02. Desenhe as fórmulas estruturais espaciais de todos os isômeros do dimetilciclopropano, escrevendo as respectivas nomenclaturas IUPAC.

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1 Dimetilciclopropano C 5 H Informações de Tabela Periódica Alcenos Constantes: Constante de Faraday: 965 C mol - Constante Universal dos Gases: 8,58 cm 3 atm K - mol - =,8 atm L K - mol - Número de Avogadro: NA = 6,x 3 mol - log 3 =,5 ln =,7 Dados: Massa específica do estanho = 7 g cm -3 Calor de combustão do monóxido de carbono (a 98 K e atm) = -83 kj mol - T(K) = t( C) + 73 Ciclanos. Uma amostra de,64 g de Nitropenta, uma substância sólida explosiva cuja fórmula estrutural é dada abaixo, é detonada num vaso fechado resistente de,5 dm 3 de volume interno, pressurizado com a quantidade estequiométrica de oxigênio puro, a 3 K, necessária para a combustão completa. Calcule a pressão inicial do vaso, considerando o comportamento dos gases como ideal. A fórmula molecular da Nitropenta é C 5 N 4 H 8 O. A massa moleclar da Nitropenta será: M = 36 g/mol. A equação de combustão completa é dada por: C 5N4H8O O 5CO 4HO N Pela equação anterior temos: n(o ) = n(nitropenta),64 3 n(nitropenta ) 4, mol 36 Portanto, n(o ) = 4, -3 mol A pressão inicial do vaso será: 3 PV nrt P,5 4,,8 3 3,,8 3 P 5, P,968 atm. Desenhe as fórmulas estruturais espaciais de todos os isômeros do dimetilciclopropano, escrevendo as respectivas nomenclaturas IUPAC. 3. Tomou-se uma amostra de 3g de zinco metálico para reagir com uma solução aquosa diluída de ácido clorídrico em quantidade estequiométrica. Dessa reação, observou-se a formação de gás, que foi aquecido a 7 ºC e transportado para um balão fechado de 5 L. Esse balão continha, inicialmente, iodo em fase gasosa a 7 ºC e 3,8 atm. Após o equilíbrio, verificou-se que a constante de equilíbrio Kc a 7 ºC é igual a 6. Considerando que a temperatura permaneceu constante durante o processo, determine a pressão final total no balão. s HCaq ZnC aq Hg Zn 65g Zn mol H 3gZn n mols H n mols H Pressão inicial de H no balão de 5 litros: P VBALÃO n R T H H P 5,8 5 P,64 atm H H H g Ig HIg nreação Note, para a reação anterior, que V = cte, n, T = cte. Logo, P T e a pressão final total vale:,64 + 3,8 = 4,9 atm. GGE RESPONDE IME 5 Prova Discursiva QUÍMICA

2 4. O esquema abaixo representa um projeto para uma instalação de estanhagem eletrolítica contínua de lâminas de aço alimentada por uma bobina de, m de largura. mas, d 7 g / m 6 E 8,48 m 8, 48 m j 5 A / m 8,7 g / mol t 4s Os dados operacionais da instalação são os seguintes: I) o eletrólito utilizado é uma solução ácida de sulfato estanoso; II) o estanho é depositado em ambas as faces da chapa; III) potencial utilizado para a eletrólise é de 3, V; IV) a densidade de corrente aplicada é de 5 A/m²; V) o rendimento da deposição é de 96,5 %; VI) a velocidade de deslocamento da chapa é de m/s; VII) a espessura do filme de estanho formado em cada face deve ser de 8,48 µm; e VIII) o diâmetro dos roletes pode ser desprezado. Partindo desses dados, determine: a) o comprimento da lâmina imerso no eletrólito da célula; e b) o consumo de energia em kwh por km de lâmina estanhada. Vamos tomar para análise um comprimento d muito pequeno que esteja no inicio do processo de eletrólise, assim a área que sofrerá eletrólise que estamos analisando é: A (d) i j A j (d) Q mas, i Q j (dl) t (I) t mas, o volume de Sn formado será: V (dl) E onde E é a espessura de valor 8,48µm m d Sn msn d V d (dl) E onde d é a massa V especifica do estanho de valor 7g/cm 3 ou 7, 6 g/m 3. Então número de mols de Sn formado é: msn d (dl) E nsn A reação em questão é: Sn + (aq) + e - Sn(s) Então, se o tempo que esse comprimento em análise está em processo de eletrólise é 4s, o comprimento da lâmina imerso no eletrólito da célula será: a) 8m v. t 4 8m b) A total = x 8 x = 6m i = 5 x 6 = 4 A Pot = U i = 3 4 = W =, kw 3 km de lâmina passará s em eletrólise Energia consumida =,,5 3 / 36,67 kwh 5. Uma pequena indústria farmacêutica constatou que a água destinada aos seus processos produtivos encontrava-se contaminada por ferro. O técnico responsável pelo laboratório de controle de qualidade coletou uma amostra de 5,mL da água de processo e realizou uma titulação com solução padronizada,5mol/l de KMnO 4, em meio ácido. À medida que a reação progredia, o técnico observou que a coloração violeta-escuro, característica da solução de permanganato de potássio adicionada, tornava-se rapidamente clara, sinalizando a redução do MnO 4, a Mn + por Fe +. Após a adição de 4, ml de titulante, a cor violeta do permanganato de potássio passou a prevalecer, indicando que todos os íons Fe + haviam sido consumidos ao serem oxidados a Fe 3+. A seguir, a amostra foi tratada com zinco metálico, de modo que todos os íons Fe 3+ foram convertidos em íons Fe +. Em uma última etapa, foram adicionados 6, ml da mesma solução de KMnO 4, oxidando todos os íons Fe + a Fe 3+. Determine as concentrações molares dos íons Fe + e Fe 3+ na amostra inicial. Considerando a estequiometria da reação e o rendimento ( ) de deposição do estanho teremos n e n Sn Q 965 n e 965 n Sn Amostra 5mL 965 d (dl) E Q MM Sn (II) º Etapa V AMOSTRA = 5mL Igualando (I) e (II): 965 d E t j 965 d E d j d t Titulação com KMnO 4,5M, gastando-se 4mL para consumir o Fe + : 3 5Fe 8H Mn 5Fe 4HO,5 x,4, mol Pelo balanceamento + - n Fe = 5n =,5 mol Nº de mols de Fe + na amostra GGE RESPONDE IME 5 Prova Discursiva QUÍMICA

3 º Etapa Reação com zinco: 3 Zn ( s) Fe (aq) Zn (aq) Fe (aq) 3º Etapa Titulação com KMnO 4 : 3 5Fe 8H Mn 5Fe 4HO V 6mL, 5M n, 5 mol n MnO 4 Fe, 75 mol Corresponde ao nº de mols total das espécies Fe + e Fe 3+ da amostra como já conhecemos n Fe + =,5 mol, Então: n Fe 3+ =,75 mol,5 mol =,5 mol,5 mol Assim : Fe, mol / L,5 L 3 Fe, 5 mol,5 L,5 mol / L 6. O oxigênio 5, um isótopo radioativo, é utilizado na tomografia por emissão de pósitrons para avaliar a per sanguínea e o consumo de oxigênio em distintas regiões do cérebro. Sabendo que 5 uma amostra com 7,5g desse isótopo radioativo 8 O produz, 3 emissões de radiação por minuto, determine o tempo para que essa amostra passe a produzir,5 emissões de por minuto. Como a atividade de uma amostra radioativa se reduz a metade para cada tempo de meia-vida, tem-se que: t t A(t) A / t 3 t,5, / t t t,5 t / /,5 t t 3 /, Para calcular o tempo de meia-vida, podem utilizar definição da Constante Radioativa: C m A Cn NA M 3 A M, 5 C m N 3 A 7,5 6 C Estudos cinéticos demonstram que a reação 4A + B + C D + E ocorre em três etapas, segundo o mecanismo a seguir. Etapa : A + B + C F (lenta); Etapa : F + A G (rápida); Etapa 3: G + A D + E (rápida). Os dados cinéticos de quatro experimentos conduzidos à mesma temperatura são apresentados na Tabela. Tabela Dados cinéticos da reação em estudo Experimento Velocidade inicial (mol L - s - ) Concentração inicial das espécies químicas (mol L - ) A B C F G ,5,5 Determine: a) a equação da velocidade da reação; b) a ordem global da reação; c) o valor da constante de velocidade. A velocidade da reação é dada pela Etapa Lenta: a) V = K [A] [B] [C] b) A ordem global da reação é, portanto, igual a 3. c) Pode-se calcular a constante da velocidade a partir de qualquer um dos experimentos. 9 Experimento : 9 K K, 8 6 Experimento : 6 K 9 3 K, Experimento 3: K K, 8 Experimento 4: 3 K K, 9 OBS: Podemos desconsiderar o experimento 4, pois ele resultou numa constante bem diferente das obtidas nos demais experimentos. Acreditamos que tenha sido um erro do enunciado, e que o dado correto para a velocidade inicial nesse experimento seja 3 mol L - s Os reagentes de Grignard são normalmente preparados pela reação de um haleto orgânico e magnésio metálico, em temperaturas não superiores a 5 C. Das quatro reações indicadas abaixo, apenas duas ocorrem realmente. Da relação entre o tempo de meia-vida e a Constante Radioativa: n,7 t, min C 3 Portanto, o tempo decorrido é: t t 4, min Cite os dois reagentes de Grignard que são realmente formados. Considerando as reações desses reagentes com formaldeído em excesso, em solução de éter etílico e posterior acidificação, escreva as fórmulas estruturais dos álcoois formados. GGE RESPONDE IME 5 Prova Discursiva QUÍMICA 3

4 Os dois reagentes de Grignard formados são: a) determine a temperatura do banho térmico na Figura. Justifique sua resposta; b) faça o esboço da Figura 3 no Caderno de Soluções e indique os pontos de (PF) e de ebulição (PE) da solução diluída de poli(metacrilato de butila) em clorofórmio, a kpa; c) justifique, com base na Equação, porque o processo de solidificação do clorofórmio é acompanhado de redução de volume. I) a) Diante do que é mostrado na figura, existem três fases em equilíbrio, o que corresponde ao ponto triplo a uma temperatura de 75 K. b) PKPa II) 9. O poli(metacrilato de butila) é um polímero solúvel em clorofórmio. A kpa, o clorofórmio tem ponto de (PF) igual a K e ponto de ebulição (PE) igual a 334 K, e apresenta estados de agregação definidos conforme o diagrama de fases apresentado na Figura. PF c) Segundo equação : H T V FUSÃO TFUSÃO P PE TK Observando o gráfico, a curva de equilíbrio S L tem uma inclinação com tangente positiva, ou seja: T P Com H, então: V FUSÃO Observe agora, a Figura que representa o clorofórmio confinado em um dispositivo fechado imerso em um banho térmico na situação de equilíbrio térmico e mecânico, e a Figura 3, que apresenta o diagrama de fases de uma solução diluída de poli(metacrilato de butila) em clorofórmio. Conclui-se que: Vsolidificação VFUSÃO. Monóxido de carbono a 473K é queimado, sob pressão atmosférica, com 9% em excesso de ar seco, em base molar, a 773K. Os produtos da combustão abandonam a câmara de reação a 73K. Admita combustão completa e considere que mol de ar é constituído por, mol de oxigênio e,8 mol de nitrogênio. Calcule a quantidade de energia, em kj, que é liberada no decorrer da reação, por mol de monóxido de carbono queimado. Considere que os gases apresentam comportamento ideal. A queima de monóxido de carbono produz dióxido de carbono: CO( g) O(g) CO(g) Considere que o clorofórmio tem calor de ( H) constante e independente da pressão e da temperatura, e que a Equação se aplica ao seu equilíbrio sólido-líquido, em que P = variação de pressão na transição, T = variação de temperatura na transição, T = temperatura de (K) e V = variação de volume na. P H T T V Com base nas informações acima: Equação Portanto, a composição molar da mistura é: INÍCIO FINAL n mols de CO (g) n mols de CO (g),9 /n =,95n mols de O (g),45n mols de O (g),95 4n = 3,8n mols de N (g) 3,8n mols de N (g) Vamos considerar que o CO (g) se forma na temperatura de equilíbrio da amostra inicial. Essa temperatura é dada pela média ponderada das temperaturas iniciais dos componentes, pois todos eles têm o mesmo calor específico: ,75 T eq 7K 5,75 GGE RESPONDE IME 5 Prova Discursiva QUÍMICA 4

5 Considerando que o sistema é adiabático, o calor molar absorvido pelos produtos é: Q =,4 n (73-7) +,3,45n (73-7) +,3 3,8n (73-7) Q =,8n + 7,45n + 6,93n Q = 9,46n Portanto, o calor molar de combustão do CO (g) é: 9,46n Q 9,46KJ/ mol n GGE RESPONDE IME 5 Prova Discursiva QUÍMICA 5

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