EXAME DE CAPACIDADE IQ/USP 1 o SEMESTRE / 2008 PROVA DE CONHECIMENTOS GERAIS EM QUÍMICA. Nome do Candidato: CADERNO DE QUESTÕES

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Vagner Figueiroa Duarte
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1 Uso SPG EXAME DE CAPACIDADE IQ/USP 1 o SEMESTRE / 2008 PROVA DE CONHECIMENTOS GERAIS EM QUÍMICA Nome do Candidato: CADERNO DE QUESTÕES Instruções: Escreva seu nome em letra de forma Das 10 (dez) questões constantes neste caderno, o(a) candidato(a) deve responder obrigatoriamente as questões de números 1 a 4. Além disso, deve responder outras quatro (4) questões de sua livre escolha entre as de números 5 a 10 A nota final será dada pela média aritmética das notas de oito questões É expressamente proibido fazer qualquer anotação e/ou marca que permita sua identificação nas demais folhas desta prova Resolva cada questão na folha correspondente à mesma no caderno de respostas (não será considerada nenhuma resposta assinalada no caderno de questões) O desempenho nesta prova será utilizado para ingresso no programa de Pósgraduação e na classificação dos candidatos à bolsa da instituição

2 QUESTÕES OBRIGATÓRIAS 1 a 4 Questão 1 a) Qual a geometria das moléculas de metano (CH 4 ), amônia (NH 3 ) e água (H 2 O)? b) Por que as ligações no metano fazem ângulos de 109,5º, na amônia 107º e na água 105º? c) O ponto de ebulição normal da água é 100ºC, da amônia é 33,3ºC e do metano é 161,5ºC. Explique estas diferenças. d) Quantos mols de amônia devem ser adicionados a 1 L de água que contém 7,16 g de AgCl em suspensão para dissolver todo o sólido? (Dados: K ps AgCl= 1,8 x 10 10, K f [Ag(NH 3 ) 2 ] + = 1,6 x 10 7, M(AgCl) = 143,3 g mol 1 ). Questão 2 a) Explique com base em equilíbrios químicos o que é uma solução tampão. b) Determine o ph de uma solução tampão 0,1 mol L 1 de CH 3 COOH/CH 3 COONa. Demonstre, por meio de cálculos, se esta solução tem a sua ação tamponante preservada com a adição de 0,1 mol L 1 de HCl. c) Qual o valor do ph da solução tampão 0,1 mol L 1 de CH 3 COOH/CH 3 COONa se ela for diluída 10 vezes? Dados:K (CH 3 COOH) = 1,8x10 5 Questão 3 a) Coloque os seguintes compostos em ordem crescente de acidez: fenol, ciclohexanol e ácido benzóico. Explique. b) Explique as diferenças de acidez dos prótons ae da cisteína. (b) (a) H 2 C NH 2 HS H (c) CO 2 H (e) (d) c) Que diferenças em termos mecanísticos existem entre a reação de brometo de metila e os seguintes sais: CH 3 S Na +, (CH 3 ) 3 CO Na + e CH 3 O Na +?

3 Questão 4 A Lei de Henry descreve que a solubilidade de um gás é diretamente proporcional à sua pressão parcial. Com base nesta informação e no gráfico abaixo referente a sistemas aquosos, responda os itens a seguir, apresentando as justificativas. a) Qual dos três gases (hélio, nitrogênio ou oxigênio) possui a maior constante de Henry? b) Explique, sob o ponto de vista de interações intra e intermoleculares, a ordem de solubilidade destes três gases. c) Baseado em sua resposta anterior, discuta como a força iônica e a temperatura influem na solubilidade destes gases em água. d) Sabendo que a constante de Henry para oxigênio é igual a 1,3x10 3 mol L 1 atm 1 em pressão e temperatura ambientes, qual é a concentração de oxigênio dissolvido em água nestas condições?

4 QUESTÕES 5 a 10 Responda quatro das seis questões a seguir Questão 5 Os gráficos I e II abaixo referemse à variação do potencial químico em função da temperatura para duas substâncias, designadas por A e B, que apresentam volumes molares distintos em cada fase: Substância A: Substância B: V m (sólida) < V m (fase líquida); V m (sólida) > V m (fase líquida). Sabendose que: μ p T = V m μ, = S m T P onde: V m = volume molar; S m entropia molar; T = temperatura; P = pressão; μ = potencial químico pedese: a) associar as substâncias A e B aos gráficos correspondentes. Justifique sua resposta. b) indicar a constante física que pode ser determinada a partir dos gráficos. Justifique sua resposta. c) analisar o que ocorre com a constante física em questão em função da variação da pressão, em cada caso. Justifique sua resposta. μ μ alta pressão baixa pressão Τ Τ Gráfico I Gráfico II

Questão 6 Considere os diagramas de distribuição das espécies em função do ph para os ácidos fumárico (transhoocch:chcooh) e maleico (cishoocch:chcooh).

5 Questão 6 Considere os diagramas de distribuição das espécies em função do ph para os ácidos fumárico (transhoocch:chcooh) e maleico (cishoocch:chcooh). ácido maleico ácido fumárico a) Complete a tabela com os valores aproximados das constantes de dissociação. ácido K 1 K 2 fumárico maleico b) Qual dos ácidos seria mais adequado para preparar uma solução tampão em ph 4,5? Justifique. c) Calcule a massa de NaOH (40 g mol 1 ) necessária para preparar 250 ml de uma solução tampão 0,500 mol L 1 em ph 4,5 a partir do ácido fraco. Questão 7 3metilcicloexeno foi titulado coulometricamente a corrente constante. A amostra consistia de 50 ml de etanol contendo 2,5x10 4 mol L 1 da olefina e 0,05 mol L 1 de NaBr. Sabendose que 1 mol de elétrons 10 5 C e que o potencial de redução do bromo é 1,087 V, perguntase: a) Quantos coulombs foram necessários para titulação? b) Sugira um arranjo experimental indicando uma maneira de visualização do ponto final. c) Mostre as reações envolvidas em solução e nos eletrodos. d) Descreva sucintamente o mecanismo da reação de consumo do 3 metilcicloexeno e a estereoquímica do produto.

6 Questão 8 A decomposição térmica de carbonatos metálicos pode ser representada pela equação: MCO 3 (s) MO(s) + CO 2 (g) Equação 1 a) De acordo com os dados abaixo, explique as tendências observadas nas temperaturas de decomposição dos carbonatos de metais alcalinoterrosos selecionados. M Energia reticular do óxido (kj mol 1 ) Temperatura de decomposição do carbonato ( o C) Mg Ca Sr Dados: Mg: Z = 12; Ca: Z = 20; Sr: Z = 38. b) Tanto os carbonatos quanto os óxidos mencionados acima são sólidos brancos. Proponha um método químico que permita determinar se a reação descrita pela Equação 1 ocorreu completamente. c) Na figura abaixo, cada curva representa a energia livre de formação de carbonatos em função da temperatura, a partir da reação entre os respectivos óxidos e CO 2. Com base nos dados da figura, explique quais carbonatos (1 4) não se decompõem dentro da faixa de temperaturas apresentada no gráfico Δ r G 0 (kj.mol 1 ) ,5 T t T t Temperatura ( o C)

7 Questão 9 A reação de 2metil1buteno e ácido bromídrico (em ácido acético com 2% de água) segue uma cinética de pseudoprimeira ordem quando o alceno está em grande excesso. Os dados experimentais de constantes de velocidade de pseudoprimeira ordem, a 25 o C, estão na tabela a seguir: [HBr] inicial mmol L 1 [alceno] inicial mol L 1 k obs 10 2 s 1 3,3 0,368 1,00 4,0 0,368 1,02 4,4 0,368 1,04 4,4 0,184 0,504 4,4 0,082 0,273 2,0 0,0736 0,214 2,0 0,184 0,533 2,0 0,0736 0,214 Pedese: a) Qual é a ordem global da reação? Qual a ordem em cada um dos reagentes? Qual é a constante de velocidade da reação? Explique como chegou nos números, incluindo quaisquer aproximações utilizadas. b) Proponha um mecanismo para a reação, indicando qual é a etapa lenta. Escrevao detalhadamente. Questão 10 Substâncias orgânicas dissolvidas em água, de fórmula geral {CH 2 O}, consomem O 2 dissolvido através da reação de oxidação: {CH 2 O} + O 2 CO 2 + H 2 O. Esse processo tem importância ambiental, dado que a oxidação de matéria orgânica remove oxigênio necessário para a manutenção de processos biológicos no meio aquático. Portanto, a Demanda Química de Oxigênio (DQO) é um parâmetro importante da qualidade das águas. A DQO mede a concentração de substâncias que podem ser oxidadas por um oxidante químico (no caso, dicromato de potássio em meio ácido), de acordo com a seguinte equação simplificada: 3{CH 2 O} + 16H 3 O + + 2Cr 2 O 7 2 4Cr CO H 2 O

8 Continuação da questão 10 Coletouse uma amostra de 100,0 ml de efluente de uma indústria papeleira para a determinação de DQO, tendo sido consumidos 5, mol de dicromato na oxidação química. a) Qual é a concentração de substâncias orgânicas na amostra? b) Qual a concentração de O 2 (em mg L 1 ) necessária para oxidar completamente as substâncias orgânicas presentes? c) Um método tradicional para determinar a DQO de uma amostra envolve a medida espectrofotométrica da formação de Cr 3+ em λ = 600 nm após o término da oxidação. De acordo com os dados abaixo, quantos mols de dicromato teriam sido necessários para oxidar uma amostra cuja absorbância em 600 nm fosse 0,190? Dado: O = 16 g mol 1 DQO (mg O 2.L 1 ) Absorbância a 600 nm 0 0, , , , , ,240

9 0,25 0,20 Absorbância em 600 nm 0,15 0,10 0,05 0, DQO (mg O 2.L 1 )

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