PROVA ESCRITA DE CONHECIMENTOS EM QUÍMICA

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Alessandra de Lacerda Álvaro
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1 PROVA ESCRITA DE CONHECIMENTOS EM QUÍMICA INFORMAÇÕES IMPORTANTES: - IDENTIFIQUE TODAS AS FOLHAS DESTA PROVA COM SEU NÚMERO DE INSCRIÇÃO. Obs.: EM HIPÓTESE NENHUMA USE SEU NOME NAS FOLHAS COMO IDENTIFICAÇÃO. - RESPONDA TODAS AS QUESTÕES A TINTA NA FOLHA REFERENTE À QUESTÃO. SE NECESSÁRIO UTILIZE O VERSO. - PARA RASCUNHO USE AS FOLHAS ESPECÍFICAS NO FINAL DA PROVA. ESTAS NÃO SERÃO CONSIDERADAS NA CORREÇÃO. - A DURAÇÃO DA PROVA É DE, NO MÁXIMO, 3 (TRÊS) HORAS. - É PERMITIDO O USO DE CALCULADORA CIENTÍFICA. 1

2 1) Considere o preparo de uma solução tampão que será utilizada como fase móvel em uma determinação cromatográfica de fase reversa. Suponha que a solução foi preparada através da mistura de 10 ml de ácido acético (CH 3 COOH, pk a =4,75) à 1,0 M e 15 ml de uma solução de acetado de sódio na concentração de 1,5 M, completando-se com água destilada até o volume final de 100 ml. a) Escreva a reação química no equilíbrio entre o ácido fraco e sua base conjugada e expresse a constante de equilíbrio K a do ácido acético. b) Qual o ph final desta solução? c) Se no volume de 100 ml desta solução forem adicionados 12 ml de ácido clorídrico na concentração de 1,0 M, qual o ph final desta solução tampão. 2

3 2) Considere a molécula da aspirina (ácido acetilsalicílico) apresentada abaixo, que possui um pk a igual a 3,49. Fig 1. molécula de aspirina. a) Escreva a reação de equilíbrio da aspirina em água; b) Qual o ph de uma solução de 500 mg de aspirina em 150 ml de água? c) Qual a porcentagem de moléculas ionizadas (acetilsalicilato) de uma solução de aspirina em meio estomacal (ph =1,8). Considere o ph estomacal constante. 3

4 3) Considere as seguintes substâncias: NH 3 CCl 4 H 2 S CH 3 OH a) Desenhe a geometria molecular e o arranjo dos pares eletrônicos de cada composto. b) Quais os orbitais híbridos (segundo a Teoria de Ligação de Valência) do átomo central, em cada espécie? c) Identifique o principal tipo de força intermolecular que pode agir entre as moléculas de cada uma das substâncias. Justifique os motivos de sua escolha. 4

5 4) Considere os seguintes elementos químicos: Ca (Z=20), O (Z=8), Zn (Z=30) a) Dê a configuração eletrônica de cada um. Destaque quais os orbitais internos e os orbitais de camada de valência. b) Usando a representação de caixas, desenhe para cada átomo o estado fundamental, um estado excitado e um estado proibido. c) As configurações proibidas representadas em (b) ferem qual(is) princípio(s) que rege(m) a organização eletrônica dos átomos, seguindo os conceitos modernos de teoria atômica? 5

6 5) A energia livre de uma reação pode ser calculada a partir de valores tabelados da energia livre de formação dos compostos, como. G G ( i) G ( i) reação i f i f i produtos i reagentes onde i são os coeficientes estequiométricos da equação química. Algo semelhante vale para H 0 reação e S 0 reação. Como os dados de G 0 f são tabelados na condição padrão a 25 o C, o valor livre da reação é calculada nestas mesmas condições a 25 o C, fora da condição padrão o G reação a 25 o C é dado por G G RT ln Q, reação 0 reação onde Q é a ação da massas. No equilíbrio G reação =0 e Q=K (constante de equilíbrio). O efeito da temperatura no valor do G 0 reação pode ser avaliado pela expressão: o G ( T) H ( T 25 C) T S ( T 25 C), 0 0 o 0 reação reação reação supondo que o efeito da temperatura nos valores de H 0 reação e S 0 reação é desprezível. a) Com base nos dados termodinâmicos apresentados na tabela abaixo, determine os valores de G 0 reação, H 0 reação e S 0 reação a 25 o C para a reação: AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq); b) Usando o resultado do G 0 reação a 25 o C determine a constante equilíbrio (ou produto de solubilidade, K ps ) da reação acima a 25 o C; c) Usando os valores calculados de H 0 reação e S 0 reação a 25 o C, explique se a solubilidade do AgCl aumenta ou diminui com o aumento da temperatura. Tabela: Dados termodinâmicos a 25 o C Substância H f 0, kj/mol G f 0, kj/mol S 0, J/(mol K) AgCl(s) Ag + (aq) Cl - (aq) Informações adicionais: M(Ag) = 108 g/mol M(Cl) = 35 g/mol R = 8,3 J/(mol K) T(K) = T( o C)

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8 6) Pegou-se 7 béqueres, que foram rotulados numa série de 1 à 7. Adicionou-se os volumes de solução de tiossulfato de sódio 0,15 mol/l, água e ácido clorídrico 3 mol/l conforme indicados na tabela abaixo. Abaixo de cada um deles, foi colocado um papel branco com um X marcado de caneta preta. Em cada béquer, o tempo de reação (t) era contado a partir do momento em que as soluções de água com tiossulfato se mistura com o ácido, até a turvação que impossibilitava à visão do X marcado. Portanto, por este caminho fixamos a quantidade final de enxofre (o suficiente para turvar a solução e impossibilitar à visão de X). A velocidade da reação (v) é proporcional ao inverso do tempo de reação e encontra-se registrada na tabela abaixo juntamente com as respectivas concentrações iniciais de tiossulfato e do ácido. Todos os ensaios apresentados na tabela abaixo foram conduzidos a 25 o C. Neste caso: S 2 O H + S + SO 2 + H 2 O a) Escreva a equação de velocidade da reação e determine, usando os dados da tabela abaixo, a ordem da reação em relação aos reagentes: tiossulfato e ácido; b) Determine a constante de velocidade da reação a 25ºC; (não se esqueça de dar a unidade da constante!) c) Explique de forma qualitativa como a temperatura pode afetar os resultados deste experimento. ml mol/l s mol.l -1.s -1 Exp. V Na2S2O3 V H2O V HCl V Total [Na 2 S 2 O 3 ] 0 [HCl] 0 t v 1/t ,1250 0, , ,1000 0, , ,0750 0, , ,0500 0, , ,0250 0, , ,1250 0, , ,1250 0, Obs.: A tabela apresenta dados reais que inclui evidentemente erros experimentais. 8

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10 7) Metóxido de sódio é um composto de interesse industrial empregado na síntese de biodiesel. Este composto tem sido produzido pela reação de hidróxido de sódio e metanol. a) Escreva a reação ácido-base que ocorre. b) Indicar quais espécies químicas são ácidos e quais são bases de Brönsted-Lowry para a reação descrita acima. c) Escrever a reação se o hidróxido de sódio fosse substituído por hidreto de sódio. 10

11 8) O ácido cítrico (ácido 2-hidróxi-1,2,3-propanotricarboxílico) é um composto amplamente empregado como acidulante na preparação de alimentos e de bebidas e também como conservante natural. A sua estrutura química é mostrada na Figura abaixo. a) Quantos centros estereogênicos existem em sua estrutura química? b) Qual o número de possíveis estereoisômeros? c) Descrever as funções orgânicas existentes em sua estrutura. 11

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