IME 2010/2011 PROVA DISCURSIVA 4º DIA

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1 IME 010/011 PRVA DISCURSIVA 4º DIA Química... 5

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3 QUÍMICA ATMÍSTICA 108 a) X é isótono de Q 46 (possui 6 nêutrons) e isóbaro de Z (possui 109 núcleons), portanto, apresenta número de prótons igual a: = 47. Assim, o número atômico de X é 47. b) A configuração eletrônica do elemento 47 X, de acordo com o princípio de construção, é: 47X = [ 36Kr] 5s 4d 9 A partir desta configuração, é possível denotar que este elemento é do 5º período e da família 1B ou 11 da Tabela Periódica. c) Este elemento, porém, possui configuração eletrônica anômala, devido à inversão energética entre os subníveis 5s e 4d. Por isso, sua configuração no estado fundamental é: 47X = [ 36Kr] 4d 10 5s 1 d) elétron desemparelhado, portanto, encontra-se no subnível 5s. s números quânticos pedidos são: Número quântico principal: n = 5 Número quântico magnético: m = 0 1 5s Número quântico azimutal: = 0 5

4 RADIATIVIDADE decaimento radioativo obedece à lei cinética de primeira ordem, sendo a constante radioativa igual à razão entre ( n) e o tempo de meia-vida ( t 1 ) da espécie em decaimento. Assim: (I) (II) N = U 35 n k1 t No U 35 N n = k t No U 38 U 38 Subtraindo (I) de (II), temos: NU 35 = quantidade de matéria de U 35 hoje NoU 35 = quantidade de matéria de U 35 na criação da Terra NU 38 = quantidade de matéria de U 38 hoje NoU 38 = quantidade de matéria de U 38 na criação da Terra t = idade da Terra n(n U 38) n ( NoU 38 ) n(no U 35) + n(n U 35) = (k 1 k )t. Como, U 38 n n(n U 38) n(n U 35) = t Como, Então, ( 1 ) ( t1 ) N(U 35) = 0,007 N(U) N(U 38) = 0,998 N(U) U 35 U 38 0,998 N(U) = 0,007 N(U) 10 n(137,9) = 8,3 10 t 10 n 8,3 10 t 4,9 t = = 10 8, ,96 10 a A idade do planeta é 5, anos. No = No U 35, então: n N U t n ( n) t N = U 35 t1 t1 U 35 U 38 As equações balanceadas são: ESTEQUIMETRIA (1) 3Cu (s) + 8HN 3(DIL) 3Cu(N 3) (aq) + 4H ( ) + N (g) () Cu (s) + 4HN 3(CNC) Cu(N 3) (aq) + H ( ) + N (g) a) processo (1) é mais econômico, pois requer uma quantidade de HN 3, em mols, que é 8/3 do número de mols de cobre. Por outro lado, o processo () requer uma quantidade de HN 3 quatro vezes maior que a de cobre, em mols. 6

5 b) Pelo processo (1): 8 63g HN m(hn ) 3 31= 0kgCu 3 63,5g Cu Pelo processo (): 4 63g HN m(hn ) 3 3= 0kgCu 63,5g Cu A economia de HN 3 é dada por: m (HN 3) = m (HN 3) m (HN 3) m(hn 3) = 4 kg 3 63,5 m(hn 3) = 6kg PRPRIEDADES CLIGATIVAS REAÇÕES RGÂNICAS Usando a relação para o abaixamento da temperatura de congelação, temos: m t C = K C W t C = K C 1 K m M C 1 5,1 8,90 1 = M 18g/mol. M1 m tc m 1 = 1,39 0,56 A massa molar sugere um hidrocarboneto de fórmula C 10H 8, como o naftaleno. Caso houvesse uma cadeia lateral acíclica, esta deveria ter insaturações que sofreriam reações de adição, ao invés da monossubstituição sugerida no enunciado. Logo, realizando a nitração do naftaleno, temos: HN 3 /H S 4 N α-nitronaftaleno HN 3 /H S 4 N β-nitronaftaleno 7

6 CINÉTICA QUÍMICA Admitindo que o queimador é alimentado por n mols de C 1H 6 e que todos os produtos são gasosos, temos: C1H 37 6( ) + (g) 1C(g) + 13H (g) 37 Início: n 1, 4 n 0 0 Variação: n 37 n +1n +13n Final: 0 0, 37n 1n 13n Note que o número de mols inicial do é 40% maior que o necessário para a combustão completa, que seria de 37n. número de mols de N que alimenta o queimador é: 37n 1, 4 n (N ) = 80% =,8 37n 0% Ao final do processo, o número de mols total é dado por: n f = 0, 37n + 1n + 13n +,8 37n = 136n A taxa de saída de gases pode ser obtida assim: 0,6 mol/min v = 136n n v = 81,6mol/min A reação que ocorre é: H C C (CH ) 8 CH 3 ESTEQUIMETRIA HC C (CH ) 4 CH CH CH 3 + 3NaH H C C (CH ) 10 CH 3 8

7 H C H C (I) H HC H + H CH 3 (CH ) 8 C + Na CH 3 CH CH (CH ) 4 + CH 3 (CH ) 10 C A massa utilizada do triacilglicerol formado pelos ácidos citados é igual à sua massa molar, então essa massa é igual a 55g. A massa de NaH utilizada é equivalente à massa de 3 mols de NaH. Logo, a massa utilizada de NaH é 10g. A massa total de reagentes é 55g + 10g = 67g. De acordo com a Lei de Conservação das Massas de Lavoisier, a massa dos reagentes é igual à massa dos produtos, em sistema fechado. Logo, a massa total dos produtos é 67g. Calculemos, agora, o percentual em massa dos produtos. I) Glicerina (produto (I)): M = 9g/mol Como foi produzido 1 mol de glicerina, o percentual é: % = 9g 100% = 13,69% glicerina 67g Na C Na (II) (IV) (III) II) Decanoato de sódio (produto (II)): M = 194g/mol Como foi produzido 1 mol deste produto, o percentual é: 194g % = 100% = 8,87% decanoato de sódio 67g III) IV) -octenoato de sódio (produto (III)): M = 164g/mol Como foi produzido 1 mol deste produto, o percentual é: 164g % = 100% = 4,40% -octenoato de sódio 67g Dodecanoato de sódio (produto (IV)): M = g/mol Como foi produzido 1 mol deste produto, o percentual é: % = g 67g 100% = 33,04% dodecanoato de sódio 9

8 REAÇÕES RGÂNICAS bserve a sequência de reações: I. II. III. IV. 10

9 V. VI. VII. VIII. IX. X. 11

10 ELETRQUÍMICA a) As semirreações de oxidação e de redução da pilha são: ( ) ânodo : Zn + H Zn(H) + Ze (1) ( + ) cátodo : 1 + H + e H () reação global: Zn 1 H Zn( H) + + (3) Como Zn(H) se decompõe, temos: Zn(H) Zn + H (4) Logo, a reação global é: Zn + 1 Zn (5) valor da d.d.p. é calculado por (observe que a questão forneceu o potencial de oxidação do zinco, enquanto trabalhase apenas com os redução): d.d.p. = E 0 0 E 1 = 0,40 ( 1,5) = 1,65V b) A carga da bateria é de 160mAh, que equivale a 576C, ou seja, aproximadamente 6mF. A massa de zinco requerida é dada por: 3 65,4g de Zn mzn = 6 10 mol de e = 0,196g mol de e A) bserve as estruturas dos tautômeros. ESTRUTURAS RGÂNICAS E ISMERIA H C C CH C CH H H 1

11 H 3 C C CH C CH H H H 3 C C CH C CH 3 H C C CH C CH 3 H pentan-,4-diona H 3 C C CH C CH 3 H H 3 C C C C CH 3 H H B) aldeído benzoico não apresenta tautômeros, pois não há hidrogênio no carbono α. C H A questão envolve o equilíbrio de ionização da água: EQUILÍBRIS IÔNICS NaH (aq) Na + (aq) + H (aq) 10 7 M 10 7 M H ( ) H 3 + (aq) + H (aq) x x Substituindo no produto iônico da água, temos: [H 3 + ][H ] = x( x) = x x = 0 x = 6, 10 8 mol/l = [H 3 + ] Assim: ph = log[h 3 + ] = log 6, 10 8 = 7,1. bserve que o estudante da questão não levou em consideração a [H ] proveniente do solvente, encontrando, portanto, um resultado absurdo. 13

12 ANTAÇÕES PABL 3/11/010 REV.: 14