INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Cursos de Engenharia Ambiente e Materiais 1º Semestre de º Teste ( ) Duração 1h 30 m

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1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Cursos de Engenharia Ambiente e Materiais 1º Semestre de º Teste ( ) Duração 1h 30 m I Quando radiação de comprimento de onda 240 nm atinge uma superfície de metal este liberta electrões com uma energia cinética de 4.2eV. a) Qual o valor do Trabalho de Extracção para este metal em Joules. b) Calcule a velocidade e o comprimento de onda associado aos electrões ejectados. II 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos electrões de valência do átomo de Níquel (Z=28) no estado fundamental. 2 Explique, apresentando os cálculos necessários, porque razão a 1ª energia de ionização do Enxofre (S) é menor do que a do Oxigénio (O) e 3 Explique porque razão a 1ª energia de ionização do oxigénio é inferior à do azoto (N). III a) Com base num diagrama de energias de Orbitais Moleculares da molécula do CO (recorra apenas às orbitais de valência dos átomos para o construir) indique qual o tipo de comportamento magnético que este composto deve apresentar. Considere que nesta molécula, tal como no C 2, ocorre mistura s-p. b) Com base no diagrama anterior indique, justificando, a ordem relativa das 1ªs Energias de ionização do átomo de C e da molécula de CO. c) Ordene por ordem crescente de comprimentos de ligação as espécies CO, CO 2- e CO +. Justifique. d) Estime o momento dipolar da molécula de HBr, sabendo que o comprimento da ligação da mesma é de 1,415 Å. Recorra à tabela periódica para obter os restantes dados necessários a esta estimativa. Cotações: I val II val val III 1 1 val val val val val val Dados: h = J.s m e = kg c = m s -1 e = C 1 ev = J 1D = C.m 1 Å = m 1 nm = 10-9 m 1 pm = m N A = mol -1

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4 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Curso de Engenharia Ambiente 1º Semestre de º Teste ( , 9h) (Duração: 2 horas) A constante de equilíbrio da reacção CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g) tem o valor de 2.32x10-3 a 250ºC. a) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs desta reacção a esta temperatura. b) Usando os dados da tabela calcule Gº a 298 K. c) Justifique a necessidade de, na prática, se efectuar esta reacção a temperaturas mais elevadas do que 298 K. II 1) Considere dois sais pouco solúveis: i) PbS (K sp = 8.4 x ) ii) PbSO 4 (K sp = 1.8 x 10-8 ). a) Qual o sal mais solúvel? b) Calcule a solubilidade em moles/litro do PbSO 4. c) Quantas gramas de PbSO 4 se podem dissolver em 250 ml de uma solução saturada? 2) Calcule o ph de: a) uma solução 0.01 M de Ba(OH) 2 (base forte). b) uma solução 0.3 M de ácido acético (CH 3 COOH K a = 1.8x10-5 ). 3) Escreva as equações químicas das reacções envolvidas na corrosão de uma chapa de ferro mergulhada em água corrente (logo bastante arejada) com um ph de 6.2. III 1) Calcule a força electromotriz da célula Zn(s) Zn (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 2) Qual o volume de uma solução 0.3M de NaOH que é necessário para titular 25 ml de uma solução 0.2 M de CH 3 COOH? Exprima a concentração desta última solução em termos de percentagem em peso (d = 1.01). I Cotações: I a 0.75 val II 1a 0.3 val III 1 1 val b 0.75 val 1b 0.6 val 2 1 val c 0.4 val 1c 0.6 val 2a 0.6 val 2b 0.6

5 Dados: 3 0,4 R = J K -1 mol -1 = atm l K -1 mol -1 Eº Zn /Zn = V + Eº Ag /Ag = V f Hº (kj mol-1) f Sº (J mol-1) CO(g) H 2 (g) CH 3 OH(g)

6 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Curso de Engenharia Materiais 1º Semestre de º Teste ( , 9h) (Duração: 2 horas) A constante de equilíbrio da reacção CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g) tem o valor de 2.32x10-3 a 250ºC. a) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs desta reacção a esta temperatura. b) Usando os dados da tabela calcule Gº a 298 K. c) Justifique a necessidade de, na prática, se efectuar esta reacção a temperaturas mais elevadas do que 298 K. II 1) Considere dois sais pouco solúveis: i) PbS (K sp = 8.4 x ) ii) PbSO 4 (K sp = 1.8 x 10-8 ). a) Qual o sal mais solúvel? b) Calcule a solubilidade em moles/litro do PbSO 4. c) Quantas gramas de PbSO 4 se podem dissolver em 250 ml de uma solução saturada? 2) Calcule o ph de: a) uma solução 0.01 M de Ba(OH) 2 (base forte). b) uma solução 0.3 M de ácido acético (CH 3 COOH K a = 1.8x10-5 ). 3) Escreva as equações químicas das reacções envolvidas na corrosão de uma chapa de ferro mergulhada em água corrente (logo bastante arejada) com um ph de 6.2. III 1) Calcule a força electromotriz da célula Zn(s) Zn (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 2) 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 ( 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

7 I a 0.75 val II 1a 0.3 val III 1 1 val b 0.75 val 1b 0.6 val 2 1 val c 0.4 val 1c 0.6 val 2a 0.6 val 2b ,4 Dados: R = J K -1 mol -1 = atm l K -1 mol -1 Eº Zn /Zn = V Eº Ag + /Ag = V Eº Fe /Fe = V f Hº (kj mol-1) f Sº (J mol-1) CO(g) H 2 (g) CH 3 OH(g)

8 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Ambiente 1º Semestre de , 9h 1º Exame ( ) (Duração: 3 horas) I 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos oito electrões de valência do átomo de Ferro (Z = 26) no estado fundamental. 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (fósforo (P) ou enxofre (S)) tem maior raio. II 1 - Descreva a ligação na molécula de F 2 pela Teoria das orbitais moleculares. 2 - Qual a espécie que apresenta maior energia de ionização: o átomo de F ou a molécula de F 2? III 1 - Considere a molécula de ácido fórmico (HCOOH). 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 - O Kripton cristaliza numa estrutura cúbica de faces centradas com uma aresta de 559 pm. a) Qual a densidade do Kripton sólido. b) Qual o raio metálico do Kripton. 2 - Coloque por ordem crescente de pontos de fusão os seguintes compostos: NaCl, CaO e MgO. V 1 - A constante de equilíbrio da reacção CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g) tem o valor de 2.32x10-3 a 250ºC. a) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs desta reacção a esta temperatura. b) Usando os dados da tabela calcule Gº a 298 K. c) Justifique a necessidade de, na prática, se efectuar esta reacção a temperaturas mais elevadas do que 298 K. 2 - Considere dois sais pouco solúveis: i) PbS (K sp = 8.4 x ) ii) PbSO 4 (K sp = 1.8 x 10-8 ).\ a) Qual o sal mais solúvel?

9 b) Calcule a solubilidade em moles/litro do PbSO 4. VI 1 - O sistema π da molécula de 1,3-hexadieno (CH 2 CHCHCHCH 2 CH 3 ) 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 0-0 de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (nhexano) 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 solventes. 3 - Calcule a força electromotriz da célula Zn(s) Zn (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 4 - Qual o volume de uma solução 0.3M de NaOH que é necessário para titular 25 ml de uma solução 0.2 M de CH 3 COOH? Exprima a concentração desta última solução em termos de percentagem em peso (d = 1.01). Cotações: I val III 2.5 val V 1a 1.25 val VI 1 1 val I 2 1 val IV 1a 1.5 val V -1b 1.25 val VI 2 1 val II val IV 1b 1.5 val V -1c 0.75 val VI 3 1 val II val IV val V- 2a 0.5 val VI 4 1 val V 2b 1.2 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 Zn /Zn = V Eº Ag + /Ag = V f Hº (kj mol-1) CO(g) H 2 (g) CH 3 OH(g) f Sº (J mol-1)

10 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Materiais 1º Semestre de , 9h 1º Exame ( ) (Duração: 3 horas) I 1 Construa uma tabela onde figurem os números quânticos dos oito electrões de valência do átomo de Ferro (Z = 26) no estado fundamental. 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (fósforo (P) ou enxofre (S)) tem maior raio. II 1 - Descreva a ligação na molécula de F 2 pela Teoria das orbitais moleculares. 2 - Qual a espécie que apresenta maior energia de ionização: o átomo de F ou a molécula de F 2? III 1 - Considere a molécula de ácido fórmico (HCOOH). 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 - O Kripton cristaliza numa estrutura cúbica de faces centradas com uma aresta de 559 pm. a) Qual a densidade do Kripton sólido. b) Qual o raio metálico do Kripton. 2 - Coloque por ordem crescente de pontos de fusão os seguintes compostos: NaCl, CaO e MgO. V 1 - A constante de equilíbrio da reacção CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g) tem o valor de 2.32x10-3 a 250ºC. a) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs desta reacção a esta temperatura. b) Usando os dados da tabela calcule Gº a 298 K. c) Justifique a necessidade de, na prática, se efectuar esta reacção a temperaturas mais elevadas do que 298 K. 2 - Considere dois sais pouco solúveis: i) PbS (K sp = 8.4 x ) ii) PbSO 4 (K sp = 1.8 x 10-8 ).\ a) Qual o sal mais solúvel?

11 b) Calcule a solubilidade em moles/litro do PbSO 4. VI 1 - O sistema π da molécula de 1,3-hexadieno (CH 2 CHCHCHCH 2 CH 3 ) 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 0-0 de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório um dos produtos mistério (nhexano) 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 solventes. 3 - Calcule a força electromotriz da célula Zn(s) Zn (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 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 ( 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 val III 2.5 val V 1a 1.25 val VI 1 1 val I 2 1 val IV 1a 1.5 val V -1b 1.25 val VI 2 1 val II val IV 1b 1.5 val V -1c 0.75 val VI 3 1 val II val IV val V- 2a 0.5 val VI 4 1 val V 2b 1.2 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 Zn /Zn = V Eº Ag + /Ag = V Eº Fe /Fe = V f Hº (kj mol-1) CO(g) H 2 (g) CH 3 OH(g) f Sº (J mol-1)

12 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Ambiente 1º Semestre de , 9h 2º Exame ( ) (Duração: 3 horas) I 1 Se radiação com um comprimento de onda de 375 nm incidir sobre uma chapa de metal do qual são ejectados fotoelectrões com uma energia cinética de 1.6x10-19 J, calcule ao valor do trabalho de extracção para esse material em Joules? 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (crómio (Cr) ou molibdénio (Mo)) tem maior valor da 1ª energia de ionização. II 1 - Descreva a ligação na molécula de O 2 pela Teoria das orbitais moleculares. 2 Ordene quanto aos comprimentos de ligação as seguintes espécies: O 2 +, O 2 e O III 1 - Considere a molécula de propanonitrilo (CH 3 CH 2 CN). 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 Titânio (Ti) ou o Molibdénio (Mo). 2 Calcule a densidade do NaCl. Considere que este sal iónico tem como estrutura uma rede CFC de iões Cl - em que a totalidade dos interstícios octaédricos está ocupada por iões Na +. 3 Calcule o momento magnético do ião complexo [Cr(NH 3 ) 6 ] 3+ ( ião hexaaminocrómio (III)) recorrendo à Teoria do enlace de valência. V 1 Cosidere a reacção de isomerização n-c 4 H 10 i-c 4 H 10 a) Diga, justificando, se a reacção é exotérmica ou endotérmica a 298K. b) Diga, justificando, se a reacção é espontânea no sentido directo a 298K. c) Calcule a constante de equlíbrio a 298K. 2 - A hidrazina (N 2 H 4 ) é uma base fraca (K b = 1.7 x 10-6). Calcule o ph de uma solução 0.25 M de hidrazina a 25ºC (K w = ). VI

13 1 - O sistema π da molécula de 1,3-butadieno (CH 2 CHCHCH 2 ) 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 0-0 de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório apenas um dos produtos mistério (n-hexano, etileno glicol ou éter etílico) se misturou com H 2 O. Indique qual o produto, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos três produtos. 3 - Calcule a força electromotriz da célula Cu(s) Cu (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 4 - Qual o volume de uma solução 0.5M de NaOH que é necessário para titular 25 ml de uma solução 0.3 M de CH 3 COOH? Diga como prepararia 250 ml desta última a partir de uma solução 1.5 M. Cotações: I val III 2.5 val V 1a 1.25 val VI 1 1 val I 2 1 val IV val V -1b 1.25 val VI 2 1 val II val IV val V -1c 1 val VI 3 1 val II val IV 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 Cu /Cu = V Eº Ag + /Ag = V f Hº (kj mol-1) n-c 4 H i-c 4 H f Sº (J mol-1)

14 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Química Geral Cursos de Engenharia Materiais 1º Semestre de , 9h 2º Exame ( ) (Duração: 3 horas) I 1 Se radiação com um comprimento de onda de 375 nm incidir sobre uma chapa de metal do qual são ejectados fotoelectrões com uma energia cinética de 1.6x10-19 J, calcule ao valor do trabalho de extracção para esse material em Joules? 2 Indique, justificando com recurso às Regras de Slater, qual dos átomos (crómio (Cr) ou molibdénio (Mo)) tem maior valor da 1ª energia de ionização. II 1 - Descreva a ligação na molécula de O 2 pela Teoria das orbitais moleculares. 2 Ordene quanto aos comprimentos de ligação as seguintes espécies: O 2 +, O 2 e O III 1 - Considere a molécula de propanonitrilo (CH 3 CH 2 CN). 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 Titânio (Ti) ou o Molibdénio (Mo). 2 Calcule a densidade do NaCl. Considere que este sal iónico tem como estrutura uma rede CFC de iões Cl - em que a totalidade dos interstícios octaédricos está ocupada por iões Na +. 3 Calcule o momento magnético do ião complexo [Cr(NH 3 ) 6 ] 3+ ( ião hexaaminocrómio (III)) recorrendo à Teoria do enlace de valência. V 1 Cosidere a reacção de isomerização n-c 4 H 10 i-c 4 H 10 a) Diga, justificando, se a reacção é exotérmica ou endotérmica a 298K. b) Diga, justificando, se a reacção é espontânea no sentido directo a 298K. c) Calcule a constante de equlíbrio a 298K. 2 - A hidrazina (N 2 H 4 ) é uma base fraca (K b = 1.7 x 10-6). Calcule o ph de uma solução 0.25 M de hidrazina a 25ºC (K w = ). VI

15 1 - O sistema π da molécula de 1,3-butadieno (CH 2 CHCHCH 2 ) 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 0-0 de mais baixa energia. 2 - Nos testes de miscibilidade efectuados no laboratório apenas um dos produtos mistério (n-hexano, etileno glicol ou éter etílico) se misturou com H 2 O. Indique qual o produto, justificando o resultado obtido (miscibilidade ou não miscibilidade) para cada um dos três produtos. 3 - Calcule a força electromotriz da célula Cu(s) Cu (0.1M) Ag + (0.1M) Ag(s) a 25ºC. Escreva as reações anódica, catódica e global. 4 - Na aula de laboratório efectuou uma montagem em que ligou dois pregos de ferro aos dois terminais de uma pilha e mergulhou ambas as peças num gel com dois indicadores: um indicador de OH - (fenolftaleína cor carmim) e um indicador da presença de Fe ( ferricianeto de potássio cor azul). a) Em torno de um dos pregos formou-se uma coloração rosa, enquanto que em torno do outro se formou uma coloração azul. Indique a que terminal das baterias (positivo e negativo) se encontra cada um deles ligado; justifique, indicando as reações envolvidas. b) O que acontece se a bateria descarregar por completo? Justifique. Cotações: I val III 2.5 val V 1a 1.25 val VI 1 1 val I 2 1 val IV val V -1b 1.25 val VI 2 1 val II val IV val V -1c 1 val VI 3 1 val II val IV 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 Cu /Cu = V Eº Ag + /Ag = V f Hº (kj mol-1) n-c 4 H i-c 4 H f Sº (J mol-1)