CH 3 OH Apresenta maior tendência de combustão fuliginosa o composto com maior porcentagem de carbono. C 6 H 6 M = 78g/mol 78g 100% 72g de C x x = 92,3% de C C 2 H 5 OH M = 46g/mol 46g 100% 24g de C x x = 52,2% de C CH 4 M = 16g/mol 16g 100% 12g de C x x = 75,0% de C CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 M = 114g/mol 114g 100% 96g de C x x = 84,2% de C CH 3 OH M = 32g/mol 32g 100% 12g de C x x = 37,5% de C Portanto, o composto com maior porcentagem de carbono e com maior tendência de combustão fuliginosa é C 6 H 6. 8 B Nas condições ambientes, assinale a opção que contém apenas óxidos neutros. a) NO 2, CO e Al 2 O 3 b) N 2 O, NO e CO c) N 2 O, NO e NO 2 d) SiO 2, CO 2 e Al 2 O 3 e) SiO 2, CO 2 e CO São classificados como óxidos neutros N 2 O, NO e CO, que não reagem com água, ácido e base. NO 2, CO 2 e SiO 2 são óxidos ácidos, enquanto Al 2 O 3 é óxido anfótero.

8 9 B Assinale a opção que apresenta a fórmula molecular do polímero que pode conduzir corrente elétrica. a) [ CH 2 CH 2 ] n b) [ CH = CH ] n c) [ CF 2 CF 2 ] n d) [ CHCH 3 CH 2 ] n e) [ CHOH CH 2 ] n O polímero que pode conduzir corrente elétrica é aquele que apresenta estrutura com duplas ligações conjugadas: [ CH = CH ] n A deslocalização dos elétrons pi (π) possibilita a condução de corrente elétrica, após o processo de dopagem. 10 E São descritos abaixo dois experimentos, I e II, nos quais há sublimação completa de uma mesma quantidade de dióxido de carbono no estado sólido a 25 C: I. O processo é realizado em um recipiente herme - ticamente fechado, de paredes rígidas e indeformáveis. II. O processo é realizado em cilindro provido de um pistão, cuja massa é desprezível e se desloca sem atrito. A respeito da variação da energia interna do sistema (ΔU), calor (q) e trabalho (w), nos experimentos I e II, assinale a opção que contém a afirmação ERRADA. a) q I > 0 b) w II > w I c) ΔU I > ΔU II d) w II 0 e) ΔU II = q II Processo I: Sublimação do dióxido de carbono, pro - cesso endotérmico. Ocorre a volume constante, por - tanto, o trabalho é nulo. ΔU I = q I + w I ΔU I = q I q I > 0, processo endotérmico Processo II: sublimação do dióxido de carbono com a expansão do cilindro. q I = q II, pois é a mesma massa que se sublima na mesma temperatura. w II < 0, pois ocorre expansão. ΔU II = q II + w II, logo ΔU I > ΔU II A alternativa falsa é a e, pois ΔU II = q II + w II

9 11 E Assinale a opção CORRETA que apresenta o potencial de equilíbrio do eletrodo Al 3+ / Al, em volt, na escala do eletrodo de referência de cobre-sulfato de cobre, à temperatura de 25 C, calculado para uma concentração do íon alumínio de 10 3 mol L 1. Dados: Potenciais de eletrodo padrão do cobre-sulfato de cobre (E 0 CuSO 4 /Cu ) e do alumínio (E0 Al 3+ /Al), na escala do eletrodo de hidrogênio, nas condições-padrão: E 0 CuSO 4 /Cu = 0,310 V E 0 Al 3+ /Al = 1,67 V a) 1,23 b) 1,36 c) 1,42 d) 1,98 e) 2, 04 A variação de potencial (ΔE) não depende do eletrodo de referência; neste caso, temos: Cu 2+ + Al Al 3+ + Cu ΔE = E redcu E redal = E redcu E redal (eletrodo referência: hidrogênio) (eletrodo referência: CuSO 4 /Cu) zero E redcu + 0,310 ( 1,67) = E redal E redal = 1,98V Cálculo do potencial de redução do alumínio para a concentração de íon alumínio de 10 3 mol L 1. Equação de Nernst: E = E 0 0,059 n. log Q 0,059 1 E = 1,98. log (V) 3 E = 1,98 0,059 (V) E = 2,0391V E = 2,04V 10 3

10 12 A Em um experimento de laboratório, cloreto de alumínio, cloreto de zinco e carbonato de sódio são dissolvidos, individualmente, em três recipientes separados contendo água neutra aerada com ph = 7. Uma placa de ferro metálico é imersa em cada um dos recipientes, que são mantidos à temperatura de 25 C. Admitindo-se as condições experimentais apresentadas acima, são feitas as seguintes afirmações em relação à influência da hidrólise dos sais na velocidade de corrosão das placas metálicas: I. O cátion alumínio hidratado forma soluções aquosas que aceleram a corrosão do ferro. II. As soluções aquosas produzidas pela hidrólise do ânion carbonato inibem a corrosão do ferro. III. A corrosão do ferro é inibida pela solução aquosa formada no processo de hidrólise do cátion zinco hidratado. Das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) apenas a) I e II. b) I e III. c) II. d) II e III. e) III. A corrosão do ferro pode ser expressa pela equação: Fe 0 (s) Fe 2+ (aq) + 2e O íon H + (melhor oxidante que o Fe 2+ ) pode retirar elétrons do ferro (oxidação), provocando sua corrosão. Fe(s) + 2H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2 (g) Portanto: I. Verdadeira. A hidrólise do íon alumínio hidratado forma íon H + acelerando a corrosão do ferro. [Al (H 2 O) 6 ] 3+ (aq) [Al (H 2 O) 5 (OH)] 2+ (aq) + H + (aq) II. Verdadeira. O íon carbonato sofre hidrólise básica: CO 3 2 (aq) + H 2 O(l) HCO 3 (aq) + OH (aq) A presença de íons OH neutraliza os íons H + da solução, inibindo a corrosão do ferro. III. Falsa. A hidrólise do cátion zinco hidratado forma íon H + e acelera a corrosão do ferro. [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ (aq) [Zn (H 2 O) 5 (OH)] + (aq) + H + (aq)

11 13 A A reação catalisada do triacilglicerol com um álcool (metanol ou etanol) produz glicerol (1,2,3-propanotriol) e uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos de cadeia longa, mais conhecido como biodiesel. Essa reação de transesterificação envolve o equilíbrio representado pela seguinte equação química balanceada: em que: R, R, R = cadeias carbônicas dos ácidos graxos e R = grupo alquil do álcool reagente. A respeito da produção do biodiesel pelo processo de transesterificação, são feitas as seguintes afirmações: I. O hidróxido de sódio é dissolvido completamente e reage com o agente transesterificante para produzir água e o íon alcóxido. II. Na transesterificação catalisada por álcali, os reagentes empregados nesse processo devem ser substancialmente anidros para prevenir a formação de sabões. III. Na reação de produção do biodiesel pela rota etílica, com catalisador alcalino, o alcóxido formado inibe a reação de saponificação. Das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) apenas a) I e II. b) I e III. c) II. d) II e III. e) III I. Verdadeira: O hidróxido de sódio é dissolvido no álcool (agente transesterificante) para a formação do catalisador (íon alcóxido) e água. R OH + NaOH R O Na + + H 2 O álcool II. Verdadeira. A presença de água promoveria a hidró lise dos ésteres, levando à reação de sapo - nificação pelo ataque do íon hidróxido. III. Falsa: O que inibe a reação de saponificação é a ausência de água, pois esta promove a hidrólise alcalina dos ésteres.

12 14 A Um sistema em equilíbrio é composto por n 0 mol de um gás ideal a pressão P 0, volume V 0, temperatura T 0 e energia interna U 0. Partindo sempre deste sistema em equilíbrio, são realizados isoladamente os seguintes processos: I. Processo isobárico de T 0 até T 0 /2. II. Processo isobárico de V 0 até 2V 0. III. Processo isocórico de P 0 até P 0 /2. IV. Processo isocórico de T 0 até 2T 0. V. Processo isotérmico de P 0 até P 0 /2. VI. Processo isotérmico de V 0 até V 0 /2. Admitindo que uma nova condição de equilíbrio para esse sistema seja atingida em cada processo x (x = I, II, III, IV, V e VI), assinale a opção que contém a informação ERRADA. a) U V = U VI /2 b) U VI = U 0 c) P IV = P VI d) T II = 4T III e) V I = V V /4 Como o sistema não tem variação na quantidade de matéria, pode-se utilizar a relação: P 1 V 1 P 2 V 2 = T 1 T 2 I) P 0 V 0 P 0 V I 1 = V I = V 0. ; T 0 T 2 0 U 0 = 2U I 2 P 0 V 0 P 0. 2V 0 II) = T ; ; T 0 T II = 2T 0 U II = 2U 0 II U II U 0 = 2 P 0 V 0 P 0. V 0 T III) = T 0 III = ; U ; T 0 2(T III ) 2 III = 2 U 0 U 0 = 2U III P 0 V 0 P IV. V 0 IV) = P ; ; T 0 (2T 0 ) IV = 2P 0 T IV = 2T 0 U IV U 0 = 2

13 P 0 V 0 P 0. V V V) = V ; ; T 0 2. (T 0 ) V = 2. V 0 T V = T 0 U 0 = U V P 0 V 0 P VI. V 0 VI) = P ; ; (T 0 ) (T 0 ) 2 VI = 2. P 0 T VI = T 0 U 0 = U VI Considerando que a energia interna (U), em um sistema com gás ideal, só depende da temperatura (T), a alternativa errada afirma que a energia interna dos sistemas V e VI são diferentes. Porém, se a trans - formação é isótermica, U V = U VI. 15 D Quando aquecido ao ar, 1,65 g de um determinado elemento X forma 2,29 g de um óxido de fórmula X 3 O 4. Das alternativas abaixo, assinale a opção que identifica o elemento X. a) Antimônio b) Arsênio c) Ouro d) Manganês e) Molibdênio Massa de oxigênio = 2,29g 1,65g = 0,64g Massa atômica de X: 1,65g de X 0,64g de O 3M X 4 x 16g de O M X = 55u Na tabela encontramos as massas atômicas: Sb: 121,76u As: 74,92u Au: 196,97u Mn: 54,94u Mo: 95,94u É o manganês

14 16 D Assinale a opção que apresenta a ordem crescente ERRADA de solubilidade em água das substâncias abaixo, nas condições ambientes. a) C 5 H 12 < C 5 H 11 Cl < C 5 H 11 OH b) C 5 H 11 OH < C 4 H 9 OH < C 3 H 7 OH c) CH 4 < C 2 H 6 < C 2 H 4 O d) CCl 2 F 2 < CClF 3 < CF 4 e) N 2 < O 2 < NO Quanto maior a polaridade do composto, maior a sua solubilidade em água. A opção que apresenta a ordem crescente ERRA - DA de solubilidade em água das substâncias, nas condições ambientes, é: CCl 2 F 2 < CClF 3 < CF 4 A ordem correta é: CF 4 < CCl 2 F 2 < CCl F 3 O CF 4 é apolar e CCl F 3 é a molécula mais polar, portanto é a mais solúvel em água.

15 17 D Considere as seguintes afirmações: I. Um coloide é formado por uma fase dispersa e outra dispersante, ambas no estado gasoso. II. As ligações químicas em cerâmicas podem ser do tipo covalente ou iônica. III. Cristal líquido apresenta uma ou mais fases organizadas acima do ponto de fusão do sólido correspondente. Então, das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas II. d) apenas II e III. e) apenas III. I) Falsa. Um coloide é formado por uma fase dispersa e outra dispersante. Exemplos: disperso sólido + dispersante gasoso fumaça disperso líquido + dispersante gasoso neblina disperso líquido + dispersante líquido maionese Se ambos forem gases, a mistura é homogênea e trata-se de uma solução e não de um coloide. II) Verdadeira. Cerâmicas são formadas a partir do tratamento térmico de sólidos, podendo ser: Compostos iônicos: ex.: alumina (Al 2 O 3 ); Compostos moleculares: ex: carbetos (Si 3 C 4, TiC etc.). III) Verdadeira. Cristais líquidos são substâncias, numa certa faixa de temperatura imediatamente acima dos seus pontos de fusão, que exibem propriedades de líquido (movimento, escoamento) e sólido (elevada orde nação, rigidez), simultaneamente.

16 18 C Assinale a opção que apresenta a relação ERRADA a respeito do comprimento de ligação (R) entre pares de moléculas (neutras, cátions ou ânions), todas no estado gasoso. a) R CO em CO < R CO em CO 2 b) R NO em NO + < R NO em NO c) R NO em NO 2 < R NO em NO 2 + d) R NN em N 2 F 2 < R NN em N 2 F 4 2 e) R SO em SO 3 < R SO em SO 3 a) Correta. R CO < R CO2 CO π C σ O π CO 2 π σ O=C=O σ π O comprimento da ligação no CO é menor. A ligação π diminui o comprimento da ligação. b) Correta. R NO + < R NO NO + [N O] + NO [N O] Devido à deficiência de elétrons no NO +, o com - primento de ligação fica mais curto. c) Errada. R NO2 > R NO2 + NO 2 NO 2 + O N O + O N O [O N = O] [O N = O] + Devido à deficiência de elétrons no NO 2 +, o com - primento de ligação fica mais curto. d) Correta. R N2 F 2 < R N2 F 4 N 2 F 2 N 2 F 4 F F F N = N F N N F A ligação dupla é mais curta que a ligação simples. F

17 d) Correta. R SO3 2 > R SO3 SO 3 Estrutura ressonante O O O S S S O O O O O O SO 3 2 Ligação simples O S O O 2 Na estrutura ressonante, o comprimento da liga - ção está entre o comprimento de uma ligação simples e o comprimento de uma ligação dupla.

18 19 D A figura mostra o perfil reacional da decomposição de um composto X por dois caminhos reacionais diferentes, I e II. Baseado nas informações apresentadas nessa figura, assinale a opção ERRADA. a) O caminho reacional II envolve duas etapas. b) A quantidade de energia liberada pelo caminho reacional I é igual à do caminho reacional II. c) O composto K é um intermediário no processo reacional pelo caminho II. d) O caminho reacional I mostra que a decomposição de X é de primeira ordem. e) O caminho reacional II refere-se à reação catalisada. O gráfico mostra dois caminhos para a decomposição do composto X: Caminho reacional I: apresenta-se em uma única etapa: 2X 2T + Z Trata-se de uma decomposição de segunda ordem: v = k [X] 2 Caminho reacional II: apresenta-se em duas etapas: 1 ạ etapa: X + 2Y + 2W 2T + K (rápida) (menor energia de ativação) 2 ạ etapa: X + K 2Y + 2W + Z (lenta) Os compostos Y e W atuam como catalisadores, pois participam do processo mas não são consumidos e o composto K é intermediário, pois é produzido na 1 ạ etapa e consumido na 2 ạ etapa. A variação de entalpia (ΔH) nos dois processos é a mesma, pois só depende das entalpias inicial e final.

19 20 E Considere dois cilindros idênticos (C1 e C2), de paredes rígidas e indeformáveis, inicialmente evacuados. Os cilindros C1 e C2 são preenchidos, respectivamente, com O 2 (g) e Ne(g) até atingirem a pressão de 0,5 atm e temperatura de 50 C. Supondo comportamento ideal dos gases, são feitas as seguintes afirmações: I. O cilindro C1 contém maior quantidade de matéria que o cilindro C2. II. A velocidade média das moléculas no cilindro C1 é maior que no cilindro C2. III. A densidade do gás no cilindro C1 é maior que a densidade do gás no cilindro C2. IV. A distribuição de velocidades das moléculas contidas no cilindro C1 é maior que a das contidas no cilindro C2. Assinale a opção que apresenta a(s) afirmação(ões) CORRETA(S). a) Apenas I e III. b) Apenas I e IV. c) Apenas II. d) Apenas II e IV. e) Apenas III. Aplicando a equação dos gases ideais, temos: Cilindro I: P V = n O2 R T Cilindro II: P V = n Ne R T Assim, como P, T e V são constantes, obteremos a relação: P V n O2 R T = n P V n Ne R T O2 = n Ne Portanto, a quantidade de matéria, em mols, é a mesma nos dois cilindros. P M A densidade dos gases é dada pela equação: d = R T Sendo M a massa molar do gás, concluímos que a densidade do gás oxigênio contido no cilindro I é maior, pois apresenta maior massa molar que o Ne. Dois gases, na mesma temperatura, apresentam a mesma energia cinética média. Quanto maior a massa molar, menor a velocidade média das moléculas. A distribuição de velocidades das moléculas contidas no cilindro C 1 é menor que a das contidas no cilindro C 2. As moléculas pesadas viajam com velocidade perto do seu valor médio. As moléculas leve apresentam um intervalo mais largo de velocidades.

20 A única afirmação correta é a III. AS QUESTÕES DISSERTATIVAS, NUMERADAS DE 21 A 30, DEVEM SER RESPONDIDAS NO CADERNO DE SOLUÇÕES. AS QUESTÕES NUMÉRICAS DEVEM SER DE - SEN VOLVIDAS ATÉ O FINAL, COM APRE SEN - TAÇÃO DO VALOR ABSOLUTO DO RESULTADO. 21 A velocidade de uma reação química é dada pela seguinte βc equação: v = ; em que β e α são constantes e C, 1 + αc a concentração do reagente. Calcule o valor do produto αc quando a velocidade da reação atinge 90% do seu valor limite, o que ocorre quando αc >> 1. No valor limite de velocidade, αc >> 1, podendo-se dizer que 1 + αc = αc A velocidade no valor limite pode ser expressa por: βc v = 1 + αc βc = = αc β α Quando a velocidade atinge 90% do valor limite: β v = 0,9 α Escrevendo a expressão da velocidade fornecida: v = βc 1 + αc Substituindo, teremos: β 0,9 = α βc 1 + αc 0,9 (1 + αc) = αc 0,9 + 0,9αC = αc 0,1αC = 0,9 αc = 9 0,9 α = C 1 + αc

21 22 Determine a constante de equilíbrio, a 25 C e 1,0 atm, da reação representada pela seguinte equação química: 2MnO 4 (aq) + 3Mn2+ (aq) + 2H 2 O (l) 5MnO 2 (s) + 4H + (aq) São dadas as semiequações químicas e seus respectivos potenciais elétricos na escala do eletrodo de hidrogênio, nas condições-padrão: 2MnO 4 (aq) + 8H+ (aq) + 6e 2MnO 2 (s) + 4H 2 O (l) ; E 0 MnO 4 /MnO = 1,70V 2 3MnO 2 (s) + 12H + (aq) + 6e 3Mn 2+ (s) + 6H 2 O (l) ; E 0 2+ MnO 2 /Mn = 1,23V Cálculo da diferença de potencial: 2MnO 4 (aq) + 8H+ (aq) + 6e 2MnO 2 (s) + 4H 2 O(l) E = + 1,70V 3Mn 2+ (aq) + 6H 2 O(l) 2H 2 O(l) 3MnO 2 (s) + 12H + (aq) + 6e E = 1,23V 4H + (aq) 2MnO 4 (aq) + 3Mn2+ (aq) + 2H 2 O (l) 5MnO 2 (s) + 4H + (aq) ΔE = + 0,47V No equilíbrio, ΔE é nulo. Usando a Equação de Nernst: ΔE = ΔE 0 0,059 n. log Q 0,059 0 = + 0,47 6. log K 0, log K = 0,47 log K = 0, ,059 log K = 47,8 K = 10 47,8

22 23 Para cada conjunto de substâncias, escolha aquela que apresenta a propriedade indicada em cada caso. Justifique sua resposta. a) Entre acetona, ácido acético e ácido benzoico, qual deve apresentar a maior entalpia de vaporização? b) Entre hidrogênio, metano e monóxido de carbono, qual deve apresentar o menor ponto de congelamento? c) Entre flúor, cloro e bromo, qual deve apresentar maior ponto de ebulição? d) Entre acetona, água e etanol, qual deve apresentar menor pressão de vapor nas condições ambientes? e) Entre éter, etanol e etilenoglicol, qual deve apresentar maior viscosidade nas condições ambientes? a) O ácido benzoico deve apresentar a maior entalpia de vaporização, pois estabelece ligações de hidrogênio e apresenta a maior cadeia. b) O hidrogênio apresenta o menor ponto de congelamento, pois é apolar e apresenta a menor massa molar. c) O flúor, o cloro e o bromo são apolares; sendo assim, o bromo (Br 2 ) possui o maior ponto de ebulição, pois possui a maior massa molar. d) A água apresenta a menor pressão de vapor, pois estabelece mais ligações de hidrogênio entre suas moléculas que o etanol. e) O etilenoglicol apresenta maior viscosidade nas condições ambientes, pois possui o maior número de ligações de hidrogênio.

23 24 A reação química hipotética representada pela seguinte equação: 2AB 2 C k 2AB 2 + C 2 foi acompanhada experimentalmente, medindo-se as concentrações das espécies [AB 2 C], [AB 2 ] e [C 2 ] em função do tempo. A partir destas informações experimentais, foram determi - nadas a constante de velocidade (k) e a lei de velocidade da reação. Com base nessa lei de velocidade, o mecanismo abaixo foi proposto e aceito: Mecanismo: k AB 2 C 1 AB 2 + C lenta k AB 2 C + C 2 AB 2 + C 2 rápida Explique como foi possível determinar a constante de velocidade (k). A velocidade da reação é dada pela etapa lenta do mecanismo: AB 2 C AB 2 + C Trata-se de uma reação de primeira ordem: v = k [AB 2 C] 1 A equação de velocidade, integrada em função do tempo, pode ser expressa por: [AB ln 2 C] t = kt [AB 2 C] 0 Em que [AB 2 C] 0 é a concentração no instante t = 0, e [AB 2 C] t é a concentração no instante t. O gráfico pode ser representado da seguinte maneira: A constante k pode ser determinada pelo coeficiente angular da reta. ln [AB k = 2 C] t

24 25 Em um frasco de vidro, uma certa quantidade de Ba(OH) 2.8H 2 O(s) é adicionada a uma quantidade, em excesso, de NH 4 NO 3 (s), ambos pulverizados. Quando os dois reagentes são misturados, observa-se a ocorrência de uma reação química. Imediatamente após a reação, o frasco é colocado sobre um bloco de madeira umedecido, permanecendo aderido a ele por um certo período de tempo. Escreva a equação química balanceada que representa a reação observada. Explique por que o frasco ficou aderido ao bloco de madeira, sabendo que o processo de dissolução em água do NH 4 NO 3 (s) é endotérmico. Equação química da reação: Ba(OH) 2. 8H 2 O(s) + NH 4 NO 3 (s) Ba(NO 3 ) 2 (aq) + 2NH 3 (g) + 10H 2 O(l) O NH 4 NO 3 se dissolve na água formada absorvendo calor da vizinhança, esfriando o frasco. Ao colocá-lo sobre o bloco de madeira umedecido, a água congela e prende o frasco.

25 26 Escreva as fórmulas estruturais das substâncias A, B, C, D, E e F apresentadas nas seguintes equações químicas: CH 3 CH 2 CH 2 Br + CN A + B A + H 2 O H+ C + D LiAlH A 4 E Temos as reações: CH A 3 MgBr F

26 27 O dióxido de carbono representa, em média, 0,037% da composição volumétrica do ar seco atmosférico, nas condições ambientes. Esse gás, dissolvido em água, sofre um processo de hidratação para formar um ácido diprótico, que se ioniza parcialmente no líquido. Admitindo-se que água pura seja exposta a CO 2 (g) atmosférico, nas condições ambientes, e sabendo que o equilíbrio entre as fases gasosa e líquida desse gás é descrito pela lei de Henry, calcule: a) a solubilidade do CO 2 (aq), expressa em mg L 1, nas condições especificadas acima, sabendo que a constante da lei de Henry para CO 2 gasoso dissolvido em água a 25 C é 3,4 x 10 2 mol L 1 atm 1. b) a concentração molar do ânion bicarbonato, expressa em mol L 1, sabendo que a constante de dissociação ácida para o primeiro equilíbrio de ionização do ácido diprótico a 25 C é 4,4 x a) Cálculo da pressão parcial do CO 2 : 0,037 P CO2 = X CO2. P =. 1 atm = 3, atm 100 Cálculo da concentração de CO 2 (aq): K H = [CO 2 (aq)] P CO2 3, = [CO 2 (aq)] 3, [CO 2 (aq)] = 1, mol. L 1 [CO 2 (aq)] = 1, mol. L 1 Cálculo da solubilidade do CO 2 (aq) em mgl 1 : 1 mol de CO mg 1, mol de CO 2 x x = 0,572mg solubilidade = 0,6 mg. L 1 b) CO 2 (aq) + H 2 O(l) H + (aq) + HCO 3 (aq) 1, mol/l x x [H + ] [HCO K = 3 ] = 4, [CO 2 ] x 2 1, = 4, x 2 = 5, x = 2, mol/l [HCO 3 ] = 2, mol/l

27 28 Em um processo hidrometalúrgico, conduzido nas condi - ções ambientes, o mineral calcopirita (CuFeS 2 ) é lixiviado em solução aquosa de sulfato férrico. Durante o processo, o sulfato férrico é regenerado a partir da adição de ácido sulfúrico e oxigênio gasoso a essa solução aquosa. Sabendo que a calcopirita é um semicondutor que sofre corrosão eletroquímica em meios aquosos oxidantes e, admitindo-se que esse mineral, empregado no processo de lixiviação, é quimicamente puro, escreva as equações químicas balanceadas das reações que representam: a) a etapa de lixiviação de CuFeS 2 (s) com sulfato férrico aquoso. b) a etapa de regeneração da quantidade exata de matéria total do sulfato férrico consumido no processo de lixiviação da etapa a, com adição de solução aquosa diluída de ácido sulfúrico e injeção de gás oxigênio. c) a reação global do processo de lixiviação da calco - pirita, considerando-se as etapas a e b acima. a) A equação química que representa a lixiviação com sulfato férrico aquoso é a que se segue (o sulfato férrico é um sal solúvel, portanto, será escrito apenas o íon Fe 3+ ): CuFeS 2 (s) + 4Fe 3+ (aq) Cu 2+ (aq) + 5 Fe 2+ (aq) + 2S(s) b) A equação que representa a regeneração do íon férrico (oxidação do íon ferroso a férrico) é: 4H + (aq) + O 2 (aq) + 4Fe 2+ (aq) 4Fe 3+ (aq) + 2H 2 O (l) c) Equação global (soma das etapas a e b): CuFeS 2 (s) + 4H + (aq) + O 2 (aq) Cu 2+ (aq) + Fe 2+ (aq) + 2H 2 O(l) + 2S(s)

28 29 O produto de solubilidade em água, a 25 C, do sal hipo - tético M(IO 3 ) 2 é 7,2 x Calcule a solubilidade molar desse sal em uma solução aquosa 2,0 x 10 2 mol L 1 de M(NO 3 ) 2. A expressão do produto de solubilidade do sal M(IO 3 ) 2 é: M(IO 3 ) 2 (s) M 2+ (aq) + 2IO 3 (aq) K PS = [M 2+ ]. [IO 3 ] 2 Numa solução 2, mol L 1 de M(NO 3 ) 2, temos: M(NO 3 ) 2 M NO 3 1 mol 1 mol 2, mol L 1 n n = 2, mol L 1 de íons M 2+ Ao se adicionar M(IO 3 ) 2 numa solução 2, mol L 1 de M(NO 3 ) 2, teremos: M(IO 3 ) 2 (s) M 2+ (aq) + 2 IO 3 (aq) início 2, solubiliza-se x 2x equilíbrio 2, x 2x Como o valor de K PS é pequeno, a concentração de íons M 2+ na solução é praticamente 2, mol. L 1 K PS = [M 2+ ]. [IO 3 ] 2 7, = (2, ). (2x) 2 7, = 2, x 2 x 2 = 9, x = 3, mol L 1 A solubilidade do sal vale 3, mol L 1

29 30 Estima-se que a exposição a 16 mg m 3 de vapor de mercúrio por um período de 10 min seja letal para um ser humano. Um termômetro de mercúrio foi quebrado e todo o seu conteúdo foi espalhado em uma sala fechada de 10m de largura, 10m de profundidade e 3m de altura, mantida a 25 C. Calcule a concentração de vapor de mercúrio na sala após o estabelecimento do equilíbrio Hg (l) Hg (g), sabendo que a pressão de vapor do mercúrio a 25 C é 3 x 10 6 atm, e verifique se a concentração de vapor do mercúrio na sala será letal para um ser humano que permaneça em seu interior por 10 min. Admitindo que o mercúrio se volatilize na sala atingindo o equilíbrio, a pressão de vapor do mercúrio será atm. Aplicando a equação de estado, temos: PV = n R T n P = R T V P = [Hg] R T P [Hg] = RT [Hg] = 3 x 10 6 atm 8, atm L. K 1. mol K [Hg] = 1, mol. L 1 Cálculo da concentração de mercúrio na sala em mg m 3 : 1 mol de Hg 200, mg 1, mol de Hg. L 1 x x = 2, mg. L 1 1L 2, mg 10 3 L (m 3 ) y y = 24,6 mg [Hg] = 24,6 mg/m 3 Essa concentração será letal para um ser humano.