INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Cursos de Engenharia Ambiente e Materiais 1º Semestre de º Teste ( ) Duração 2h

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2 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Cursos de Engenharia Ambiente e Materiais 1º Semestre de º Teste ( ) Duração 2h Leia atentamente todas as perguntas antes de principiar a responder. Mesmo quando tal não for mencionado explicitamente, deve justificar o mais completamente possível as suas respostas. I O isocianato de metilo (OCNCH 3 ) é um intermediário na manufactura de muitos pesticidas, que se tornou muito famoso em 1984, quando uma fuga numa fábrica em Bhopal (Índia) matou mais de 2000 pessoas. a) Descreva a ligação química na molécula de OCNCH 3 ; indique hibridações, tipos de ligação, orbitais envolvidas em cada ligação, pares não partilhados e ângulos de ligação. b) Qual das seguintes moléculas deve apresentar maior valor de temperatura de ebulição: A - OCNCH 3 ou B - OCNCOOH? Justifique II a) Recorrendo à teoria do electrão livre (partícula na caixa) calcule o comprimento de onda de absorção do β-caroteno em nm. Comente acerca da concordância entre o valor que calculou e a cor do β-caroteno. b) Sabendo que o valor experimental obtido para este composto é de 488 nm, explique a diferença registada entre o valor teórico calculado com base no modelo da partícula na caixa e o valor experimental. 2 2 n h En = h = 6.63 x J.s m 2 e = x kg 8meL c = x 10 8 m.s -1 d c-c = 141 pm 1pm = m 1nm = 10-9 m III Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório o n-hexano (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) apenas se misturou com tetracloreto de carbono, não sendo miscível com água e metanol. Justifique esta situação, recorrendo ao balanço de forças intermoleculares A-A, B-B e A-B. Considere as seguintes reacções de polimerização 1) n CH 2 CHOH (CH 2 CHOH) n (álcool polivinílico) IV

3 2) Síntese de Mylar a partir de um ácido dicarboxílico e de um diálcool a) Indique o tipo de reacção de polimerização que se verifica em cada uma delas. b)diga, justificando, qual dos dois polímeros apresenta maior temperatura de fusão. a) O ouro e a prata podem formar ligas em toda a grama de solubilidades? Justifique. b) Calcule a densidade em g/cm 3 de uma liga de ouro com 10% de prata e 1% de lacunas, sabendo que o ouro cristaliza numa estrutura Cúbica de faces Centradas. Raio metálico Au = 144 pm N A = 6,023 x partículas/mole V VI a) A estrutura do Cloreto de cádmio (CdCl 2 ) pode ser descrita como uma estrutura CFC de iões Cl - em que os catiões Cd 2+ ocupam interstícios octaédricos. Calcule a fracção de interstícios ocupados. b) Ordene as temperaturas de fusão na série de compostos NaI, NaCl e MgO. Cotação I a 1.5 IV a 0.5 VI a 0.6 b 0.6 b 0.6 b 0.6 II a 0.8 V a 0.5 b 0.2 b 1.1 TOTAL 8.0 III 1.0

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8 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Ambiente 1º Semestre de , 9h 1º Exame ( ) (Duração: 3 horas) Justifique todas as suas respostas É aconselhada a consulta da Tabela Periódica 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos oito electrões de valência do átomo de Crómio (Z = 24) no estado fundamental. I 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (prata (Ag) ou estanho (Sn)) tem maior energia de ionização. II 1 - Descreva a ligação na molécula de HF pela Teoria das orbitais moleculares. 2 - Qual a espécie que apresenta maior energia de ionização: o átomo de F ou a molécula de HF? III 1 - Considere a molécula de N-metilacetamida O CH 3 CNHCH 3. Descreva a ligação química nesta molécula: indique hibridações dos átomos, tipos de ligação, orbitais envolvidas em cada ligação, pares isolados e angulos de ligação. IV 1 Recorrendo à Teoria das bandas diga que metal apresenta um maior ponto de fusão: o Vanádio (V) ou o Níquel (Ni). 2 Calcule a densidade do Brometo de potássio, KBr. Considere que este sal iónico tem como estrutura uma rede CFC de iões Br - em que a totalidade dos interstícios octaédricos está ocupada por iões K +. V 1) Considere a reacção de decomposição do carbonato de cálcio: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Calcule, à temperatura de 25 ºC, o valor de Gº da reacção e o valor da constante de equilíbrio K P. Diga se é ou não exotérmica e espontânea nas condições padrão. 2 - Calcule o ph de uma solução saturada de Ca(OH) 2 (K s = 4.68 x 10-6 ). 3 Indique quais as reacções que ocorrem quando uma peça de ferro é mergulhada durante muito tempo num recipiente com água exposta ao oxigénio ambiente.

9 VI 1 - O sistema π conjugado da molécula do punicico (um ácido gordo poliinsaturado encontrado nas romãs) pode ser descrito pelo modelo do electrão livre na caixa de potencial unidimensional de paredes infinitas. Use esse modelo para prever o comprimento de que poderá excitar a transição 0-0 de mais onda do fotão baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (etileno-glicol) apenas não se misturou (ao misturar volumes iguais) com um dos três solventes à sua disposição (H 2 O, CCl 4 e CH 3 OH). Indique qual o solvente, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos solventes. 3 - Considere a célula de concentração Cu(s) Cu 2+ (0.001M) Cu 2+ (0.1M) Cu(s) a 25ºC. a) Identifique o cátodo e o ânodo. Escreva as reações anódica, catódica e global. b) Calcule a força electromotriz da célula. 4 Gastaram-se 20 ml de uma solução 0.3M de NaOH 25 ml de uma solução de CH 3 COOH. Calcule desta última solução em molaridade e em termos de percentagem em peso (d = 1.01). Cotações: I 1 0,8 val III val V val VI 1 1 val I 2 1,2 val IV val V val VI 2 1 val II val IV 2 2 val V val VI 3 1 val II val VI 4 1 val Dados: E n = n 2 h 2 /(8m e L 2 ) d C-C = 1,41 Å h = 6, J.s m e = 9, kg c = 2, m s -1 1 nm = 10-9 m 1 Å = m 1 pm = m R = J K -1 mol -1 N A =6, mol -1 Eº Cu 2+ /Cu CaCO 3 (s) -1208,2 CaO(s) -635,7 CO 2 (g) -393,6 u = 0.34 V = atm l K -1 mol -1 Hº f (kj mol -1 ) Sº f (J mol -1 ) 92,9 39,8 213,4

10 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia de Materiais 1º Semestre de , 9h 1º Exame ( ) (Duração: 3 horas) Justifique todas as suas respostas É aconselhada a consulta da Tabela Periódica 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos oito electrões de valência do átomo de Crómio (Z = 24) no estado fundamental. 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (prata (Ag) ou estanho (Sn)) tem maior energia de ionização. I II 1 - Descreva a ligação na molécula de HF pela Teoria das orbitais moleculares. 2 - Qual a espécie que apresenta maior energia de ionização: o átomo de F ou a molécula de HF? III 1 - Considere a molécula de N-metilacetamida O CH 3 CNHCH 3. Descreva a ligação química nesta molécula: indique hibridações dos átomos, tipos de ligação, orbitais envolvidas em cada ligação, pares isolados e angulos de ligação. IV 1 Recorrendo à Teoria das bandas diga que metal apresenta um maior ponto de fusão: o Vanádio (V) ou o Níquel (Ni). 2 Calcule a densidade do Brometo de potássio, KBr. Considere que este sal iónico tem como estrutura uma rede CFC de iões Br - em que a totalidade dos interstícios octaédricos está ocupada por iões K +. V 1) Considere a reacção de decomposição do carbonato de cálcio: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Calcule, à temperatura de 25 ºC, o valor de Gº da reacção e o valor da constante de equilíbrio K P. Diga se é ou não exotérmica e espontânea nas condições padrão. 2 - Calcule o ph de uma solução saturada de Ca(OH) 2 (K s = 4.68 x 10-6 ) 3 Indique quais as reacções que ocorrem quando uma peça de ferro é mergulhada durante muito tempo num recipiente com água exposta ao oxigénio ambiente.

11 VI 1 - O sistema π da molécula do punicico (um ácido gordo poliinsaturado encontrado nas romãs) pode ser descrito pelo modelo do electrão livre na caixa de potencial unidimensional de paredes infinitas. Use esse modelo para prever o comprimento de que poderá excitar a transição 0-0 de mais onda do fotão baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (etileno-glicol) apenas não se misturou (ao misturar volumes iguais) com um dos três solventes à sua disposição (H 2 O, CCl 4 e CH 3 OH). Indique qual o solvente, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos solventes. 3 - Considere a célula de concentração Cu(s) Cu 2+ (0.001M) Cu 2+ (0.1M) Cu(s) a 25ºC. a) Identifique o cátodo e o ânodo. Escreva as reações anódica, catódica e global. b) Calcule a força electromotriz da célula. 4 - Na aula de laboratório efectuou uma montagem em que ligou um prego de ferro a uma barra de zinco com um fio metálico e mergulhou ambas as peças num gel com dois indicadores: um indicador de OH - (fenolftaleína cor carmim) e um indicador da presença de Fe 2+ ( ferricianeto de potássio cor azul). a) Justifique o facto de, nesta experiência não aparecer cor azul em torno do prego. b) O que acontece se retirar a barra de zinco totalmente para fora da solução e a secar completamente, mantendo a ligação com um fio ao prego? Justifique. Cotações: I 1 0,8 val III val V val VI 1 1 val I 2 1,2 val IV val V val VI 2 1 val II val IV 2 2 val V val VI 3 1 val II val VI 4a 0.6 val VI 4b 0.4 val Dados: E n = n 2 h 2 /(8m e L 2 ) d C-C = 1,41 Å h = 6, J.s m e = 9, kg c = 2, m s -1 1 nm = 10-9 m 1 Å = m 1 pm = m N A =6, mol -1 R = J K -1 mol Eº Cu /Cu = 0.34 V Eº Zn /Zn = V Eº Fe /Fe = V CaCO 3 (s) -1208,2 CaO(s) -635,7 CO 2 (g) -393,6 = atm l K -1 mol -1 Hº f (kj mol -1 ) Sº f (J mol -1 ) 92,9 39,8 213,4

12 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Ambiente 1º Semestre de , 9h 2º Exame ( ) (Duração: 3 horas) Justifique todas as suas respostas É aconselhada a consulta da Tabela Periódica 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos seis electrões de valência do átomo de Urânio (Z = 92) no estado fundamental. 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (Titânio (Ti) ou Crómio (Cr)) tem maior raio atómico. 1 - Descreva a ligação na molécula de N 2 pela Teoria das orbitais moleculares (considere que na formação da molécula ocorre mistura s-p). 2 Ordene as seguintes espécies por ordem de energia de ligação: N 2, N 2 2-, N 2 +. H III H 2 C C 1 - Considere a molécula de acrilonitrilo. Descreva a ligação química nesta molécula: indique hibridações dos C N ligação, orbitais envolvidas em cada ligação, pares isolados e angulos de ligação. I II átomos, tipos de 2 Esta molécula está na origem de um polímero de adição, o poliacrilonitrilo, usado na indústria textil. Represente uma cadeia sindiotática deste polímero com 5 meros. IV 1 Qual destes compostos iónicos apresenta maior ponto de fusão: Al 2 O 3 ou NaCl? Justifique. 2 Calcule a densidade de uma liga de cobre com 10% de níquel. 1) Considere a reacção de cloração do etano: C 2 H 6 (g) + Cl 2 (g) <---> C 2 H 5 Cl(s) + HCl(g) a) Se adicionarmos 6 moles de C 2 H 6 (g) and 6 moles de Cl 2 (g) num reactor de 3 litros a 10 C, determine as concentrações de reagentes e produtos no equilíbrio. K c para esta reacção a 10 C tem o valor b) Diga se esta reacção a 10ºC é espontânea. Justifique V 2) O sulfato de estrôncio e o fluoreto de estrôncio apresentam os seguintes valores de K s : K s (SrSO 4 )=7.6x10-7; K s (SrF 2 =7.9x10-10 ). a) Calcule a solubilidade do SrSO 4 em água. b) Se adicionarmos Sr(NO 3 ) 2 (aq) a 1.0 L de solução contendo mol de F - e 0.10 mol de SO 4 2- qual dos sais anteriores precipita primeiro? Justifique. 3 Calcule a concentração de uma solução de Ca(OH) 2 (base forte), sabendo que apresenta um ph igual a 10 a 25ºC.

13 VI 1 - O ácido α-linolélico é uma ácido gordo poliinsaturado, rico em omega-3. O seu sistema π conjugado pode ser descrito pelo modelo do electrão livre na caixa de potencial unidimensional de paredes infinitas. Use esse modelo para prever o comprimento de onda do fotão que poderá excitar a transição de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (hexano CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) apenas se misturou (ao misturar volumes iguais) com um dos três solventes à sua disposição (H 2 O, CCl 4 e CH 3 OH). Indique qual o solvente, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos três solventes. 3 - Considere a célula galvânica Cu(s) Cu 2+ (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. a) Identifique o cátodo e o ânodo. Escreva as reações anódica, catódica e global. b) Calcule a força electromotriz da célula. 4 Calcule o volume necessário de uma solução 0.3M de NaOH para titular 25 ml de uma solução de CH 3 COOH 0.5 M. Calcule a concentração desta última solução em termos de percentagem em peso (d = 1.01). Cotações: I 1 0,6 val III 1 2,5 val V 1a 1,8 val VI 1 1 val I 2 1,2 val III 2-1,0 val V 1a 0,7 val VI 2 1 val II 1 2,5 val IV 1 0,8 val V 2a 1.0 val VI 3a 0.4 val II 2 0,7 val IV 2 1,7 val V 2b 0,5 val VI 3b 0.6 val V val VI 4 1 val Dados: E n = n 2 h 2 /(8m e L 2 ) d C-C = 1,41 Å h = 6, J.s m e = 9, kg c = 2, m s -1 1 nm = 10-9 m 1 Å = m 1 pm = m R = J K -1 mol -1 = atm l K -1 mol -1 N A =6, mol -1 Eº Cu2+/Cu = 0.34 V Eº Ag+/Ag = 0.80 V

14 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia de Materiais 1º Semestre de , 9h 2º Exame ( ) (Duração: 3 horas) Justifique todas as suas respostas É aconselhada a consulta da Tabela Periódica 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos seis electrões de valência do átomo de Urânio (Z = 92) no estado fundamental. 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (Titânio (Ti) ou Crómio (Cr)) tem maior raio atómico. 1 - Descreva a ligação na molécula de N 2 pela Teoria das orbitais moleculares (considere que na formação da molécula ocorre mistura s-p). 2 Ordene as seguintes espécies por ordem de energia de ligação: N 2, H N 2-2, N + 2. H 2 C C III C 1 - Considere a molécula de acrilonitrilo. Descreva a ligação química nesta molécula: indique hibridações dos átomos, tipos de ligação, orbitais envolvidas em cada ligação, pares isolados e angulos de ligação. I II 2 Esta molécula está na origem de um polímero de adição, o poliacrilonitrilo, usado na indústria textil. Represente uma cadeia sindiotática deste polímero com 5 meros. IV 1 Qual destes compostos iónicos apresenta maior ponto de fusão: Al 2 O 3 ou NaCl? Justifique. 2 Calcule a densidade de uma liga de cobre com 10% de níquel. 1) Considere a reacção de cloração do etano: C 2 H 6 (g) + Cl 2 (g) <---> C 2 H 5 Cl(s) + HCl(g) a) Se adicionarmos 6 moles de C 2 H 6 (g) and 6 moles de Cl 2 (g) num reactor de 3 litros a 10 C, determine as concentrações de reagentes e produtos no equilíbrio. K c para esta reacção a 10 C tem o valor b) Diga se esta reacção a 10ºC é espontânea. Justifique V N 2) O sulfato de estrôncio e o fluoreto de estrôncio apresentam os seguintes valores de K s : K s (SrSO 4 )=7.6x10-7; K s (SrF 2 =7.9x10-10 ). a) Calcule a solubilidade do SrSO 4 em água. b) Se adicionarmos Sr(NO 3 ) 2 (aq) a 1.0 L de solução contendo mol de F - e 0.10 mol de SO 4 2- qual dos sais anteriores precipita primeiro? Justifique. 3 Calcule a concentração de uma solução de Ca(OH) 2 (base forte), sabendo que apresenta um ph igual a 10 a 25ºC.

15 VI 1 - O ácido α-linolélico é uma ácido gordo poliinsaturado, rico em omega-3. O seu sistema π conjugado pode ser descrito pelo modelo do electrão livre na caixa de potencial unidimensional de paredes infinitas. Use esse modelo para prever o comprimento de onda do fotão que poderá excitar a transição de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (hexano CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) apenas se misturou (ao misturar volumes iguais) com um dos três solventes à sua disposição (H 2 O, CCl 4 e CH 3 OH). Indique qual o solvente, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos três solventes. 3 - Considere a célula galvânica Cu(s) Cu 2+ (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. a) Identifique o cátodo e o ânodo. Escreva as reações anódica, catódica e global. b) Calcule a força electromotriz da célula. 4 Descreva sucintamente a experiência que efectuou no laboratório demonstrativa da protecção contra a corrosão por potencial imposto. Apresente e justifique os resultados da mesma. Cotações: I 1 0,6 val III 1 2,5 val V 1a 1,8 val VI 1 1 val I 2 1,2 val III 2-1,0 val V 1a 0,7 val VI 2 1 val II 1 2,5 val IV 1 0,8 val V 2a 1.0 val VI 3a 0.4 val II 2 0,7 val IV 2 1,7 val V 2b 0,5 val VI 3b 0.6 val V val VI 4 1 val Dados: E n = n 2 h 2 /(8m e L 2 ) d C-C = 1,41 Å h = 6, J.s m e = 9, kg c = 2, m s -1 1 nm = 10-9 m 1 Å = m 1 pm = m R = J K -1 mol -1 = atm l K -1 mol -1 N A =6, mol -1 Eº Cu2+/Cu = 0.34 V Eº Ag+/Ag = 0.80 V