Revisão R4 FUVEST. Profº Almir Química. 1. (Fuvest 2016)

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1 1. (Fuvest 016) O Canal do Panamá liga os oceanos Atlântico e Pacífico. Sua travessia é feita por navios de carga genericamente chamados de Panamax, cujas dimensões devem seguir determinados parâmetros, para não causar danos ao Canal ou à própria embarcação. Considere um Panamax em forma de um paralelepípedo reto-retângulo, com 00 m de comprimento e 0 m de largura. Quando esse navio, carregado, ainda está no mar do Caribe, no Oceano Atlântico, seu calado, que é a distância entre a superfície da água e o fundo do casco, é de 10 m. O calado varia conforme a densidade da água na qual o navio está navegando, e essa densidade, por sua vez, depende da concentração de cloreto de sódio na água. O gráfico acima apresenta a variação da densidade da água do mar, a 5 C, em função da concentração de NaC, em mol L. a) Calcule a massa de água deslocada por esse navio, quando ainda está no mar do Caribe, sabendo que concentração de cloreto de sódio nesse mar é 5 g L. A concentração salina no interior do Canal é menor do que no mar do Caribe, pois o Canal é alimentado por um grande lago de água doce. b) Considerando que a densidade da água no interior do Canal é 1,0 g ml e que o calado máximo permitido no interior do Canal é de 1 m, o Panamax citado poderá cruzar o Canal em segurança? Explique, mostrando os cálculos. Note e adote: massa molar (g mol) : NaC 58 temperatura média da água do mar do Caribe: 5 C 14. (Fuvest 01) Em uma reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 4, 10 Hz, ocorreu a formação de 180 g de glicose. Determine a) o número N de mols de glicose produzido na reação; b) a energia E de um fóton de luz vermelha; c) o número mínimo n de fótons de luz vermelha necessário para a produção de 180 g de glicose; d) o volume V de oxigênio produzido na reação (CNTP). Note e adote: 6HO 6CO energia C6H1 O6 6O ; Massas molares: H (1g/mol), C (1g/mol), O (16g/mol); 4 Energia do fóton: E h f; Constante de Planck: h 6,6 10 J s; Nessa reação são necessários 800 kj de energia para a formação de um mol de glicose; 1 mol de gás ocupa,4 L (CNTP Condições Normais de Temperatura e Pressão).. (Fuvest 017) Uma das formas de se medir temperaturas em fase gasosa é por meio de reações com constantes de equilíbrio muito bem conhecidas, chamadas de reações-termômetro. Uma dessas reações, que ocorre entre o ânion tiofenolato e o,,-trifluoroetanol, está representada pela equação química 018

2 Para essa reação, foram determinados os valores da constante de equilíbrio em duas temperaturas distintas. Temperatura (K) Constante de equilíbrio , ,4 10 a) Essa reação é exotérmica ou endotérmica? Explique, utilizando os dados de constante de equilíbrio apresentados. b) Explique por que, no produto dessa reação, há uma forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion. 4. (Fuvest 016) Águas que apresentam alta concentração de íons Ca ou Mg dissolvidos são chamadas de águas duras. Se a concentração total desses íons for superior a 100 mg L, tais águas não podem ser utilizadas em tubulações de máquinas industriais, devido à obstrução dos tubos causada pela formação de sais insolúveis contendo esses íons. Um químico deverá analisar a água de uma fonte, isenta de íons Mg, mas contendo íons Ca, para verificar se é adequada para uso em uma indústria. Para tal, uma amostra de 00 ml de água dessa fonte foi misturada com uma solução de carbonato de sódio (NaCO ), em quantidade suficiente para haver reação completa. O sólido formado foi cuidadosamente separado, seco e pesado. A massa obtida foi 0,060 g. a) Escreva a equação química, na forma iônica, que representa a formação do sólido. b) A água analisada é adequada para uso industrial? Justifique, mostrando os cálculos. Note e adote: Massas molares (g mol) C...1 O...16 Na... Ca (Fuvest 016) A oxidação de SO a SO é uma das etapas da produção de ácido sulfúrico. Em uma indústria, diversas condições para essa oxidação foram testadas. A tabela a seguir reúne dados de diferentes testes: Número do teste Reagentes Pressão (atm) Temperatura ( C) 1 SO (g) excesso de O (g) excesso de SO (g) O (g) excesso de SO (g) ar SO (g) excesso de ar a) Em qual dos quatro testes houve maior rendimento na produção de SO? Explique. b) Em um dado instante t, 1 foram medidas as concentrações de SO, O, e SO em um reator fechado, a 1000 C, obtendo-se os valores: [SO ] 1,0 mol L; [O ] 1,6 mol L;[SO ] 0 mol L. Considerando esses valores, como é possível saber se o sistema está ou não em equilíbrio? No gráfico abaixo, represente o comportamento das concentrações dessas substâncias no intervalo de tempo entre t 1 e t, considerando que, em t, o sistema está em equilíbrio químico. 018

3 Note e adote: Para a reação dada, Kc 50 a 1000 C 6. (Fuvest 016) Em uma oficina de galvanoplastia, uma peça de aço foi colocada em um recipiente contendo solução de sulfato de cromo (III) [Cr (SO 4) ], a fim de receber um revestimento de cromo metálico. A peça de aço foi conectada, por meio de um fio condutor, a uma barra feita de um metal X, que estava mergulhada em uma solução de um sal do metal X. As soluções salinas dos dois recipientes foram conectadas por meio de uma ponte salina. Após algum tempo, observou-se que uma camada de cromo metálico se depositou sobre a peça de aço e que a barra de metal X foi parcialmente corroída. A tabela a seguir fornece as massas dos componentes metálicos envolvidos no procedimento: Massa inicial (g) Massa final (g) Peça de aço 100,00 10,08 Barra de metal X 100,00 96,70 a) Escreve a equação química que representa a semirreação de redução que ocorreu neste procedimento. b) O responsável pela oficina não sabia qual era o metal X, mas sabia que podia ser magnésio (Mg), zinco (Zn) ou manganês (Mn), que formam íons divalentes em solução nas condições do experimento. Determine, mostrando os cálculos necessários, qual desses três metais é X. Note e adote: massas molares (g mol) Mg...4 Cr...5 Mn...55 Zn (Fuvest 015) A dieta de jogadores de futebol deve fornecer energia suficiente para um bom desempenho. Essa dieta deve conter principalmente carboidratos e pouca gordura. A glicose proveniente dos carboidratos é armazenada sob a forma do polímero glicogênio, que é uma reserva de energia para o atleta. Certos lipídios, contidos nos alimentos, são derivados do glicerol e também fornecem energia. 018

4 a) Durante a respiração celular, tanto a glicose quanto os ácidos graxos provenientes do lipídio derivado do glicerol são transformados em CO e HO. Em qual destes casos deverá haver maior consumo de oxigênio: na transformação de 1mol de glicose ou na transformação de 1mol do ácido graxo proveniente do lipídio cuja fórmula estrutural é mostrada acima? Explique. Durante o período de preparação para a Copa de 014, um jogador de futebol recebeu, a cada dia, uma dieta contendo 600 g de carboidrato e 80 g de gordura. Durante esse período, o jogador participou de um treino por dia. b) Calcule a energia consumida por km percorrido em um treino (kcal / km), considerando que a energia necessária para essa atividade corresponde a da energia proveniente da dieta ingerida em um dia. Dados: Energia por componente dos alimentos: Carboidrato... 4 kcal / g Gordura... 9 kcal / g Distância média percorrida por um jogador: 5000 m / treino 8. (Fuvest 015) Coloca-se para reagir, em um recipiente isolado e de volume constante, um mol de gás hidrogênio e um mol de vapor de iodo, ocorrendo a formação de HI (g), conforme representado pela equação química Atingido o equilíbrio químico, a uma dada temperatura (mantida constante), as pressões parciais das substâncias envolvidas satisfazem a igualdade PHI PH P 55 I a) Calcule a quantidade de matéria, em mol, de HI (g) no equilíbrio. b) Expresse o valor da pressão parcial de hidrogênio como função do valor da pressão total da mistura, no equilíbrio. 9. (Fuvest 015) A figura abaixo ilustra as estabilidades relativas das espécies que apresentam estado de oxidação e 4 dos elementos da mesma família: carbono, silício, germânio, estanho e chumbo. 018

5 As estabilidades relativas podem ser interpretadas pela comparação entre potenciais padrão de redução das espécies 4 formando as espécies, como representado a seguir para os elementos chumbo (Pb), germânio (Ge) e estanho (Sn) : Os potenciais padrão de redução dessas três semirreações, E 1, E e E, foram determinados experimentalmente, obtendo se os valores 0,1 V, 0,094 V e 1,5 V, não necessariamente nessa ordem. Sabe se que, quanto maior o valor do potencial padrão de redução, maior o caráter oxidante da espécie química. a) Considerando as informações da figura, atribua, na tabela a seguir, os valores experimentais aos potenciais padrão de redução E 1, E e E. Valor experimental em volt E 1 E E b) O elemento carbono pode formar óxidos, nos quais a proporção entre carbono e oxigênio está relacionada ao estado de oxidação do carbono. Comparando os óxidos CO e CO, qual seria o mais estável? Explique, com base na figura apresentada acima. 10. (Fuvest 015) O hidrogênio tem sido apontado como possível fonte de energia do futuro. Algumas montadoras de automóveis estão construindo carros experimentais que podem funcionar utilizando gasolina ou hidrogênio líquido como combustível. Considere a tabela a seguir, contendo dados obtidos nas mesmas condições, sobre a energia específica (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 g de combustível) e o conteúdo de energia por volume (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 L de combustível), para cada um desses combustíveis: Combustível Energia Específica (kj / g) Gasolina Líquida 47 5 Hidrogênio Líquido Conteúdo de energia por volume (10 kj / L) a) Com base nos dados da tabela, calcule a razão entre as densidades da gasolina líquida e do hidrogênio líquido (d d ). Mostre os cálculos. gasolina( ) hidrogênio( ) b) Explique por que, embora a energia específica do hidrogênio líquido seja maior do que a da gasolina líquida, o conteúdo de energia por volume do hidrogênio líquido é menor do que o da gasolina líquida. 018

6 Gabarito: Resposta da questão 1: a) A concentração de cloreto de sódio nesse mar é 5,0g L. A partir deste valor e da massa molar do cloreto de sódio pode-se calcular a concentração em mol L. Concentração comum Concentração molar Massa molar Concentração comum Concentração molar Massa molar M NaC 58 g / mol 5 g / L Concentração molar (NaC ) 0,60448 mol / L 58 g / mol Concentração molar (NaC ) 0,6 mol / L A partir do gráfico calcula-se a densidade: d 1,0 g / ml 1.00 g / L 1.00 g / 10 m d 1.00 kg / m Considerando o Panamax em forma de um paralelepípedo reto-retângulo, com 00 m de comprimento e 0 m de largura e calado de 10 m, pode-se calcular o volume imerso do navio. Vimerso 00 m0 m10 m m mágua deslocada d Vimerso mágua do mar do Caribe deslocada dvimerso mágua do mar do Caribe deslocada 1.00 kg / m m mágua do mar do Caribe deslocada kg 7 mágua do mar do Caribe deslocada 6,1 10 kg b) A densidade da água no interior do Canal é 1,0 g ml e que o calado máximo permitido no interior do Canal é de 1m, com estes valores pode-se calcular a massa de água do canal deslocada. d água do canal água do canal densidade da água no int erior do canal d 1,0 g ml g / L kg / m Calado máximo 1 m 018

7 V 00 m 0 m 1 m m d água deslocada do canal água do canal kg / m m m V água deslocada do canal água deslocada do canal água deslocada do canal água deslocada do canal m m água do canal kg m 7, 10 kg 7 Princípio de Arquimedes: todo sólido mergulhado num fluido recebe uma força chamada empuxo, vertical e para cima, de intensidade igual ao peso do fluido deslocado. Empuxo massa do fluido deslocado aceleração da gravidade massa do fluido deslocado densidade do fluido deslocado volume do fluido deslocado massa do fluido deslocado densidade do fluido deslocado volume do fluido deslocado Então, Empuxo densidade do fluido deslocado volume do fluido deslocado aceleração da gravidade Se o empuxo do navio no canal for igual ou superior ao empuxo na água do mar, o navio flutuará. Daí, m 6,110 kg água do mar do Caribe deslocada m 7, 10 kg água deslocada do canal 7 7 Empuxo densidade do fluido deslocado volume do fluido deslocado aceleração da gravidade Empuxo no mar do Caribe 1.00 kg / m m aceleração da gravidade Empuxo no mar do Caribe kg / m m aceleração da gravidade Empuxo no Canal kg / m m aceleração da gravidade Empuxo no Canal kg / m m aceleração da gravidade Conclusão: kg / m m aceleração da gravidade kg / m m aceleração da gravidade O empuxo da água do canal é maior do que na água do mar. O navio poderá cruzar o canal em segurança. Observação teórica: sob o ponto de vista apenas da análise da densidade, como a massa de água deslocada, para um mesmo volume de casco, no mar é menor do que a massa de água deslocada no canal, concluí-se que o navio poder cruzar o canal em segurança. Para um mesmo valor de volume V: 7 6,1 10 kg dágua do mar deslocada V 7 7, 10 kg dágua do canal deslocada V dágua do mar deslocada d água do canal deslocada Em outras palavras, o navio é menos denso do que a água do canal, por isso ele flutua. Resposta da questão : [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] 018

8 a) De acordo com o enunciado ocorreu a formação de 180 g de glicose e este valor corresponde a um mol de glicose (C H O ) b) Como a energia do fóton é dada por E h f, onde h 6,6 10 J s. 14 Na reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 4, 10 Hz, então: E hf E 6,6 10 J s 4, 10 s 8,8 10,84 10 J 19 E,8 10 J (um fóton) 6 c) Nessa reação são necessários 800 kj (800 kj,8 10 J) de energia para a formação de um mol de glicose, então: 19,8 10 J 6,8 10 J 5 n 10 fótons 1 fóton n d) 6HO 6CO energia C6H1 O6 6O ; CNTP. 1mol (O ) 6mol (O ) V 14,4 L,4 L V [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] a) Química b) Dado: h 6,6 10 J s; f 4, 10 Hz. Aplicando esses valores na equação dada: E hf 6,6 10 4, 10 E,8 10 J. 6 c) Dado: Glicose C6H1 O 6; H (1g/mol), C (1g/mol), O (16g/mol); E =.800 kj/mol =,8 10 J/mol. A massa molar da glicose é: M (61) (1 1) (6 16) 180 g. Calculando o número n de fótons para produzir 1 mol de glicose ou 180 g ne n n 10 fótons. 19,8 10 d) Dado: nas CNTP, o volume ocupado por um mol de gás é,4 L. A reação dada mostra que são produzidos 1 mol de glicose e 6 mols de O. Assim, o volume produzido de O na reação é: V 6,4 V 14,4 L. Resposta da questão : a) A partir dos dados fornecidos na tabela: 018

9 Temperatura (K) Constante de equilíbrio , ,4 10 K equilíbrio [P] (reação direta) [R] [P] [R] direita (maior valor da constan te de equilíbrio) [P] [R] esquerda (menor valor da constan te de equilíbrio) 9 Verifica-se que a constante de equilíbrio diminui (5,6 10 7,4 10 ) com a elevação da temperatura (00 K 500 K). Conclusão: o rendimento da reação direta diminui com a elevação da temperatura, consequentemente, trata-se de um processo exotérmico. b) A forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion se deve ao fato de ocorrer uma interação do tipo dipolo-ânion, ou seja, o átomo de hidrogênio ligado ao oxigênio se comporta com um próton δ δ (está polarizado; (O H)) e atrai o par de elétrons presente no átomo de enxofre presente no ânion. Resposta da questão 4: a) Equação química, na forma iônica, que representa a formação do sólido: Ca (aq) Na (aq) CO (aq) CaCO (s) Na (aq) Ca (aq) CO (aq) CaCO (s) b) De acordo com o enunciado se a concentração total desses íons for superior a 100mg L, a água não será adequada. m (separado, sec o e pesado) 0,060 g CaCO V 00 ml 0, L CaCO 100 g / mol m ncaco M 0,060 ncaco 0,0006 mol n 0,0006 mol 100 Ca Ca 40 g / mol m 0, ,04 g 4 mg Ca m Concentração Ca V 4 mg Concentração 0, L 10 mg / L 100 mg / L 10 mg / L Conclusão: a água não é adequada, pois concentração excede 100mg L. Resposta da questão 5: a) A partir da análise do equilíbrio, vem: 018

10 Pr ocesso exotérmico favorecido pela diminuição da temperatura Pr ocesso endotérmico favorecido pela elevação da temperatura SO (g) O (g) SO (g) H 0 SO (g) O (g) SO (g) H 0 mols 1 mol volumes P V k mols volumes Deslocamento favorecido pela elevação da pressão volumes volumes Deslocamento favorecido pela diminuição da pressão Maior rendimento na produção de SO significa deslocamento para a direita. Comparativamente, o processo deve ocorre em temperatura baixa e pressão elevada, ou seja, o teste número 1: Número do teste Reagentes Pressão (atm) Temperatura ( C) 1 SO (g) excesso de O (g) b) Para o sistema estar em equilíbrio, o quociente de equilíbrio deve coincidir com a constante de equilíbrio. K 50 c Q : quociente de equilíbrio [SO ] Q [SO 1 ] [O ] (0 mol / L) 1 Q 50 (mol / L) 1 (1,0 mol / L) (1,6 mol / L) Conclusão : Q Kc O sistema está em equilíbrio. Comportamento das concentrações dessas substâncias no intervalo de tempo entre t 1 e t, considerando que, em t 1 e t, o sistema esteja em equilíbrio químico: Resposta da questão 6: a) A peça de aço foi colocada em um recipiente contendo solução de sulfato de cromo (III) [Cr (SO 4) ], a fim de receber um revestimento de cromo metálico. Então, 018

11 4 4 Cr (SO ) (aq) Cr (aq) SO (aq) Cr (aq) e Cr(s) (redução) b) A massa do cromo depositado pode ser obtida a partir da tabela fornecida no enunciado. m 10,08 g 100,00 g,08 g Cr Cr 5 g / mol Cr (aq) e Cr(s) (redução) mols e n 5 g,08 g n 0,1 mol de elétrons no circuito mx 100,00 g 96,70 g,0 g,0 nx mol MX forma íon divalente X(s) X (aq) e 1mol mols e,0 mol MX,0 MX 55 g / mol 0,1 MX 55 g / mol X é o manganês. 0,1 mol e Resposta da questão 7: a) Para 1 mol de glicose, vem: 1C H O 6O 6CO 6H O mols de oxigênio consumidos Para 1 mol do ácido graxo derivado do lipídio, vem: Conclusão: haverá maior consumo de oxigênio no caso do ácido graxo proveniente do lipídio. b) Um jogador de futebol recebeu, a cada dia, uma dieta contendo 600 g de carboidrato e 80 g de gordura, então: 018

12 Energia por componente dos alimentos: Carboidrato... 4 kcal/ g Gordura... 9 kcal/ g 1g 4 kcal 600 g Ecarboidrato Ecarboidrato.400 kcal 1g 9 kcal 80 g Elipídio Elipídio 70 kcal Etotal.400 kcal 70 kcal.10 kcal Cálculo da energia consumida por km percorrido em um treino (kcal / km), considerando que a energia necessária para essa atividade corresponde a da energia total: Ekm.10 kcal Ekm.080 kcal Distância média percorrida por um jogador: 5000 m/ treino, ou seja 5 km, então:.080 kcal 5 km E E 416 kcal 1km Conclusão : 416 kcal/ km. Resposta da questão 8: a) Teremos: H (g) I (g) HI (g) 1 mol 1 mol 0 (início) x x x (durante estequiometria) (1x) (1x) x (equilíbrio) Δn KP K eq (RT) (P HI) KP PH P I 55 Δn (1 1) K eq (RT) Keq 55 (x) 55 (1 x) (1 x) (x) (1 x) 55 Extraindo a raiz quadrada, vem: 018

13 (x) (1 x) 55 (x) (x) 7,416 7,416 (1x) (1x) x 7,416 7,416x 9,416x 7,416 7,416 x 0, ,79 9,416 nhi x 0,79 1,58 nhi 1,58 mol b) Valor da pressão parcial de hidrogênio como função do valor da pressão total da mistura no equilíbrio: H (g) I (g) HI (g) (1x) (1x) x (equilíbrio) (10,79) (10,79) 1,58 (equilíbrio) 0,1 0,1 1,58 (equilíbrio) nmistura PH XH Pmistura nh XH nmistura nh P H nmistura Pmistura nh PH P mistura nmistura 0,1 0,1 PH P mistura PH P mistura (0,10,1 1,58) PH P mistura 0,105 PH 0,105 P mistura Resposta da questão 9: a) A partir do gráfico fornecido, percebe-se que a estabilidade do chumbo aumenta no estado de oxidação +. 4 Conclusão: Pb e Pb E (reação espontânea; maior potencial)

14 Conclusão: 4 Sn e Sn E 4 Ge e Ge E E E Valor experimental em volt E 1 E E +1,5 V -0,1 V -0,094 V b) De acordo com a figura, o óxido mais estável é o CO, pois o número de oxidação do carbono é maior (+4). Resposta da questão 10: a) A partir da tabela, vem: Combustível Energia Específica (kj / g) Conteúdo de energia por volume (10 kj / L) Gasolina Líquida 47 5 Hidrogênio Líquido

15 Para 1 L : 1g 47 kj mgasolina 5 10 kj mgasolina 0, g dgasolina 745 g/l Para 1 L : 1g 14 kj m H líquido H líquido H líquido kj m 0, g d 70,4 g/l Cálculo da relação entre as densidades da gasolina e do hidrogênio líquido: dgasolina ,568 10,6 dh líquido 70,4 b) Supondo o volume igual a V, teremos: dgasolina 10,6 dh líquido mgasolina V 10,6 mh líquido V mgasolina 10,6 mh líquido mgasolina 10,6 m H líquido (válida também para 1 litro) mgasolina mh líquido Combustível Conteúdo de energia por litro Gasolina Líquida 5 10 kj Hidrogênio Líquido kj 5 10 kj kj ou kj 5 10 kj H líquido Gasolina Conclusão: o conteúdo de energia por volume do hidrogênio líquido é menor do que o da gasolina líquida. 018

16 Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: 0/01/018 às 1:1 Nome do arquivo: Fuvest - 4/1 Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro Q/prova Q/DB Grau/Dif. Matéria Fonte Tipo Elevada... Física... Fuvest/ Analítica Elevada... Física... Fuvest/01... Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Média... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica Elevada... Química... Fuvest/ Analítica 018