Professora Sonia IME 2011

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1 IME 011 QUESTÕES BJETIVAS Teste 01 U recipiente de paredes rígidas, contendo apenas ar, aberto para a atosfera, é aquecido de 7 º a 17 º. alcule a percentage ássica de ar que saiu do recipiente, quando atingido o equilíbrio final. A. ( ) 79% B. ( ) 75%. ( ) 30% D. ( ) 5% E. ( ) 1% esolução: alternativa D U recipiente de paredes rígidas, contendo apenas ar, aberto para a atosfera está subetido à pressão constante e te volue fixo. Logo, P V = n T (a 7 ou 300 K) i i i i P V = n T (a 17 ou 400 K) f f f f o o Então, P V = n T (I) i i i i P V = n T (II) f f f f P V = P V = P V i i f f Dividindo (I) por (II): ni P V = P V n n n f f = M ar i = M i ar f 300 nf 300 nf = = 0, n 400 n M f ar M i ar = 0,75 f = 0,75 f = 0,75 i i = 1,00 0,75 = 0,5 saiu i i i i onclusão : a porcentate ássica de ar que saiu é de 5%. i 1

2 Teste 0 Sabendo que 18,0 g de u eleento X reage exataente co 7,75 g de oxigênio para forar u coposto de fórula X 5, a assa de u ol de X é: A. ( ) 99, g B. ( ) 9,9 g. ( ) 74,3 g D. ( ) 46,5 g E. ( ) 18,6 g esolução: alternativa B Tereos a seguinte reação: 5 X + 1 X 5 MX g 3 g 18 g 7,75 g M X = 9,9 g 5 Teste 03 Marque a resposta certa, correspondente aos núeros de oxidação dos eleentos sublinhados e cada fórula, na orde e que estão apresentados. A. ( ) +; 1; +7; + e +8/3 B. ( ) +1; 1; +7; 0 e +16/3. ( ) +; 1/; +6; 0 e +16/3 D. ( ) +1; 1/; +7; + e +16/3 E. ( ) +; 1; +6; + e +8/3 Ag; Na ; S 8; Ni() 4; U 3 8 esolução: alternativa Tereos: Ag Na S S U U U + x + x + x 3x 16 = 0 16 x = + 3 Ni

3 Teste 04 onsidere as espécies de (I) a (IV) e o arcabouço da Tabela Periódica representados a seguir. Assinale a alternativa correta. A. ( ) A espécie (II) é u gás nobre. B. ( ) A caada de valência da espécie (I) pode ser representada por: ns np 5.. ( ) A caada de valência da espécie (III) pode ser representada por: ns np 6. D. ( ) A espécie (IV) é u etal eletricaente neutro. E. ( ) As espécies (I) e (III) são cátions. esolução: alternativa oentários: a) A espécie (I) é u ânion (apresenta 1 elétron a ais). 6 b) A caada de valência da espécie (I - F : 1s s p ) pode ser representada por: c) A caada de valência da espécie (III - 6 d) A espécie (IV) é u gás nobre ( Ne : 1s s p ). e) A espécie I é ânion e a III é cátion. 6 s p a : 1s s p 3s 3p ) pode ser representada por: 6 3s 3p. Teste 05 núero áxio de aldeídos que pode ser obtidos pela ozonólise de ua istura dos hidrocarbonetos co fórula olecular 5 10 é: A. ( ) 4 B. ( ) 5. ( ) 6 D. ( ) 7 E. ( ) 8 esolução: alternativa B A partir da fórula olecular 5 10 obteos cinco fórulas estruturais planas (isôeros): 3

4 3 3 3 (pent-1-eno) (pent--eno) (-etil-but-1-eno) (3-etil-but-1-eno) (-etil-but--eno) 3 eações de ozonólise e consequente foração de cinco aldeídos: 3 (pent-1-eno) (pent--eno) (-etil-but-1-eno) 3 /Zn 3 /Zn 3 /Zn (etanal) (etanal) (etanal) + (butanal) 3 (propanal) 3 3 (butanona) (3-etil-but-1-eno) (-etil-but--eno) 3 /Zn 3 /Zn (etanal) (propanona) 3 3 (-etil-propanal) + 3 (etanal) 4

5 Teste 06 A entalpia de fusão de ua deterinada substância é 00 kj/kg, e seu ponto de fusão noral é 7 o. Após a solidificação de 3 kg do aterial, pode-se afirar que a entropia desse sistea: A. ( ) diinuiu kj/k. B. ( ) diinuiu 600 kj/k.. ( ) não variou. D. ( ) auentou kj/k. E. ( ) auentou 600 kj/k. esolução: alternativa A Te-se que ΔG = Δ T ΔS, então: ΔG = Δ T ΔS 1 kg de aterial 00 kj (liberados) 3 kg de aterial 600 kj (liberados) T = = 300 K Na udança de estado físico a energia livre de Gibbs é igual a zero. 0 = ΔS ΔS = kj/k) Teste 07 E sisteas envolvendo reações paralelas, u iportante parâetro é a seletividade (se), definida coo a razão entre as taxas de geração dos produtos de interesse (I) e dos secundários (S). onsidere o caso e que a taxa de produção de I é dada por KIr ξ e a de S por Ksr γ, onde: r é a concentração do reagente; K I e K S são as velocidades específicas de reação para I e S, respectivaente; ξ e γ são dois núeros inteiros e positivos. Para ua teperatura constante, pode-se afirar que a seletividade: A. ( ) peranece constante independenteente de r. B. ( ) peranece constante quaisquer que seja os valores de ξ e γ.. ( ) é aior no início da reação quando ξ = γ. D. ( ) é enor no fi da reação quando ξ < γ. E. ( ) é aior no início da reação quando ξ > γ. esolução: alternativa E A seletividade (se) é definida coo a razão entre as taxas de geração dos produtos de interesse (l) e dos secundários (S): K se = K I S ξ r γ r Quando ξ > γ : r ξ r > γ 1 ξ r se > γ r K K ξ I r = γ S r se é aior. 5

6 Teste 08 A taxa de eissão de dióxido de carbono e função do consuo édio de certo cobustível, e u carro de testes, é apresentada a seguir. Para u consuo édio de 10 k/l, a assa total ensal de cobustível consuida é 175 kg. Dentre as opções abaixo, pode-se afirar que o cobustível testado foi o: A. ( ) etano B. ( ) propano. ( ) butano D. ( ) heptano E. ( ) octano esolução: alternativa Tereos: = 1; = 1. Para u alcano genérico, ve : 6n + n n + n n+ (1n + n + ) g 44n g 175 kg 6600 kg (14n + ) 6600 = n n = 4 (butano) n n

7 Teste 09 bserve as estruturas abaixo e analise as afirativas feitas sobre elas () 3 (II) 3 (I) (III) (IV) (V) (VI) (VII) 3 (VIII) 3 (IX) 3 (X) 1 As estruturas (I) e (IV) representa isôeros constitucionais. As estruturas (I) e (III) representa u par de enantiôeros. 3 Existe quatro estereoisôeros que tê a fórula estrutural condensada (II). 4 s copostos (V) e (VII) apresenta pontos de fusão idênticos. 5 As estruturas (VIII) e (IX) representa u par de diastereoisôeros. 6 Todos os copostos (V) a (X) apresenta atividade óptica. 7 As estruturas (VIII) e (X) são representações do eso coposto. Podeos concluir que são verdadeiras as afirativas: A. ( ) 1, 3 e 5 B. ( ), 5 e 6. ( ) 1, 4 e 7 D. ( ) 3, 4 e 5 E. ( ) 3, 6 e 7 7

8 esolução: alternativa D Tereos: 1 As estruturas (I - ) e (IV - ) não possue a esa fórula olecular, logo não são isôeras. As estruturas (I) e (III) representa o eso coposto. 3 Existe quatro estereoisôeros que tê a fórula estrutural condensada (II). 3 * 3 * (d-cis-pent--en-4-ol) (d-trans-pent--en-4-ol) (l-cis-pent--en-4-ol) (l-trans-pent--en-4-ol) 4 s copostos (V) e (VII) apresenta pontos de fusão idênticos. oo V e VII são enantiôeros (d,l) possue o eso ponto de fusão. (V) (VII) 5 As estruturas (VIII) e (IX) representa u par de diastereoisôeros. VIII e IX não representa destrogiro e levogiro u do outro, ou seja, são diasteroisôeros. 6 coposto VI apresenta isôero eso, logo não apresenta atividade óptica. (VI) 7 As estruturas (VIII) e (X) representa diasteroisôeros. VIII e X não representa destrogiro e levogiro u do outro, ou seja, são diasteroisôeros. 8

9 Teste 10 U gás ideal sofre ua udança de estado ilustrada pelos gráficos I e II abaixo. Dentre as alternativas abaixo, assinale aquela que se ajusta aos gráficos acia. A. ( ) α é o volue, β é a teperatura, δ é a pressão e o processo é ua expansão a teperatura constante. B. ( ) δ é a teperatura, β é a pressão, α é o volue e o processo é ua copressão.. ( ) α é o volue, β é a pressão, δ é a teperatura e o processo é u resfriaento isobárico. D. ( ) α é o volue, β é a teperatura, δ é a pressão e o processo é ua copressão isotérica. E. ( ) α é a pressão, β é o volue, δ é a teperatura e o processo é u aqueciento isobárico. esolução: alternativa E α é a pressão, β é o volue, δ é a teperatura e o processo é u aqueciento isobárico (a pressão constante) Gabarito dos testes TESTE 01 Alternativa D TESTE 0 Alternativa B TESTE 03 Alternativa TESTE 04 Alternativa TESTE 05 Alternativa B TESTE 06 Alternativa A TESTE 07 Alternativa E TESTE 08 Alternativa TESTE 09 Alternativa D TESTE 10 Alternativa E 9

10 QUESTÕES DISSETATIVAS Questão 01 eleento X te dois isótopos estáveis. U de tais isótopos é isótono do nuclídeo Q e isóbaro do nuclídeo Z. o base nestas inforações responda: a) Qual o núero atôico de X? b) A que grupo e período da Tabela Periódica pertence o eleento X? c) Qual a configuração eletrônica de X no estado fundaental? d) Quais são os núeros quânticos principal, aziutal e agnético do elétron deseparelhado na configuração descrita no ite c? esolução: a) U dos isótopos é isótono do nuclídeo Q e isóbaro do nuclídeo Z, então: 10

11 108 Q : = 6 nêutrons Z : prótons + nêutrons = núero de prótons do isótopo = = isótopo seria X, seu núero atôico é Professora Sonia b) Grupo 11 ou I B: X : 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 47 c) No estado fundaental, tereos: onfiguração ais estável : 47 X : 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d d) Tereos: 1 5s Grupo 11 ou IB n (núero quântico principal) = 5 l (núero quântico sec undário ou aziutal) = 0 l (núero quântico agnético) = 0 Questão 0 s isótopos do urânio U 38 e U 35 aparece na natureza sepre juntos. oo o U 35 não é gerado a partir do U38 por desintegração e aditindo que não há razão para privilegiar u e relação ao outro, podeos supor que o riador os tenha colocado e proporções iguais no oento da foração da Terra. onsiderando válida tal hipótese, calcule a idade que nosso teria. esolução: Dados do cabeçalho da prova 38 9 Tepo de eia-vida do U : 4,50 10 anos 35 8 Tepo de eia-vida do U : 7,07 10 anos 38 Abundância isotópica do U : 99,8% 35 Abundância isotópica do U : 0,7% log0,998 = -0,0031 log = 0,30 log3 = 0,48 log 3,1 = 0,49 l l l 1/ n = 0,69 n3 = 1,1 n137,9 = 4,9 5 =,4 Tereos: 38 9 Tepo de eia-vida do U : 4,50 10 anos 35 8 Tepo de eia-vida do U : 7,07 10 anos 38 Abundância isotópica do U : 99,8% 35 Abundância isotópica do U : 0,7% De acordo co o enunciado existe proporções iguais de U-35 e U-38, no oento da foração da Terra, o que equivale a 50 % para cada isótopo. Para U 35 : inicial atual = 0,50 0,7 = 100 total de urânio total de urânio Para U 38 : inicial atual = 0,50 99,8 = 100 total de urânio total de urânio 11

12 oo a curva de desintegração radioativa é exponencial, podeos usar a cinética de desintegração de prieira orde: Kt = e atual inicial 0,693 t(½) = K bservação: podeos aplicar a expressão ateática acia para a quantidade de átoos ou para o núero de ols de átoos. Utilizando as fórulas dadas, ve: = e total de urânio 0,50 total de urânio ,50 1 (1) = e 99,8 10 K t total de urânio 99,8 10 0,50 () 9 K t 0, ,693 t(½) = 7,07 10 = K K 1 1 0,693 K1 = 8 7, , ,693 t(½) = 4,5 10 = K K K 0,693 = 4,5 10 = e Dividindo (1) por (): , K1t 0,50 e = 0,50 e 1 K1t Kt 0,50 total de urânio K t K t = e 7 e 7 7 = = e = e 99,8 Kt e 99,8 99, = = 137,9 99,8 137,9 Aplicandoln (log e): ln137,9 = t(k K ) 0,693 0,693 ln137,9 = t 4,5 10 7,07 10 KtK1t t(k K 1) 9 8 0,693 7, ,693 4,5 10 4,9 = t 9 8 4,5 10 7, ,693 7, , ,9 = t , , ,9 = t 318, , t = = 59, anos 0, t 5,93 10 anos 1

13 Questão 03 Podeos obter nitrato cúprico reagindo cobre tanto co ácido nítrico diluído quanto co ácido nítrico concentrado. As equações não balanceadas são: u + N 3(dil.) u (N 3) + + N u + N 3(conc.) u (N 3) + + N Para obter nitrato cúprico a partir de 0 kg de cobre, pergunta-se: a) Qual dos dois processos é o ais econôico e teros de consuo de N 3? b) Qual a econoia, e kg de N 3, pela escolha conveniente do processo? esolução: a) Tereos: u + N u(n ) + + N 3 (dil.) u u + e (oxidação) 5+ + N + 3e N (redução) 0 + 3u 3u + 6e (oxidação) 5+ + N + 6e N (redução) Balanceando : 3u + 8N 3u(N ) N 3 (dil.) 3 u + N u(n ) + + N u 3 (conc) u + e (oxidação) N + e N (redução) u u + e (oxidação) N + e N (redução) Balanceando : 1u + 4N 1u(N ) + + N 3 (conc) 3 Transforação da assa de cobre e ols: n = g 314,96 ol M = 63,5 g.ol = u 1 Pr ieiro processo : 3u + 8N 3u(N ) N,67 ols 3 (dil.) 3 3ols 8 ols 3 ols 8 1 ol ol 1 ol 3 Segundo processo : 1u + 4N 1u(N ) + + N 3 (conc) 3 1ols 4 ols 1 ols prieiro processo é ais econôico, pois utiliza-se enos ácido nítrico (,67 ols) para cada ol de cobre etálico. b) álculo da econoia de ácido nítrico (N 3 ) : 13

14 n = 4 ols,67 ols = 1,33 ol N 3 N 3 = 63 g.ol 1 1,33 ol de N = 1,33 63 g = 83,79 g 1 ol de u = 63,5 g 83,79 g de N N 3 3 N 3 = 6,39 kg 3 63,5 g de u 0 kg de cobre Questão 04 A adição de 8,90 g de u hidrocarboneto aroático X a 56 g de benzeno resulta e ua solução cuja teperatura de congelaento é 1,39 º inferior à do benzeno puro. Sabendo que a constante crioétrica olal do benzeno é 5,1 º.kg.ol 1, dê as fórulas estruturais dos produtos onossubstituídos resultantes da reação de X co ua istura sulfonítrica (N 3 + S 4 concentrado). Despreze a existência do hidrocarboneto X na fase vapor. esolução: Tereos: n n = = soluto soluto T K T K 1000 solvente e kg solvente hidrocarboneto aroático T = K 1000 M hidrocarboneto aroático hidrocarboneto aroático benzeno 8,9 1,39 = 5, M 56 8, 9 Mhidrocarboneto aroático = 5, = 18,0575 g.ol 1,39 56 M hidrocarboneto aroático 18 g.ol 1 1 = x = 18 x = = Então: 10 8 N + N S N S 4 N + 14

15 Questão 05 U cobustível de fórula olecular édia 16 é alientado e u queiador à taxa de 0,6 ol/in, co 40% de ar e excesso, de odo a garantir a cobustão copleta. Aditindo-se que a coposição percentual olar do ar seja de 80% de nitrogênio e 0% de oxigênio, calcule a taxa total, e ol/in, de saída dos gases do queiador. esolução: Tereos: Por inuto: ( l) + (g) 1 (g) + 13(g) 1 ol 18,5 ol 1 ol 13 ol 0,6 ol 11,1 ol de 11,1 ol de n 0,6 18,5 ol 11,1 ol 0 % de n 40% 0% de n = 4,44 ol (11,1 ol + 4,44 ol) de n N = 6,16 ol onclusão : 0,0 de 0,40 0,0 de n N 0,6 1 ol 7, ol 0 % 80 % 0,6 13 ol 7,8 ol 4,44 ol de + 6,16 ol de N + 7, ol de + 7,8 ol de = 81,6 ol de gases Taxa total de saída = 81,6 ol/in. Questão 06 Deterine os percentuais e assa dos produtos na istura obtida a partir da reação de saponificação copleta, co Na, de 1,00 ol do triacilglicerol forado pelos ácidos decanoico, -octenoico e dodecanoico. esolução: Genericaente podeos representar ua reação de saponificação da seguinte aneira: Água 3 Triéster Glicerina + 1 Ácido graxo Ácido graxo Ácido graxo Na Base Na Na Na forte Ácido graxo 1 Ácido graxo Ácido graxo 3 Sabão 1 Sabão Sabão 3 Teos: 15

16 1 = = 19 9 (ácido decanoico) 13 7 (ácido -octenoico) 3 = Então, 3 11 (ácido dodecanoico) 19 9 (sabão 1) M 1 = 194 g/ol Na 13 7 (sabão ) Na M = 164 g/ol Glicerina M 4 = 9 g/ol 3 11 Na (sabão 3) M 3 = g/ol Massa total dos produtos forados = = 67 g/ol 67 g 100 % 194 g p(decanoato de sódio) p = 8,869 % 8,9 % (decanoato de sódio) 67 g 100 % 164 g p( octenoato de sódio) p( octenoato de sódio) = 4,4047 % 4,4 % 67 g 100 % g p(dodecanoato de sódio) p = 33,0357 % 33,0 % (dodecanoato de sódio) 67 g 100 % 9 g p(glicerina) p = 13,69 % 13,7 % (glicerina) 16

17 Questão 07 Identifique cada reagente, produto ou função orgânica indicados pelas letras de A a J no esquea abaixo. onsidere que é u grupo alquila. esolução: Tereos: J 1) MgBr, Et ) N 4 l, G + N 3 Na, Na l + A, Pd/BaS 4 + l N N 3 l F, + Na P 5 + Nal Sl E ou Pl3 E B ou Pl 5 E I, + D N + 17

18 Questão 08 E ua bateria do tipo ar-zinco, u dos eletrodos é coposto por ua istura de zinco e pó e K, contida e ua cápsula etálica isolada eletricaente do outro eletrodo. Este últio é coposto por ua placa porosa de carvão que perite a passage de e (g). A capacidade da bateria é liitada pela assa de zinco que é consuida através da reação global Zn + ½ Zn(s), processo este que envolve a foração e decoposição de hidróxido de zinco. Para ua bateria desse tipo e co capacidade édia de 160 Ah, pede-se: a) A tensão padrão produzida pela bateria. b) A assa édia de zinco necessária para que a bateria apresente a capacidade supracitada nas condições padrão. esolução: - -1 Dados: Zn = 65,4; 1 F = (ol.e ) Potenciais padrão de eletrodo (V) Zn Zn() e ,5 Zn Zn + e + + 0,76 Zn e Zn ,1 4e , e ,3 + e ,70 a) Tereos a foração e decoposição do hidróxido de zinco: oxidação Zn + Zn() + e E = + 1,5 V redução + + 4e 4 E = + 0,40 V Zn() Zn Zn + + Zn + + e e 1 Zn + Zn E = E + E = + 1,65 V oxidação redução b) Tereos: Q = i t 1 = A = 1.s 1 1h = s 3 1 Q = 160 Ah = s s Zn + Zn() + e 65,4 g Zn Zn 3 = 195,1 10 g 0,195 g s s 18

19 Questão 09 Para cada coposto abaixo, apresente as fórulas estruturais planas das foras tautoéricas, se houver, ou justifique a inexistência de tautoeria. a) 3 3 b) aldeído benzoico esolução: a) Para o 3 3, tereos as seguintes possibilidades (fórulas estruturais planas): b) Na tautoeria o enol (coposto instável) se transfora e aldeído ou cetona (copostos ais estáveis). núcleo benzênico apresenta ressonância e é uito estável, logo, não ocorre tautoeria no benzaldeído. (benzaldeído) Questão 10 Foi solicitado a u estudante que calculasse o p de ua solução 1, ol/l de Na, a 98,15 K e 100 kpa. estudante apresentou coo resposta o valor 7,0. alcule o p da solução e questão e explique eventuais divergências entre sua resposta e a resposta do estudante. esolução: Dado: log = 0,30; log3,1 = 0,49. Supondo a água pura, tereos o seguinte equilíbrio quíico: ( l) (aq) + (aq) (siplificado) ou + ( l) + ( l) (aq) + (aq) (copleto) 3 + Utilizando a representação siplificada, acrescentando-se Na, ve: 19

20 Na Na ,0 10 ol/l 1,0 10 ol/l + 1, ol/l Então, + 7 1,0 10 ol/l ,0 10 ol/l ( l) (aq) + (aq) W W W Professora Sonia 1,0 10 ol/l,0 10 ol/l (início) gasta gasta x x (durante) (1,0 10 x) ol/l (,0 10 x) ol/l (equilíbrio) + K = [ ][ ] 7 7 K = (1,0 10 x) (,0 10 x) 7 14 K = x 3 10 x + 10 esolvendo 7 14 x 3 10 x + 10, ve: 3 ± 5 x = Para [ ] > 0 x = 10 0,38 10 ol/l + 7 [ ] = 1,0 10 x 7 7 1,0 10 x = 0, x = 0,6 10 ( que reagiu e que fornece o p da solução de Na) + 7 [ ]' = 0,6 10 ol/l p = log[ ]' 7 p = log(0,6 10 ) p = 7 log 0,6 + 1 p = 7 log( 10 3,1) p = 7 (log 1+ log 3,1) p = 8 log log 3,1 p = 8 0,30 0, 49 = 7,1 onclusão: coo o eio fica pouco básico co a adição do Na, o p é aior do que 7 (7,1). + estudante não levou e consideração a auto-ionização da água (( l ) (aq) + (aq)) que elevou a concentração de - e coo consequência o valor do p u pouco acia de 7. 0