Avaliação para Seleção de Mestrado em Agroquímica I. Número ou código do(a) candidato(a): INSTRUÇÕES

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1 Universidade Federal de Viçosa Departamento de Química Programa de Pós-Graduação em Agroquímica Avaliação para Seleção de Mestrado em Agroquímica I Número ou código do(a) candidato(a): INSTRUÇÕES 1. A avaliação terá duração de 3,5 horas (três horas e meia). 2. Só serão consideradas as resoluções e respostas apresentadas em caneta azul ou preta. Resoluções ou respostas em lápis comum não serão consideradas na correção. 3. Para cálculos, é permitido o uso de calculadora científica. 4. Utilize os espaços indicados em cada questão para suas respostas. 5. O verso de cada folha desta avaliação poderá ser usado como rascunho, mas qualquer informação apresentada não será considerada na correção e nota final. 6. Há formulário, fatores de conversão e tabela periódica ao final da avaliação para consulta. Nenhum outro material poderá ser consultado. 1/14

2 Questão 1 Considere uma situação inicial em que 1 mol de um gás ideal (cuja capacidade calorífica a volume constante, C, é igual a 2,5 R, onde R é a constante universal dos gases) se encontra v a 100 atm de pressão numa temperatura de 100 C. Esta massa gasosa pode ser submetida a processos de expansão segundo diferentes mecanismos. Considere os seguintes casos: (a) O gás expande-se isotermicamente até um estado final, e durante este processo uma quantidade de calor equivalente a 2000 J é fornecida ao sistema gasoso; (b) O gás expande-se adiabaticamente até um estado final cujo volume é igual ao volume atingido no caso (a) acima. Analise os processos e responda às questões abaixo, mostrando como seus resultados foram atingidos. Represente os dois processos acima em um mesmo diagrama Pressão versus Volume. (ii) Qual o volume final, em litros, atingido em ambos os processos? (iii) Qual a pressão final, em atmosferas, atingida em cada caso descrito acima? 2/14

3 Questão 1: Continuação (iv) Qual a temperatura final, em graus Celsius, atingida pelo gás na expansão adiabática? (v) Quais os valores de Q (calor), W (trabalho), U (variação de energia interna) e S (variação de entropia) em cada caso descrito acima? 3/14

4 Questão 2 Considere uma reação descrita por: A + B C + D Para esta reação, a 25 C, são conhecidos os seguintes dados (onde V 0 é a velocidade inicial de reação com base nas concentrações iniciais dos reagentes mostradas na tabela): [A] 0 / (mol dm -3 ) [B] 0 / (mol dm -3 ) V 0 / (mol dm -3 s -1 ) 1, , , , , , , , , , , , Qual a expressão (literal) geral da lei de velocidade para esta reação? (ii) Mostre, com base nos dados fornecidos, que a ordem global da reação é 2. 4/14

5 Questão 2: continuação (iii) Mostre como se calcular as ordens parciais da reação com relação a cada reagente, e quais são esses valores. (iv) Qual o valor da constante reacional a 25 C (cuidado com a sua unidade)? 5/14

6 Questão 3 Preparar 250 ml de solução tampão ácido acético/acetato em ph 4,0, de maneira que a concentração total seja igual a 0,20 mol L -1, a partir de uma solução de ácido acético 4,5 mol L -1 e acetato de sódio 2,0 mol L -1. Dado: pka = 4,76 (se necessário: o = 0,8519). Escreva a(s) equação(ões) química(s) envolvida(s). (ii) Escreva a equação de balanço de carga da solução. (iii) Qual a concentração de ácido acético e acetato na solução final? 6/14

7 Questão 3: continuação (iv) Qual o volume de cada solução necessária para preparar o tampão? (v) Se essa solução fosse preparada utilizando-se uma solução de ácido acético 4,5 mol L -1, e outra de hidróxido de sódio 2,0 mol L -1, qual o volume de cada solução necessária para preparar o tampão? 7/14

8 Questão 4 Para avaliar a eficiência da determinação de DQO (Demanda Química de Oxigênio) por oxidação total da matéria orgânica com dicromato e titulação do excesso de dicromato (Cr 2 O 7 2- ) com ferro(ii), foi utilizado 0,43 mmol de glicose (C 6 H 12 O 6 ) em 25 ml de dicromato 0,1 mol L -1 em meio ácido. A solução foi titulada com ferro(ii) 0,152 mol L -1. Escrevas as semi-reações (de redução ou de oxidação): (a) Dicromato / Cr(III) (b) Glicose / CO 2 (c) Fe 2+ / Fe 3+ (ii) Qual o número de mol de dicromato consumido? (iii) Qual o volume de solução de ferro(ii) 0,0152 mol L -1 que deve ser gasto? (iv) Qual seria um padrão primário recomendado para a titulação de dicromato com ferro(ii)? 8/14

9 Questão 5 A partir dos dados presentes na tabela abaixo forneça o que se pede: Tabela 1. Entalpia de dissociação, H d (kj mol 1 ), e comprimento médio da ligação, d (Å), para espécies químicas diversas Espécie H d / (kj mol 1 )* d / Å* CO 931 1,05 CO ,20 2 CO ,34 CCl ,89 N ,10 N ,21 O 2 A B O ,44 *Valores referentes a uma ligação química. Fonte: J.E. Huheey et al., Inorganic Chemistry, 4 th ed., Represente as estruturas de Lewis e fórmulas estruturais para o monóxido de carbono e o ozônio, além dos íons carbonato e nitreto. (ii) Faça a previsão da geometria e dos ângulos entre as ligações presentes nas espécies CO 3 2, N 3 e O 3, segundo o modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência. 9/14

10 Questão 5: continuação (iii) Com base na Teoria de Ligação da Valência, TLV, prediga os ângulos entre as ligações presentes. Também com base na TLV explique por que as ligações da molécula CCl 4 têm o mesmo comprimento médio. (iv) Explique a tendência observada para os valores de H d e d referentes às espécies CO, CO 2 e CO 3 2. (v) Os valores de A e B para a molécula de O 2 são iguais, menores ou maiores que os valores de H d e d observados para a molécula de O 3? Justifique. 10/14

11 Questão 6 A molécula de óxido nítrico, NO, tem um comprimento médio de ligação de 1,15 Å. Além disso, as seguintes observações sobre essa espécie são verificadas: (a) O processo de ionização desta molécula origina a espécie NO + com distância média da ligação ligeiramente menor, cerca de 1,06 Å. (b) Em contraste, a adição de um elétron causa uma diminuição na ordem de ligação e um aumento considerável no comprimento da ligação. Baseando-se nestas informações e na Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM), forneça o que se pede: Represente qualitativamente o diagrama de energia correspondente à referida molécula. (ii) Justifique as observações (a) e (b) citadas no enunciado. 11/14

12 Questão 7 Considere os compostos 1, 2, 3 e 4 e responda o que se pede sobre as propriedades desses compostos: H O O Qual(is) dos compostos daria(m) teste positivo com água de bromo? Explique o fundamento químico desse ensaio. (ii) Qual(is) composto(s) seria(m) identificado(s) pelo teste de Tollens? Explique o fundamento químico desse ensaio. 12/14

13 Questão 8 As pironas (5) e (6) foram isoladas do organismo marinho Placida dendritica, e possuem atividade antitumoral. Sobre essas substâncias, pede-se: OH OMe O O O O 5 6 A reação do composto 5 com solução diluída de hidróxido de sódio gera um ânion. Escreva a estrutura desse ânion. (ii) A configuração absoluta (R/S) do único carbono estereogênico dessas pironas é: (iii) Escreva na estrutura 6 a estereoquímica (E ou Z) das ligações duplas carbonocarbono. (iv) Escreva a reação de formação da substância 6 a partir da pirona 5 fornecendo os reagentes, solventes e as condições necessárias para que a reação se processe. 13/14

14 Fatores de Conversão e Formulário 1 N = 1 kg m s -2 1 cal = 4,184 J = 4,184 N m T(K) = t(ºc) + 273,15 R = 8,314 J K -1 mol -1 = 0,082 atm L K -1 mol -1 1 atm = 760 mmhg = 760 Torr = Pa = N m -2 1 bar = 10 5 Pa 1000 cm 3 = 1 L = 1 dm 3 1 m = 1000 mm 1 J = 1 N m = 1 kg m 2 s -2 U = Q + W dw = P dv 1 L = 1000 cm 3 = 10-3 m 3 Q P = H = n H = n C P Q V = U = n U = n C V ds dq T rev Equações de Poisson: V2 V 1 ( 1) T T 1 2 P1 P 2 1 ( ) T T 1 2 1V1 P2V2 P C C p v Para gases ideais: C p C v = R 14/14