GABARITO DE QUÍMICA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

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Benedito Peixoto Gama
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1 GABARITO DE QUÍMICA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA Realizada em 8 de ouubro de 010

2 GABARITO DISCURSIVA DADOS: Massas aômicas (u) O C H N Na S Cu Zn ,5 65,4 Tempo de meia - vida do U 38 : 4, anos Tempo de meia - vida do U 35 : 7, anos Abundância isoópica do U 38 : 99,8% Abundância isoópica do U 35 : 0,7% Poenciais padrão de elerodo (V) Zn + OH Zn(OH) + e + 1,5 + Zn Zn + e + 0,76 ZnO + H O + e Zn +4OH 1,1 O + H O + 4e 4OH + 0,40 O + 4H + + 4e H O + 1,3 O + H + + e H O + 0,70 Energia Livre de Gibbs: G = nfe 1F = C.(mol. e ) 1 R = 0,08 am.l.mol -1.K -1 = 8,314 J.mol 1 K 1 log 0,998 = -0,0031 log = 0,30 log 3 = 0,48 log 3,1 = 0,49 ln = 0,69 ln 3 = 1,1 ln 137,9 = 4,9 5 1/ =,4

10 8 anos Abundância isoópica do U 38 : 99,8% Abundância isoópica do U 35 : 0,7% Poenciais padrão de elerodo (V) Zn + OH Zn(OH) + e + 1,5 + Zn Zn + e + 0,76

3 Quesão 01 GABARITO DISCURSIVA O elemeno X em dois isóopos esáveis. Um de ais isóopos é isóono do nuclídeo 46 Q 108 e isóbaro do nuclídeo 48 Z 109. Com base nesas informações responda: (A) Qual o número aômico de X? (B) A que grupo e período da Tabela Periódica perence o elemeno X? (C) Qual a configuração elerônica de X no esado fundamenal? (D) Quais são os números quânicos principal, azimual e magnéico do eléron desemparelhado na configuração descria no iem c? Gabario: (A) Z = 47 (B) Configuração elerônica 1s,..., 5s, 4d 9 Como é um Isóopo da praa, emos configuração específica ºperíodo 1s,..., 5s, 4d Grupo IB ou 11 (C) 1s, s, p 6, 3s, 3p 6, 4s, 3d 10, 4p 6, 5s 1, 4d 10 (D) Eléron desemparelhado em 5s 1 n=5 =0 m=0 3

(C) Qual a configuração elerônica de X no esado fundamenal? (D) Quais são os números quânicos principal, azimual e magnéico do eléron desemparelhado na configuração descria no iem c?

4 Quesão 0 GABARITO DISCURSIVA Os isóopos do urânio U 38 e U 35 aparecem na naureza sempre junos. Como o U 35 não é gerado a parir do U 38 por desinegração e admiindo que não há razão para privilegiar um em relação ao ouro, podemos supor que o Criador os enha colocado em proporções iguais no momeno da formação da Terra. Considerando válida al hipóese, calcule a idade que nosso planea eria. Gabario: Início: eremos quanidades iguais de U-38 e U-35 (n o ) n 9 o 4,5. 10 U 38 : n n o n. (1) 9 4,5. 10 n 8 o 7, U 35 : n' n o n'. () 8 7, Igualando (1) e () eremos: n. n'. n n' 9 8 4, , , , , ,5. 10 n n' 9 8 4,5.10 7, , ,5. 10 (3) Nos dias de hoje emos 99,8% de U-38 e 0,7% de U-35. n n 99,8 n' n 0,7 U38 U35 hoje Subsiuindo (4) em (3): 137,9 (4). 8 (4,5 7,07) , , , ,07. 4, ,9 137,9 37,93. log 9 7,07. 4, , ,07. 4,5. 10 log137,9 7,07. 4, ,9.. 37,93 log 37,93. 0,69 = 5, anos. 4

momeno da formação da Terra. Considerando válida al hipóese, calcule a idade que nosso planea eria. Gabario: Início: eremos quanidades iguais de U-38 e U-35 (n o ) n 9 o 4,5. 10 U 38 : n n o n.

5 Quesão 03 GABARITO DISCURSIVA Podemos ober nirao cúprico reagindo cobre ano com ácido nírico diluído quano com ácido nírico concenrado. As equações não balanceadas são: Cu + HNO 3 (dil.) Cu (NO 3 ) + H O + NO Cu + HNO 3 (conc.) Cu (NO 3 ) + H O + NO Para ober nirao cúprico a parir de 0 kg de cobre, perguna-se: (A) Qual dos dois processos é o mais econômico em ermos de consumo de HNO 3? (B) Qual a economia, em kg de HNO3, pela escolha conveniene do processo? Gabario: (A) 3 Cu + 8 HNO 3 (dil) 3 Cu (NO 3 ) + 4 H O + NO (1) 1 Cu + 4 HNO 3 (conc.) 1 Cu (NO 3 ) + H O + NO 3 Cu + 1 HNO 3 (conc.) 3 Cu (NO 3 ) + 6H O + 6NO () (1) gasa 8 mols de HNO 3 para 3 mols de Cu enquano, () gasa 1 mols de HNO 3 para os mesmos 3 mols. (B) Para cada 3 mols de Cu eremos uma economia de 4 mols de HNO 3 na (1) em relação a () 3 mols Cu 4 mols HNO ,5g 4. 63g g x x 3.63,5 3 6,5.10 g 5

) Cu (NO 3 ) + H O + NO Para ober nirao cúprico a parir de 0 kg de cobre, perguna-se: (A) Qual dos dois processos é o mais econômico em ermos de consumo de HNO 3?

6 Quesão 04 GABARITO DISCURSIVA A adição de 8,90 g de um hidrocarboneo aromáico X a 56 g de benzeno resula em uma solução cuja emperaura de congelameno é 1,39 C inferior à do benzeno puro. Sabendo que a consane criomérica molal do benzeno é 5,1 C.kg.mol 1, dê as fórmulas esruurais dos produos monossubsiuídos resulanes da reação de X com uma misura sulfonírica (HNO 3 + H SO 4 concenrado). Despreze a exisência do hidrocarboneo X na fase vapor. Gabario: T cong = K cong. W 8,9 MM1 1,39 5, MM 1 = 18 g/mol Obs.: Não houve amarração para o composo X, sendo assim deveríamos considerar ouras possibilidades com o benzeno subsiuído. Quesão 05 Um combusível de fórmula molecular média C 1 H 6 é alimenado em um queimador à axa de 0,6 mol/min, com 40% de ar em excesso, de modo a garanir a combusão complea. Admiindo-se que a composição percenual molar do ar seja de 80% de nirogênio e 0% de oxigênio, calcule a axa oal, em mol/min, de saída dos gases do queimador. Gabario: C 1 H 6() + 37 O (g) 1 CO (g) + 13 H O (g) Da proporção esequiomérica emos: 1 : 18,5 : 1 : 13 Considerando o empo de 1 min, emos: 0,6 : n O : n CO : n HO 6

mol 1, dê as fórmulas esruurais dos produos monossubsiuídos resulanes da reação de X com uma misura sulfonírica (HNO 3 + H SO 4 concenrado). Despreze a exisência do hidrocarboneo X na fase vapor.

7 GABARITO DISCURSIVA Calculando as proporções acima os números de mols: n O = 11,1 mols (consumido na reação de combusão). n CO = 7, mols. n HO = 7,8 mols. Como há excesso de 40% de ar, com 0% de O e 80% de N, enão: Toal n O disponível = 1,4. 11,1 = 15,54 mols, dos quais 11,1 foram consumidos, resando 4,44 mols. Toal n N disponível no ar = 4. n O = 6,16 mols. Os gases são liberados na seguine axa: O : 4,44 mols por minuo. N : 6,16 mols por minuo. CO : 7, mols por minuo. H O: 7,8 mols por minuo. Taxa oal = 81,6 mols por minuo. Quesão 06 Deermine os percenuais em massa dos produos na misura obida a parir da reação de saponificação complea, com NaOH, de 1,00 mol do riacilglicerol formado pelos ácidos decanóico, -ocenóico e dodecanóico. Ác decanóide Ác ocenóico Ác dodecanóide 7

n O = 6,16 mols. Os gases são liberados na seguine axa: O : 4,44 mols por minuo. N : 6,16 mols por minuo. CO : 7, mols por minuo. H O: 7,8 mols por minuo. Taxa oal = 81,6 mols por minuo.

8 GABARITO DISCURSIVA 1. MM = 10 x 1 + x = 194. MM = 8 x = 164 oal = MM = 1 x 1 + x = 4. MM = 3 x x = x 100 = 8,9% x 100 = 4,4% 67 x 100 = 33,0% 67 9 x 100 = 13,7% 67 Quesão 07 Idenifique cada reagene, produo ou função orgânica indicados pelas leras de A a J no esquema abaixo. Considere que R é um grupo alquila. 8

MM = 3 x 1 + 3 x 16 + 8 = 9 1. 194 x 100 = 8,9% 67. 3. 4.

9 GABARITO DISCURSIVA 9

10 Quesão 08 GABARITO DISCURSIVA Em uma baeria do ipo ar-zinco, um dos elerodos é composo por uma misura de zinco em pó e KOH, conida em uma cápsula meálica isolada elericamene do ouro elerodo. Ese úlimo é composo por uma placa porosa de carvão que permie a passagem de O e H O(g). A capacidade da baeria é limiada pela massa de zinco que é consumida aravés da reação global Zn + ½ O ZnO(s), processo ese que envolve a formação e decomposição de hidróxido de zinco. Para uma baeria desse ipo e com capacidade média de 160 mah, pede-se: (A) A ensão padrão produzida pela baeria. (B) A massa média de zinco necessária para que a baeria apresene a capacidade supraciada nas condições padrão. Gabario: (A) Das informações do enunciado emos: OXIDAÇÃO: Consumo de zinco em pó Formação e decomposição de Zn(OH) Zn + 4OH - Zn(OH) - + 4e E 0= +1,5 V Zn(0H) ZnO + HO REDUÇÃO: Reação enre O e H O na placa porosa de carvão. O + H O + 4e - 4OH - E 0 =+0,40V REAÇÃO GLOBAL: Zn + O ZnO (s) E 0 = +1,65V (B) Das reações acima emos: 1 mol de Zn consumido para cada mols de elérons Logo: Para empo de 1h = 3600s Q i n.f mzn mzn i MM(Zn) ,4 mzn 0,195g 10

A capacidade da baeria é limiada pela massa de zinco que é consumida aravés da reação global Zn + ½ O ZnO(s), processo ese que envolve a formação e decomposição de hidróxido de zinco.

11 Quesão 09 GABARITO DISCURSIVA Para cada composo abaixo, apresene as fórmulas esruurais planas das formas auoméricas, se houver, ou jusifique a inexisência de auomeria. (A) CH 3 COCH COCH 3 (B) aldeído benzóico Gabario: (A) I) II) III) IV) V) (B) Nese composo não emos auomeria, já que para isso deveria haver rompimeno do ciclo, o que não ocorre. O objeivo da auomeria é a formação de um composo mais esável e não ocorreria isso com a quebra do benzeno. Quesão 10 Foi soliciado a um esudane que calculasse o ph de uma solução 1, mol/l de NaOH, a 98,15 K e 100 kpa. O esudane apresenou como resposa o valor 7,0. Calcule o ph da solução em quesão e explique evenuais divergências enre sua resposa e a resposa do esudane. 11

O objeivo da auomeria é a formação de um composo mais esável e não ocorreria isso com a quebra do benzeno.

12 GABARITO DISCURSIVA Gabario: 7 mol O esudane ao apresenar como resposa ph = 7 para uma solução 10 de NaOH, desconsiderou a conribuição da auo-ionização da água, dado que a solução de NaOH é muio diluída. H O x x x 10 7 x x K w = [H + ] [OH ] = (10 7 x) ( x) = x x = 0 Resolvendo a equação eremos: x 10. mol / L [H + ] final = 10 7 x = mol / L Sendo [H + ] final > 0 [H + ] final = mol / L ph = log [H ] = log 10. ph = log 7, = log 0, = 7 log 0,6 ph = 7 log 3,1 3,1. = 7 log = 7 log 3,1 + 1 log 5 10 ph = 7 0, ,30 = 7,1. Comenários Finais Diferene de anos aneriores a prova do vesibular IME/011 não apresenou quesões com alo grau de dificuldade. Com exceção da quesão 8 (onde havia como dado uma semi-reação errada que, apesar de não ser necessária para resolução da quesão, pode er confundido os candidaos), oda a prova foi muio bem esruurada conendo quesões bem elaboradas abrangendo assunos diversos. Há de se desacar ainda a presença de 4 quesões relacionadas oal ou parcialmene à química orgânica. Em anos aneriores a frequência dese ipo de quesão foi sempre menor. Professores: Marcio Sanos, Sand Jorge, Eurico Dias e Rafael Alves. 1

mol / L [H + ] final = 10 7 x = 10 7. 1 5 mol / L Sendo [H + ] final > 0 [H + ] final = 10 7 5 1. mol / L ph = log [H + 7 5 1 ] = log 10. ph = log 7,4 1 10. = log 0,6.

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