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. 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%. Só é corrigida a parte dissertativa dos 650 melhores classificados nas questões de múltipla escolha. Serão considerados habilitados os candidatos que obtiverem nota igual ou superior a 40 (na escala de 0 a 100) e média igual ou superior a 50 (na escala de 0 a 100). 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, C mol 1 Volume molar de gás ideal = 22,4L (CNTP) Carga elementar = 1, C Constante dos gases (R) = 8, atm L K 1 mol 1 = 8,31J K 1 mol 1 = 62,4mmg L K 1 mol 1 = 1,98cal K 1 mol 1 DEFINIÇÕES Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0ºC e 760mmg. Condições ambientes: 25ºC e 1 atm. Condições-padrão: 25ºC, 1atm, concentração das soluções: 1 mol 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; (l) ou (l) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em mol L 1. MASSAS MOLARES Elemento Número Massa Molar Elemento Número Massa Molar Químico Atômico (g mol 1 ) Químico Atômico (g mol 1 ) 1 1,01 K 19 39,10 e 2 4,00 Ca 20 40,08 C 6 12,01 Cr 24 52,00 N 7 14,01 Mn 25 54,94 O 8 16,00 Fe 26 55,85 F 9 19,00 Cu 29 63,55 Na 11 22,99 Zn 30 65,37 Mg 12 24,31 Br 35 79,91 Al 13 26,98 Ag ,87 Si 14 28,09 I ,90 P 15 30,97 Ba ,34 S 16 32,06 Pt ,09 Cl 17 35,45 g ,59 Ar 18 39,95 Pb ,21 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 Considere as reações envolvendo o sulfeto de hidrogênio representadas pelas equações seguintes: I. 2 2 S (g) + 2 SO 3(aq) 3S (s) O (l) II. 2 S (g) (aq) + SO2 4(aq) SO 2(g) + S (s) O (l) III. 2 S (g) + Pb (s) PbS (s) + 2(g) IV. 2 2 S (g) + 4Ag (s) + O 2(g) 2Ag 2 S(s) O (l) 2

3 Nas reações representadas pelas equações acima, o sulfeto de hidrogênio é agente redutor em A) apenas I. D) apenas III e IV. B) apenas I e II. E) apenas IV. C) apenas III. Reação I 2 2 S + 2 SO 3 3S O zero oxidação 2 S funciona como redutor. Reação II 2 S SO 4 SO 2 + S O zero Em qualquer hipótese, 2 S sofre oxidação, funcionando como redutor. Reação III 2 S + Pb PbS zero Redução 2 S é agente oxidante. Reação IV 2 2 S + 4Ag + O 2 2Ag 2 S O S não sofre oxi-redução. Resposta: B Questão 2 Assinale a opção que contém o par de substâncias que, nas mesmas condições de pressão e temperatura, apresenta propriedades físico-químicas iguais. A) C C O B) 3 C C 2 C O C C O O 3 C C C 3 3

4 C) 3 N 3 N Pt Cl Cl 3 N Cl Pt Cl N 3 Cl Cl Cl D) C C C C Cl E) 3 C C 2 C 2 C 2 C 3 C C C 3 3 C C 2 C 3 C C C 2 C 2 C 3 O par de substâncias que, nas mesmas condições de pressão e temperatura, apresenta propriedades físico-químicas iguais, está representado na alternativa D. Cl Cl C C Cl C C Cl Resposta: D 1,2 - Dicloroetano 1,2 - Dicloroetano mesma substância Questão 3 Esta tabela apresenta a solubilidade de algumas substâncias em água, a 15 C: Substância Solubilidade (g soluto/100g 2 O) ZnS 0,00069 ZnSO O 96 ZnSO O 0,16 Na 2 S 9 2 O 46 Na 2 SO O 44 Na 2 SO O 32 Quando 50mL de uma solução aquosa 0,10molL 1 em sulfato de zinco são misturados a 50mL de uma solução aquosa 0,010molL 1 em sulfito de sódio, à temperatura de 15 C, espera-se observar A) a formação de uma solução não saturada constituída pela mistura das duas substâncias. B) a precipitação de um sólido constituído por sulfeto de zinco. C) a precipitação de um sólido constituído por sulfito de zinco. D) a precipitação de um sólido constituído por sulfato de zinco. E) a precipitação de um sólido constituído por sulfeto de sódio. 4

5 ZnSO 4 ηη = 0,10molL 1 η = 0,10molL L V = 50mL = L η = 0,005mol Na 2 SO 3 ηη = 0,010molL 1 η = 0,010molL L V = 50mL = L η = 0,0005mol Ao misturarmos as soluções, poderia ocorrer a reação: ZnSO 4(aq) + Na 2 SO 3(aq) ZnSO 3(aq) + Na 2 SO 4(aq) 1mol 1mol 1mol 1mol 0,005 mol 0,0005 mol 0,0005 mol 0,0005 mol excesso ZnSO O ZnSO O 0,0005mol 0,0005mol 100g 2 O Massa Molar ZnSO O = 181,5gmol 1 1mol ZnSO O 181,5g 0,0005 mol x x = 0,091g ZnSO O em 100g 2 O Como a solubilidade a 15 C do ZnSO O é 0,16g/100g de 2 O, todo ZnSO O que seria formado estaria dissolvido, ou seja, não ocorre precipitação do ZnSO O. Na 2 SO O Na 2 SO O 0,0005mol 0,0005mol 100g 2 O Massa Molar Na 2 SO O = 268gmol 1 m de Na 2 SO O = 268gmol mol = 0,134g Como a solubilidade do Na 2 SO O é 44g/100g 2 O, todo Na 2 SO O que seria formado estaria dissolvido, ou seja, não ocorre precipitação de Na 2 SO O. Assim, ao final teremos a formação de uma solução não-saturada constituída por uma mistura de íons (Zn 2+, Na +, SO 2 2 4, SO 3 ). Resposta: A Questão 4 Utilizando os dados fornecidos na tabela da questão 3, é CORRETO afirmar que o produto de solubilidade do sulfito de sódio em água, a 15ºC, é igual a A) C) 3, E) 32. B) 1, D)8. Massa Molar Na 2 SO O = 162g mol 1 32g Solubilidade = a 15 C 100g2O g nna2so O = mol 1 02, 162gmol 0,2 mol em 100g 2 O = 100 ml = 0,1L 2 O x 1L 2 O x = 2 mol Na 2 SO O/L 5

6 Na 2 SO O Na 2 SO O 2 mol/l 2 mol/l Na 2 SO 3 2Na SO 3 2 mol/l 4 mol/l 2 mol/l K s = [Na + ] 2 2 [SO 3 ] K s = (4) 2 (2) K s = 32 Resposta: E Questão 5 Certa substância Y é obtida pela oxidação de uma substância X com solução aquosa de permanganato de potássio. A substância Y reage tanto com o bicarbonato presente numa solução aquosa de bicarbonato de sódio como com álcool etílico. Com base nestas informações, é CORRETO afirmar que A) X é um éter. B) X é um álcool. C) Y é um éster. D) Y é uma cetona. E) Y é um aldeído. Com base nas informações: bicarbonato de sódio sal orgânico Y reage com álcool éster + 2 O Y é um ácido carboxílico sofre X Y oxidação Pelas alternativas, X é o álcool. De maneira genérica: [O] R O R C (X) álcool O O (Y) ácido carboxílico R C O O + NaCO 3 R C + CO O O O Na + + O C 2 5 R C + 2 O O O C 2 5 Resposta: B 6

7 Questão 6 Um cilindro provido de um pistão móvel, que se desloca sem atrito, contém 3,2g de gás hélio que ocupa um volume de 19,0L sob pressão 1, Nm 2. Mantendo a pressão constante, a temperatura do gás é diminuída de 15K e o volume ocupado pelo gás diminui para 18,2L. Sabendo que a capacidade calorífica molar do gás hélio à pressão constante é igual a 20,8JK 1 mol 1, a variação da energia interna neste sistema é aproximadamente igual a A) 0,35kJ B) 0,25kJ. C) 0,20kJ. D) 0,15kJ. E) 0,10kJ. 32, me = 3,2g ne = = 0,8 mole 4 P = 1, N/m 2 T = 15K 3 1m 4 3 V 1 = 19,0L V 2 = 18,2L V = 0,8L, portanto temos V = 08, L = 80, 10 m L C p = 20,8J/Kmol A pressão constante: Q p = n C p T Q p = 0,8 mol 20,8J/Kmol 15K = 249,6J Como Q p = U + P V, P V = 1, N/m m 3 = 96N m = 96J, então U = Q p P V = 249,6 96 = 153,6J U = 153,6J = 0,15kJ Com a diminuição da temperatura, a energia interna diminui de 0,15 kj, portanto a variação de energia interna será de 0,15kJ. Resposta: D Questão 7 A 25ºC e 1 atm, considere o respectivo efeito térmico associado à mistura de volumes iguais das soluções relacionadas abaixo: I. Solução aquosa 1 milimolar de ácido clorídrico com solução aquosa 1 milimolar de cloreto de sódio. II. Solução aquosa 1 milimolar de ácido clorídrico com solução aquosa 1 milimolar de hidróxido de amônio. III. Solução aquosa 1 milimolar de ácido clorídrico com solução aquosa 1 milimolar de hidróxido de sódio. IV. Solução aquosa 1 milimolar de ácido clorídrico com solução aquosa 1 milimolar de ácido clorídrico. Qual das opções abaixo apresenta a ordem decrescente CORRETA para o efeito térmico observado em cada uma das misturas acima? A) I, III, II e IV B) II, III, I e IV C) II, III, IV e I D) III, II, I e IV E) III, II, IV e I Processo I Cl(aq) + NaCl(aq) Não há reação química. á diluição de ambas as soluções, com efeitos térmicos desprezíveis (mas não nulos) devido às baixas concentrações utilizadas. 7

8 Processo II Cl(aq) + N 4 O(aq) á reação de neutralização entre um ácido forte e uma base fraca, com efeito térmico superior ao do processo I. Processo III Cl(aq) + NaO(aq) á neutralização entre um ácido forte e uma base forte, com efeito térmico superior ao do processo II. Processo IV É uma mistura física de duas soluções de mesma concentração. Nada ocorre, não há efeito térmico. Assim: III II I IV Resposta: D Questão 8 Assinale a opção que contém a substância cuja combustão, nas condições-padrão, libera maior quantidade de energia. A) Benzeno B) Ciclohexano C) Ciclohexanona D) Ciclohexeno E) n-exano Todos os compostos citados, ao serem queimados, liberam uma certa energia que irá depender do reagente utilizado e das quantidades de produtos formados. A substância que irá liberar mais energia na queima é aquela que contém o maior número de átomos que sofrem oxidação em sua molécula, pois, assim, será produzida uma maior quantidade de CO 2 e 2 O, substâncias de baixa entalpia. Dentre as substâncias fornecidas, a de maior número de átomos na molécula é o n-exano: C Resposta: E Questão 9 Considere as reações representadas pelas equações químicas abaixo: A(g) +1 B(g) +2 1 C(g) e A(g) +3 2 C(g) 3 O índice positivo refere-se ao sentido da reação da esquerda para a direita e, o negativo, ao da direita para a esquerda. Sendo E a a energia de ativação e a variação de entalpia, são feitas as seguintes afirmações, todas relativas às condições-padrão: I. +3 = II. +1 = 1 III. E a + 3 = E a E a + 2 IV. E a + 3 = E a 3 Das afirmações acima está(ão) CORRETA(S) A) apenas I e II. B) apenas I e III. C) apenas II e IV. D) apenas III. E) apenas IV. 8

9 I. A (g) B (g) 1 B (g) C (g) 2 A (g) C (g) 3 Pela Lei de ess: 3 = II. A (g) +1 B (g) 1 1 = 1 B (g) 1 A (g) 1 III. Não se pode somar energias de ativação, assim: E a + 3 = E a E a + 2 não é necessariamente verdadeira. IV. Supondo-se: C C E a 3 E a + 3 A A E a + 3 E a 3 Estão corretas somente as afirmações I e II. Resposta: A Questão 10 Qual das opções a seguir apresenta a seqüência CORRETA de comparação do p de soluções aquosas dos sais FeCl 2, FeCl 3., MgCl 2, KClO 2, todas com mesma concentração e sob mesma temperatura e pressão? A) FeCl 2 FeCl 3 MgCl 2 KClO 2 D) MgCl 2 FeCl 2 FeCl 3 KClO 2 B) MgCl 2 KClO 2 FeCl 3 FeCl 2 E) FeCl 3 MgCl 2 KClO 2 FeCl 2 C) KClO 2 MgCl 2 FeCl 2 FeCl 3 KClO 2 : sal de ácido fraco e base forte, que por hidrólise origina solução básica, portanto, p 7. ClO O ClO 2 + O FeCl 3, FeCl 2, MgCl 2 : sais de ácido forte e bases fracas, que por hidrólise originam soluções ácidas, portanto, p 7. (1) Fe O Fe(O) (2) Fe O Fe(O) (3) Mg O Mg(O) Força das bases: Mg(O) 2 Fe(O) 2 Fe(O) 3. [ + ] (1) [ + ] (2) [ + ] (3) p (1) p (2) p (3) p FeCl3 p FeCl2 p MgCl2 p MgCl2 p FeCl2 p FeCl3 p KClO2 p MgCl2 p FeCl2 p FeCl3 Resposta: C 9

10 Questão 11 Considere as afirmações abaixo, todas relativas à pressão de 1 atm: I. A temperatura de fusão do ácido benzóico puro é 122 C, enquanto que a da água pura é 0 C. II. A temperatura de ebulição de uma solução aquosa 1,00 mol L 1 de sulfato de cobre é maior do que a de uma solução aquosa 0,10 mol L 1 deste mesmo sal. III. A temperatura de ebulição de uma solução aquosa saturada em cloreto de sódio é maior do que a da água pura. IV. A temperatura de ebulição do etanol puro é 78,4 C enquanto que a de uma solução alcoólica 10% (m/m) em água é 78,2 C. Das diferenças apresentadas em cada uma das afirmações acima, está(ão) relacionada(s) com propriedades coligativas A) apenas I e III. D) apenas II e IV. B) apenas I. E) apenas III e IV. C) apenas II e III. As propriedades coligativas típicas ocorrem em soluções de solvente volátil e soluto não-volátil. Nessas condições, apenas os sistemas II e III obedecem a essas condições. Resposta: C Questão 12 Um composto sólido é adicionado a um béquer contendo uma solução aquosa de fenolftaleína. A solução adquire uma coloração rósea e ocorre a liberação de um gás que é recolhido. Numa etapa posterior, esse gás é submetido à combustão completa, formando 2 O e CO 2. Com base nestas informações, é CORRETO afirmar que o composto é A) CO(N 2 ) 2. D)NaCO 3. B) CaC 2. E) Na 2 C 2 O 4. C) Ca(CO 3 ) 2. Entre os compostos apresentados, apenas o carbeto de cálcio (CaC 2 ) reage com água, liberando um gás combustível: CaC 2(s) O (l) Ca(O) 2(aq) + C 2 2(g) O hidróxido de cálcio formado vai deixar o meio básico, causando alteração de cor da fenolftaleína. O gás acetileno produzido sofre combustão completa, formando CO 2 e 2 O: 5 C 2 2(g) + O 2(g) 2CO 2(g) + 2 O 2 (l) Resposta: B Questão 13 A 15 C e 1 atm, borbulham-se quantidades iguais de cloridreto de hidrogênio, Cl(g), nos solventes relacionados abaixo: I. Etilamina II. Dietilamina III. n-exano IV. Água pura 10

11 Assinale a alternativa que contém a ordem decrescente CORRETA de condutividade elétrica das soluções formadas. A) I, II, III e IV B) II, III, IV e I C) II, IV, I e III D) III, IV, II e I E) IV, I, II e III Ao borbulharmos Cl (g) nos solventes, teremos: I. 3 C C 2 N 2 + Cl 3 C C 2 N Cl II. ( 3 C C 2 ) 2 N + Cl ( 3 C C 2 ) 2 N Cl III. 3 C (C 2 ) 4 C 3 + Cl não ocorre reação IV. 2 O + Cl 3 O + + Cl As soluções que apresentam íons são as soluções eletrolíticas I, II e IV. A solução III é não-eletrolítica. A solução aquosa (IV) é a que melhor conduz; e entre I e II, esta última conduz menos, uma vez que o íon formado, ( 3 C C 2 ) 2 N 2, é o de maior massa e possui menor mobilidade. + Assim, a ordem decrescente de condutividade elétrica será: IV I II III Resposta: E Questão 14 Assinale a opção que contém a afirmação ERRADA relativa à curva de resfriamento apresentada ao lado. A) A curva pode representar o resfriamento de uma mistura eutética. B) A curva pode representar o resfriamento de uma substância sólida, que apresenta uma única forma cristalina. C) A curva pode representar o resfriamento de uma mistura azeotrópica. D) A curva pode representar o resfriamento de um líquido constituído por uma substância pura. E) A curva pode representar o resfriamento de uma mistura líquida de duas substâncias que são completamente miscíveis no estado sólido. Temperatura / C Tempo / min No resfriamento de um sólido que apresenta uma única forma cristalina não pode haver patamar; portanto, a afirmação errada é a B. Resposta: B Questão 15 A 25 C, uma mistura de metano e propano ocupa um volume (V), sob uma pressão total de 0,080atm. Quando é realizada a combustão completa desta mistura e apenas dióxido de carbono é coletado, verifica-se que a pressão desse gás é de 0,12atm, quando este ocupa o mesmo volume (V) e está sob a mesma temperatura da mistura original. Admitindo que os gases têm comportamento ideal, assinale a opção que contém o valor CORRETO da concentração, em fração em mols, do gás metano na mistura original. A) 0,01 D) 0,75 B) 0,25 E) 1,00 C) 0,50 11

12 PC P 4 C 3 8 Na mistura inicial: P C4 + P C3 8 = 0,080atm e xc =, xc = , 008, Para a combustão do C 4 : C 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) O (g) 1 mol 1 mol Nas mesmas condições de V e T: P CO2 (após combustão do C 4 ) = P C4 (da mistura original) Para a combustão do C 3 8 : C 3 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) O (g) 1 mol 3 mol Nas mesmas condições de V e T: P CO2 (após a combustão do C 3 8 ) = 3 P C3 8 (da mistura original) Após a combustão: P CO2 (proveniente do C 4 ) + P CO2 (proveniente do C 3 8 ) = 0,12atm Então: x CO2 (do C 4 ) = x CO2 (do C 3 8 ) = PCO 2 ( do C 4 ) 012, PCO 2 ( do C 3 8 ) 012, e Para o dióxido de carbono coletado temos: x CO2 (do C 4 ) + x CO2 (do C 3 8 ) = 1 PCO do C P 2 ( 4) CO2 ( do C3 8) + = 1 012, 012, Uma vez que P CO2 (do C 4 ) = P C4 (da mistura original) e P CO2 (do C 3 8 ) = 3P C3 8 (da mistura original), então: PC 3P 4 C38 + = 1 012, 012, P C4 + 3P C3 8 = 0,12 e P C4 = 0,12 3P C3 8 Na mistura original: P C4 + P C3 8 = 0,080atm. Então: 0,12 3P C3 8 + P C3 8 = 0,080 e P C3 8 = 0,02atm. P C4 = 0,06atm e 006, x C4 = = 075,. 008, Resposta: D 12

13 Questão 16 Dois copos (A e B) contêm solução aquosa 1molL 1 em nitrato de prata e estão conectados entre si por uma ponte salina. Mergulha-se parcialmente um fio de prata na solução contida no copo A, conectando-o a um fio de cobre mergulhado parcialmente na solução contida no copo B. Após certo período de tempo, os dois fios são desconectados. A seguir, o condutor metálico do copo A é conectado a um dos terminais de um multímetro, e o condutor metálico do copo B, ao outro terminal. Admitindo que a corrente elétrica não circula pelo elemento galvânico e que a temperatura permanece constante, assinale a opção que contém o gráfico que melhor representa a forma como a diferença de potencial entre os dois eletrodos ( E = E A E B ) varia com o tempo. A) D) E E 0 tempo 0 tempo B) E) E E 0 tempo 0 tempo C) E 0 tempo No início do processo, há tendência de ocorrer uma transferência direta de elétrons no copo B: Ag + (aq) + e Ag (deposita no fio de cobre) Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2e Fio No copo B, após um tempo, teremos: [Ag + ] muito reduzida [Cu 2+ ] 0 Ag(s) deposita sobre o fio de cobre. Ou seja, após um certo tempo se estabelecerá uma pilha com eletrodos de prata (copo A) e de cobre (copo B), além de uma pilha de concentração devido a diferença entre [Ag + ] A e [Ag + ] B. Instalando-se o voltímetro, haverá evidências de um certo valor de E, e, como ocorre em qualquer pilha, esse valor tenderá a zero na medida que houver realização de um trabalho. Resposta: B Questão 17 Assinale a opção que contém o polímero que melhor conduz corrente elétrica, quando dopado. A) Polietileno D) Poliacetileno B) Polipropileno E) Poli (tetrafluor-etileno) C) Poliestireno 13

14 O polímero deve apresentar ligações duplas conjugadas para que possa existir um deslocamento de elétrons e, além disso, ser dopado, o que lhe dará capacidade de ganhar ou perder elétrons. Isso é verificado somente no poliacetileno. n C C acetileno C C C C n poliacetileno (duplas conjugadas) Resposta: D Questão 18 Considere as seguintes equações que representam reações químicas genéricas e suas respectivas equações de velocidade: I. A produtos; V I = k I [A] II. 2B produtos; V II = k II [B] 2 Considerando que, nos gráficos, [X] representa a concentração de A e de B para as reações I e II, respectivamente, assinale a opção que contém o gráfico que melhor representa a lei de velocidade das reações I e II. A) 1 C) [X] E) II [X] ln[x] I I I tempo II tempo II tempo B) [X] D) II I tempo 1 [X] II I tempo I: A produtos; V I = K I [A], ou seja, a reação I é de primeira ordem. Para esse tipo de reação, a concentração de reagente se reduz pela metade a cada intervalo de tempo fixo, que é a própria meia-vida da reação (P). [A] tempo 1/[A] x 0 1/x x/2 P 2/x x/4 2P 4/x 14

15 O gráfico 1/[A] tempo será: 1 [A] 4/x 2/x 1/x tempo p 2p II: 2B produtos; V II = K II [B] 2, ou seja, a reação II é de segunda ordem. B Para esse tipo de reação, temos que, ou ainda [ B V ] II = [ ] 2 = KII [ B] = KII [ B] t t [ B] A fração da concentração de B que se decompõe durante uma unidade de tempo é agora K II [B]. Contrariamente ao verificado nas reações de 1ª- ordem, a fração de decomposição não é uma constante, mas varia com [B]. Como [B] decresce com o tempo, também a fração de decomposição decresce com o tempo. Por sua vez a fração que resta em t é 1 K II [B]. Sendo assim, a concentração de B ao fim de uma unidade de tempo é dada por [B] = [B] (1 k II [B] 0 ) Nesse caso, o gráfico 1/[B] em função do tempo será uma reta com coeficiente angular igual a K II, conforme mostra a seguinte equação reorganizada: 1 1 = KII t + [ B] [ B] inicial 1 [B] A alternativa que relaciona corretamente os dois processos é A. Resposta: A tempo Questão 19 A 25 C, borbulha-se 2 S(g) em uma solução aquosa 0,020molL 1 em MnCl 2, contida em um erlenmeyer, até que seja observado o início de precipitação de MnS(s). Neste momento, a concentração de + na solução é igual a 2, moll 1. Dados eventualmente necessários, referentes à temperatura de 25 C: I. MnS(s) + 2 0(l) Mn 2+ (aq) + S (aq) + O (aq) ; K I = II. 2 S(aq) S (aq) + + (aq) ; K II = 9, III. 2 0(l) O (aq) + + (aq) ; K III = 1, Assinale a opção que contém o valor da concentração, em mol L 1, de 2 S na solução no instante em que é observada a formação de sólido. A) 1, D) 1, B) E) 1, C)

16 No início da precipitação, temos: [Mn 2+ ] = 0,020mol/L e [ + ] = 2, mol/l Para o equilíbrio I, temos: K I = [Mn 2+ ] [S ] [O ] = S Para o equilíbrio II, temos: KII = [ ] [ ] S = 8 95, 10 [ 2 ] Para o equilíbrio III, temos: K III = [ + ] [O ] = 1, À mesma temperatura e no mesmo recipiente, todos os equilíbrios devem ser satisfeitos simultaneamente. Desta forma, podemos dizer que: 10, do equilíbrio III: [ O ] = + [ ] 8 [ S], do equilíbrio II: [ S ] = [ ] Portanto, substituindo no equilíbrio I, temos: [ S],, [ Mn ] = [ ] [ ] [ ] [ ] [ S 2 ] = [ Mn ] 95, 10 10, 10 Para [Mn 2+ ] = 2, mol/l e [ + ] = 2, mol/l, temos: , 10 25, 10 1 [ S 2 ] = = 0, 099 0, 10 = 1, 0 10 moll / , 10 95, 10 1, 0 10 Resposta: D Questão 20 Dois frascos abertos, um contendo água pura líquida (frasco A) e o outro contendo o mesmo volume de uma solução aquosa concentrada em sacarose (frasco B), são colocados em um recipiente que, a seguir, é devidamente fechado. É CORRETO afirmar, então, que, decorrido um longo período de tempo, A) os volumes dos líquidos nos frascos A e B não apresentam alterações visíveis. B) o volume do líquido no frasco A aumenta, enquanto que o do frasco B diminui. C) o volume do líquido no frasco A diminui, enquanto que o do frasco B aumenta. D) o volume do líquido no frasco A permanece o mesmo, enquanto que o do frasco B diminui. E) o volume do líquido no frasco A diminui, enquanto que o do frasco B permanece o mesmo. Recipiente fechado 2 O (vapor) frasco A Água pura Maior pressão de vapor Maior tendência de escape frasco B Solução concentrada de sacarose Menor pressão de vapor Menor tendência de escape 16

17 A água vaporiza em A e condensa em B. Assim, o volume de líqüido em A diminui e aumenta em B. Resposta: C As questões dissertativas, numeradas de 21 a 30, devem ser resolvidas e respondidas no caderno de soluções. Questão 21 Qualitativamente (sem fazer contas), como você explica o fato de a quantidade de calor trocado na vaporização de um mol de água no estado líquido ser muito maior do que o calor trocado na fusão da mesma quantidade de água no estado sólido? Enquanto na fusão de 1 mol de água no estado sólido ocorre comprometimento parcial das interações intermoleculares, na vaporização de 1 mol de água no estado líquido ocorre ruptura praticamente total das forças intermoleculares, o que demanda maior quantidade de energia. Questão 22 Considere o elemento galvânico representado por: g(l) eletrólito Cl (solução aquosa saturada em KCl) g 2 Cl 2 (s) g(l) a) Preveja se o potencial do eletrodo representado no lado direito do elemento galvânico será maior, menor ou igual ao potencial desse mesmo eletrodo nas condições-padrão. Justifique sua resposta. b) Se o eletrólito no eletrodo à esquerda do elemento galvânico for uma solução 0,002 mol L 1 em g 2+ (aq), preveja se o potencial desse eletrodo será maior, menor ou igual ao potencial desse mesmo eletrodo nas condições-padrão. Justifique sua resposta. c) Faça um esboço gráfico da forma como a força eletromotriz do elemento galvânico (ordenada) deve variar com a temperatura (abscissa), no caso em que o eletrodo do lado esquerdo do elemento galvânico seja igual ao eletrodo do lado direito nas condições-padrão. a) g 2 Cl 2(s) + 2e 2g (l) + 2Cl (aq) Nas condições-padrão, a [Cl ] = 1 mol/l. Numa solução saturada de KCl, a [Cl ] 1 mol/l. Pela equação de Nernst: RT ε= ε [ ] nf lncl 2 Quanto maior a [Cl ], menor o potencial de redução. b) g e (aq) g (l) Nas condições-padrão, a [g 2+ ] = 1 mol/l. Numa solução onde [g 2+ ] = 0,002 mol/l, o potencial desse eletrodo será menor, de acordo com a equação de Nernst: ε= ε RT nf l n 1 2+ [ g ] RT ε= ε = ε nf ln 1 RT 0, 002 nf ln c) No elemento galvânico representado, o eletrodo da esquerda sofre oxidação e o eletrodo da direita sofre redução. Pela Equação de Nernst: ε= ε RT nf lnq Uma elevação na temperatura diminui o potencial de redução. 17

18 Como ε = ε redução + ε oxidação = ddp, uma elevação de temperatura diminui ε redução, o que diminui a ddp. ε T Questão 23 Sob pressão de 1atm, adiciona-se água pura em um cilindro provido de termômetro, de manômetro e de pistão móvel que se desloca sem atrito. No instante inicial (t 0 ), à temperatura de 25 C, todo o espaço interno do cilindro é ocupado por água pura. A partir do instante (t 1 ), mantendo a temperatura constante (25 C), o pistão é deslocado e o manômetro indica uma nova pressão. A partir do instante (t 2 ), todo o conjunto é resfriado muito lentamente a 10 C, mantendo-se-o em repouso por 3 horas. No instante (t 3 ), o cilindro é agitado, observando-se uma queda brusca da pressão. Faça um esboço do diagrama de fases da água e assinale, neste esboço, a(s) fase(s) (co)existente(s) no cilindro nos instantes t 0, t 1, t 2 e t 3. M (1atm) T 2 O(g) 2 O(l) 2 O(l) t 0 t 1 25 C, 1atm 2 O(l) = 1 fase T = termômetro M = manômetro 25 C P 1 1atm 2 fases 2 O(l) + 2 O(g) processo lento Repouso 2 O(g) 2 O(s) agitação 2 O(g) 2 O(l) t 3 10 C P 3 P 2 2 fases 2 O(s) e 2 O(g) t 2 10 C P 2 P 1 2 fases líquido superesfriado (metaestável) 18

19 Utilizando-se o diagrama de fases da água, o estado t 2, no qual a água líquida está abaixo de seu ponto de solidificação, é um sistema metaestável, não ficando rigorosamente caracterizado no diagrama. P(atm) 1 (sólido) (líquido) t 0 t 1 t 2 (vapor) t ,01 25 tºc Questão 24 A 25 C e 1atm, um recipiente aberto contém uma solução aquosa saturada em bicarbonato de sódio em equilíbrio com seu respectivo sólido. Este recipiente foi aquecido à temperatura de ebulição da solução por 1 hora. Considere que o volume de água perdido por evaporação foi desprezível. a) Explique, utilizando equações químicas, o que ocorre durante o aquecimento, considerando que ainda se observa bicarbonato de sódio sólido durante todo esse processo. b) Após o processo de aquecimento, o conteúdo do béquer foi resfriado até 25 C. Discuta qual foi a quantidade de sólido observada logo após o resfriamento, em relação à quantidade do mesmo (maior, menor ou igual) antes do aquecimento. Justifique a sua resposta. Situação inicial a 25 C e 1atm: solução aquosa de NaCO 3 (saturada) NaCO 3 (s) Nessa solução, existe o equilíbrio dado por: NaCO 3 (s) Na + (aq) + CO 3 (aq) (Eq. I) a) O ânion bicarbonto, em solução aquosa, sofre hidrólise, resultanto em meio básico de acordo com: CO 3 (aq) + 2 O(l) 2 CO 3 (aq) + O (aq) (Eq. II) O aquecimento favorece a decomposição do ácido carbônico, produzindo 2 O e CO 2 : 2 CO 3 (aq) 2 O(l) + CO 2 (g) (Eq. III) Durante o processo de aquecimento e considerando desprezível o volume de água perdido por evaporação, haverá desprendimento de CO 2 (g), o que leva a um deslocamento dos equilíbrios I, II e III para a direita. b) Após o resfriamento, ainda resta sólido no sistema, portanto ainda temos uma solução saturada de NaCO 3 ; porém a quantidade de NaCO 3 (s) será menor que a inicial. Questão 25 Considere que dois materiais poliméricos A e B são suportados em substratos iguais e flexíveis. Em condições ambientes, pode-se observar que o material polimérico A é rígido, enquanto o material B é bastante flexível. A seguir, ambos os materiais são aquecidos à temperatura (T), menor do que as respectivas temperaturas de decomposição. Observou-se que o material A apresentou-se flexível e o material B tornou-se rígido, na temperatura (T). A seguir, os dois materiais poliméricos foram resfriados à temperatura ambiente. a) Preveja o que será observado caso o mesmo tratamento térmico for novamente realizado nos materiais poliméricos A e B. Justifique sua resposta. b) Baseando-se na resposta ao item a), preveja a solubilidade dos materiais em solventes orgânicos. 19

20 a) O material polimérico A apresenta características dos polímeros termoplásticos. Essa classe de polímeros pode ser fundida por aquecimento e se solidifica por resfriamento. Dessa forma, o material polimérico A, quando submetido ao mesmo tratamento térmico, tornar-se-á flexível com o aquecimento e rígido com o resfriamento. O material polimérico B apresenta características dos polímeros termofixos ou termorrígidos. Essa classe de polímeros sofre alterações estruturais com o aquecimento, formando cadeias tridimensionais com ligações cruzadas, o que torna o polímero não fusível. Logo, sob mesmo tratamento térmico, o material polimérico B continuará rígido. b) O material polimérico A pode ter suas cadeias separadas por solventes orgânicos, portanto, de um modo geral, é atacado por esses solventes. Isso é observado, por exemplo, no poliestireno e no polimetilmeta-acrilato. O material polimérico B, por apresentar estrutura tridimensional com ligações cruzadas, não pode ter suas cadeias separadas por solventes. Portanto, de um modo geral, é insolúvel em solventes orgânicos. Observa-se esse fato, por exemplo, na baquelite, um típico representante da classe dos polímeros termofixos. Questão 26 Vidro de janela pode ser produzido por uma mistura de óxido de silício, óxido de sódio e óxido de cálcio, nas seguintes proporções (% m/m): 75, 15 e 10, respectivamente. Os óxidos de cálcio e de sódio são provenientes da decomposição térmica de seus respectivos carbonatos. Para produzir 1,00 kg de vidro, quais são as massas de óxido de silício, carbonato de sódio e carbonato de cálcio que devem ser utilizadas? Mostre os cálculos e as equações químicas balanceadas de decomposição dos carbonatos. Em 1,00kg (1000g) de vidro, tem-se: Massa de óxido de silício m = 75% de 1000g = 750g. Massa de óxido de sódio Na 2 CO 3 (s) Na 2 O(s) + CO 2 (g) 1 mol 1 mol 106g 62g x 0, g x = 256,5g Massa de óxido de cálcio CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) 1 mol 1 mol 100g 56g y 0, g y = 178,6g. Questão 27 Explique em que consiste o fenômeno denominado chuva ácida. Da sua explicação devem constar as equações químicas que representam as reações envolvidas. Nos centros urbanos, com o tráfego intenso, o ar é poluído com óxidos do nitrogênio e do enxofre, provenientes dos escapamentos dos veículos motorizados. Esses óxidos, na atmosfera, transformam-se em NO 3 e 2 SO 4, em proporções tais que o p da chuva torna-se menor que 5,6; portanto, causam grande impacto ambiental. 20

21 S + O 2 SO 2 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO O 2 SO 4 motores em N 2 + 2O 2 2NO altas temperaturas 2 2NO O NO 2 + NO 3 Por definição, chuva ácida é a que tem p 5,6. A chuva em ambiente não poluído é ligeiramente ácida, devido à presença do 2 CO 3 dissolvido, que resulta da reação do CO 2 existente na atmosfera com a água da chuva. CO O 2 CO 3 Essa chuva tem p 5,6 e não é nociva, por isso não pode ser chamada chuva ácida. Em ambiente não poluído mas na presença de raios e relâmpagos, a chuva contém uma concentração mínima de NO 3 e não é nociva (tem p 5,6). O NO 3 forma-se através das reações: raios N 2 + O 2 2NO relâmpagos 2NO + O 2 2NO 2 2NO O NO 2 + NO 3 3NO 2 NO O + 2NO Questão 28 Considere uma reação química endotérmica entre reagentes, todos no estado gasoso. a) Esboce graficamente como deve ser a variação da constante de velocidade em função da temperatura. b) Conhecendo-se a função matemática que descreve a variação da constante de velocidade com a temperatura é possível determinar a energia de ativação da reação. Explique como e justifique. c) Descreva um método que pode ser utilizado para determinar a ordem da reação. a) A partir da equação de Arrhenius: εa a k = A e, então lnk = lna ε RT RT ou: εa 1 lnk = + lna R T εa De acordo com essa expressão, o gráfico de lnk 1 fornece uma reta cujo coeficiente angular será. T R lnk 1 T b) Para duas temperaturas diferentes T 1 e T 2, nas quais as constantes de velocidade sejam respectivamente k 1 e k 2 : a lnk1 = ε l RT + na 1 a lnk2 = ε lna RT

22 Subtraindo uma expressão da outra, temos: lnk e, portanto: εa 1 1 lnk = R T T 1 2 ln k 1 εa 1 1 = k2 R T1 T Outra possibilidade para determinar a energia de ativação da reação é o cálculo do coeficiente angular εa no gráfico de lnk 1, com T em kelvin. R T c) Para se determinar a ordem de uma reação, basta verificar como varia a concentração de um reagente em função do tempo. Ao construirmos o gráfico de [Reagente] tempo, a curva obtida indicará a dependência da velocidade com a concentração, ou seja, a própria ordem da reação (vide resolução da questão 18). Questão 29 Considere a curva de titulação abaixo, de um ácido fraco com uma base forte. p V base (ml) a) Qual o valor do p no ponto de equivalência? b) Em qual(ais) intervalo(s) de volume de base adicionado o sistema se comporta como tampão? c) Em qual valor de volume de base adicionado p = pk a? a) O ponto de equivalência ocorre em p = 9: p = 9 p ponto de equivalência V base (ml) b) O sistema se comporta como tampão, quando a relação entre as concentrações do ácido fraco e o seu sal fica entre 1 : 10 e 10 : 1, o que ocorre quando o volume adicionado de base varia de 5 a 45mL. 22

23 c) Pela expressão: p = pk a + log [ânion] [ácido] Quando o volume de base neutralizar a metade da quantidade de ácido, teremos em solução uma relação [ânion] = 1, logo p = pk a. [ácido] No ponto de equivalência (final da titulação) o volume da base é igual a 50mL. Na metade da titulação o volume da base é igual a 25mL, e teremos p = pk a. Questão 30 Considere que na figura ao lado, o frasco A contém peróxido de hidrogênio, os frascos B e C contêm água e que se observa borbulhamento de gás no frasco C. O frasco A é aberto para a adição de 1g de dióxido de manganês e imediatamente fechado. Observa-se então, um aumento do fluxo de gás no frasco C. Após um período de tempo, cessa o borbulhamento de gás no frasco C, observando-se que ainda resta sólido no frasco A. Separando-se este sólido e secando-o, verifica-se que sua massa é igual a 1g. a) Escreva a equação química que descreve a reação que ocorre com o peróxido de hidrogênio, na ausência de dióxido de manganês. b) Explique por que o fluxo de gás no frasco C aumenta quando da adição de dióxido de manganês ao peróxido de hidrogênio. A C B a) Admitindo-se que o frasco A contenha solução aquosa de peróxido de hidrogênio, ocorrerá a decomposição indicada abaixo: 1 2 O 2 (aq) 2 O(l) + O 2 (g) 2 b) O fluxo de gás aumenta com a adição de dióxido de manganês devido à ação catalítica desse sólido. Portanto, o dióxido de manganês aumenta a velocidade da decomposição, sem que sua massa sofra alteração quando medida no fim da transformação química. 23

24 CO MENT ÁRI O Matendo a tradição dos últimos anos, a prova foi extremamente trabalhosa e cansativa. ouve, como sempre, predominância de questões de Fisicoquímica. 24