Constante de Avogadro = 3 1 6,0 10 mol CONSTANTES 4 1 4 1 4 1 1 Constante de Faraday (F) = 9,65 10 C mol = 9,65 10 A s mol = 9,65 10 J V mol Volume molar de gás ideal =,4 L (CNTP) 19 Carga elementar = 1,60 10 C 1 1 1 1 Constante dos gases (R) = 8,1 10 atm L K mol = 8,31 J K mol = 1 1 1 1 = 6,4 mmhg L K mol = 1,98 cal K mol Constante gravitacional (g) = 9,81 m s DEFINIÇÕES Pressão = 1 atm = 760 mmhg = 10135 Nm = 760 Torr 1 N = 1 kg m s Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0 ºC e 760 mmhg Condições ambientes: 5 ºC e 1 atm. Condições-padrão: 5 ºC, 1 atm, concentração das soluções: 1 mol L 1 (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão. (s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou ( ) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em mol L 1. Elemento Químico MASSAS MOLARES Número Atômico Massa Molar (g mol 1 ) Elemento Químico Número Atômico H 1 1,01 Cl 17 35,45 Be 4 9,01 K 19 39,10 B 5 10,81 Ca 0 40,08 C 6 1,01 Fe 6 55,85 N 7 14,01 Cu 9 63,55 O 8 16,00 Zn 30 65,39 F 9 19,00 As 33 74,9 Na 11,99 Br 35 79,91 Mg 1 4,31 Ag 47 107,87 Al 13 6,98 Cd 48 11,41 P 15 30,97 Sn 50 118,71 S 16 3,06 I 53 16,90 Pt 78 195,08 Massa Molar (g mol 1 ) SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 1
1. Considere a equação química, não balanceada, que representa a reação do sulfeto de cádmio em solução aquosa de ácido nítrico: ( ) CdS + HNO Cd NO + NO + Y + H O 3 3 Pode-se afirmar que, na equação química não balanceada, a espécie Y é A. ( ) Cd( HSO 4 ) B. ( ) CdSO 4 C. ( ) SO 3 D. ( ) SO E. ( ) S Alternativa: E Dada a equação da reação global, podemos dividi-la nas duas semi-reações a seguir: + 3 NO + 4H + 3e NO + H O (meia-reação de redução) S S + e (meia-reação de oxidação) Fazendo com que a quantidade de e envolvida nas equações seja igual, temos: + NO + 8H + 3S NO + 4H O + 3S 3 Realizando a equação completa: ( ) 8HNO + 3CdS 3Cd NO + NO + 4H O + 3S 3 3. Considere as reações químicas representadas pelas equações abaixo: I. H3CCHCH + HI H3CCHICH3 II. H3CCOOH + NaOH H3CCOONa + HO LiAlH 4 + 4 H3C CO + 4HO 4 H3C CHOH + LiOH + Al OH IV. C6H6ONa + CH3CHCl C6H6OCHCH3+ NaCl V. H3CCHOH + HCl H3CCHCl + HO III. ( ) ( ) ( ) 3 Assinale a opção que apresenta as equações químicas que configuram reações de óxidoredução. A. ( ) Apenas I e II B. ( ) Apenas I e III C. ( ) Apenas II e IV D. ( ) Apenas III e IV E. ( ) Apenas V Alternativa: B As reações de óxido-redução envolvem variações dos estados de oxidação de espécies envolvidas. Como podemos observar a seguir, houve variação no estado de oxidação do carbono apenas nas equações I e III. I I. CH 3 CH CH + HI CH 3 CH CH 3 1 0 3 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
O II. CH 3 C OH + NaOH +3 O CH 3 C ONa + H O +3 O OH +1 III. LiA H 4 + 4 CH 3 C + 4 H O 4 CH 3 C H + LiOH + A(OH) 1 CH 3 + CH 3 0 3 IV. ONa + CH 3 CH C 1 O CH CH 3 1 + NaC V. CH 3 CH OH + HC CH 3 CH C + HO 1 1 3. Uma amostra de um ácido dicarboxílico com 0,104 g de massa é neutralizada com 0 cm 3 de uma solução aquosa 0,1 mol L 1 em NaOH. Qual das opções abaixo contém a fórmula química do ácido constituinte da amostra? A. ( ) CHO 4 B. ( ) CHO 3 4 4 C. ( ) C4H4O 4 D. ( ) CHO 4 6 4 E. ( ) CHO 5 8 4 Alternativa: B Equacionando a reação do problema, temos: HA + NaOH NaA + HO Por estequiometria: 1 mol HA : mol NaOH na = n B (I) n A : n B m Como n = =M V (L), podemos substituir em (I) da seguinte forma: M ma 0,104 3 = M BV B(L) = 0,1 0 10 MA = 104 g / mol MA MA O ácido dicarboxílico com essa massa molar é o de fórmula molecular CHO 3 4 4 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 3
4. Carbamato de amônio sólido ( NHCOONH 4) decompõe-se em amônia e dióxido de carbono, ambos gasosos. Considere que uma amostra de carbamato de amônio sólido esteja em NH g na temperatura de 50 ºC, em recipiente fechado e equilíbrio químico com ( ) CO g e ( ) 3 volume constante. Assinale a opção CORRETA que apresenta a constante de equilíbrio em função da pressão total P, no interior do sistema. A. ( ) 3 P B. ( ) P C. ( ) P 3 D. ( ) /9 P E. ( ) 4/7 P 3 Alternativa: E Equacionando o equilíbrio, temos: NH COONH NH + CO Eq : P P 4(s) 3(g) (g) Cálculo de P: P P= PNH + P 3 CO = P x + Px Px = 3 Cálculo de K p : ( ) ( ) ( ) ( ) 3 P Kp = PNH P 3 CO K p = Px Px = 4Px = 4 3 x x 3 K = p 3 4P 7 5. Considere cinco frascos contendo, cada um, uma solução aquosa saturada de sulfato de cálcio em equilíbrio químico com seu corpo de fundo. A cada um dos cinco frascos é adicionada uma solução aquosa saturada, sem corpo de fundo, de um dos seguintes sais, respectivamente: I. CaSO 4 II. CaCl III. MgSO 4 IV. NaCl V. KNO 3 Assinale a opção que indica os sais cujas soluções aquosas saturadas aumentam a massa do sulfato de cálcio sólido nos frascos em que são adicionadas. A. ( ) Apenas I e II B. ( ) Apenas I e IV C. ( ) Apenas II e III D. ( ) Apenas III e IV E. ( ) Apenas IV e V Alternativa: C Em cada um dos cinco frascos existirá o seguinte equilíbrio: + 4 + 4 CaSO (s) Ca (aq) SO (aq) Para que ocorra aumento da massa de CaSO 4(s), o equilíbrio deverá ser deslocado para a esquerda, o que é possível com a adição de um íon comum em concentração suficientemente maior do que na solução original (para compensar a diluição do outro íon). A adição de solução saturada de CaSO 4, sem corpo de fundo, não modificará as concentrações dos + íons Ca (aq) e SO (aq). Portanto, não haverá deslocamento do equilíbrio inicial do frasco. 4 4 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Dentre os demais sais apresentados, apenas as soluções aquosas de CaC e MgSO 4 possuem íons comuns ao CaSO 4. + CaC (s) Ca (aq) + C (aq) + 4 + 4 MgSO (s) Mg (aq) SO (aq) Como ambos são bem mais solúveis em água do que o CaSO 4, a adição de suas soluções à solução original irá deslocar o equilíbrio no sentido da formação do CaSO 4 (s) e, conseqüentemente, aumentar a massa do corpo de fundo. 6. Um frasco contém uma solução aquosa de brometo de sódio e outro frasco, uma solução aquosa de ácido clorídrico saturada nos gases componentes do ar atmosférico. O conteúdo de cada um dos frascos é misturado e ocorre uma reação química. Qual das opções abaixo contém a equação química que melhor representa a reação acima mencionada? + A. ( ) Cl ( aq ) + H ( aq ) + 1 O( g ) HO ( ) + Cl( g) + B. ( ) 4Br ( aq ) + O( g ) + 4H ( aq ) Br ( ) + HO( ) + C. ( ) Cl ( aq ) + 3 O( g ) + H ( aq ) HClO3( aq) + D. ( ) Br ( aq ) + H ( aq ) Br ( ) + H (g) E. ( ) Cl ( aq ) + H O ( ) + 1 O ( g ) OH ( aq ) + Cl ( g) Alternativa: B Na + Br + H N O C Teremos a redução do O devido ao seu elevado E Red: + + + O 4e 4H H O Como o ERed,Br < E Red,C, então o Br oxida com mais facilidade do que o C. Portanto: Br Br + e Equacionando a reação global, temos: + O + 4e + 4H H O 4Br Br + 4e + + + + O 4H 4Br Br H O SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 5
7. Assinale a opção CORRETA que corresponde à variação da concentração de íons Ag + provocada pela adição, a 5 ºC, de um litro de uma solução 0,0 mol L 1 em NaBr a um litro de uma solução aquosa saturada em AgBr. 13 Dado: KpsAgBr( 98K) = 5,3 x10. A. ( ) C. ( ) E. ( ) 1x10 Alternativa: C 14 3x10 B. ( ) 5x10 11 7 7x10 D. ( ) 1x10 4 H O + AgBr(s) Ag (aq) + Br (aq) + Kps = Ag Br Nesta solução, temos + Ag Br = = x. 14 7 1 Kps = x x = 53 10 x = 7, 8 10 mol L Após adição de 1 L de NaBr 0,0 mol L 1, teremos os íons provenientes do NaBr. No entanto, devido à diluição, a nova Br será 0,01 mol L 1, já que a Br na solução original é muito menor do que este valor. Assim, teremos: + Kps = Ag Br 13 + 5,3 10 = Ag 10 + 11 1 Ag = 5,3 10 mol L Então, temos: Ag = 7,8 10 5,3 10 + 7 1 Portanto, Ag = 7,8 10 mol L + 7 11 8. O processo físico de transformação do milho em pipoca pode ser um exemplo de reação química. Se for assim entendido, qual é a ordem dessa reação, considerando um rendimento do processo de 100%? A. ( ) zero B. ( ) um C. ( ) dois D. ( ) três E. ( ) pseudozero Alternativa: B A proposta do exercício é fazer uma analogia entre um processo físico e um químico. A atividade radioativa (A), por exemplo, é o número de desintegrações por unidade de tempo e é proporcional ao número de átomos não desintegrados (N), de acordo com a equação: A = k N. De modo análogo, para uma maior quantidade de grãos de milho (G), maior será a taxa de conversão em pipoca (T), conforme a equação: T = k G, típica de um processo de primeira ordem. 6 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
9. A reação hipotética As ( ) + Baq ( ) Cg ( ) + Daq ( ) + E( ) é autocatalisada por ( ) Cg. Considerando que essa reação ocorre em sistema fechado, volume constante e sob atmosfera inerte, assinale a opção que apresenta a curva que melhor representa a variação da massa de As,m,em função do tempo, desde o início da reação até imediatamente antes do equilíbrio () A químico ser estabelecido dentro do sistema. A. ( ) B. ( ) C. ( ) D. ( ) E. ( ) m A tempo Alternativa: E Para uma reação autocatalisada, a velocidade inicial é pequena, já que a quantidade de catalisador produzido pela própria reação ainda é baixa. À medida que a reação se desenvolve, a quantidade de catalisador aumenta e, conseqüentemente, a velocidade da reação aumenta. Com isso, a perda de massa de A, no início, ocorre com taxa reduzida. Com o tempo, essa taxa aumenta rapidamente. No final do processo, com o sistema quase atingindo o equilíbrio, a taxa de perda de massa de A diminui. 10. Dois recipientes contêm volumes iguais de dois líquidos puros, com calores específicos diferentes. A mistura dos dois líquidos resulta em uma solução ideal. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações a respeito das propriedades da solução ideal resultante, nas condições-padrão e após o estabelecimento do equilíbrio químico: I. A temperatura da solução é igual à média aritmética das temperaturas dos líquidos puros. II. O volume da solução é igual à soma dos volumes dos líquidos puros. III. A pressão de vapor é igual à soma das pressões parciais de vapor dos líquidos constituintes da mesma. Assinale a opção CORRETA que contém a(s) propriedade(s) que é(são) apresentada(s) pela solução resultante. A. ( ) Apenas I e II B. ( ) Apenas I e III C. ( ) Apenas II D. ( ) Apenas II e III E. ( ) Apenas III SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 7
Alternativa: D I. Incorreta. Para que a temperatura da solução seja a média aritmética das temperaturas dos líquidos puros, o produto entre massa e calor específico deveria ser o mesmo para os dois líquidos. Como não há dados sobre as densidades dos líquidos, não é possível afirmar que o referido produto para os líquidos seja o mesmo. II. Correta. Como a solução é ideal, as interações soluto-soluto, soluto-solvente e solvente-solvente são as mesmas. Portanto, os volumes dos líquidos são somativos. III. Correta. A pressão máxima de vapor da solução é dada por: PMV = X1PMV1+ XPMV, em que P1 = X1PMV1 e P = XPMV. 11. Uma tubulação de aço enterrada em solo de baixa resistividade elétrica é protegida catodicamente contra corrosão, pela aplicação de corrente elétrica proveniente de um gerador de corrente contínua. Considere os seguintes parâmetros: I. Área da tubulação a ser protegida: 480 m ; II. Densidade de corrente de proteção: 10 ma/m Considere que a polaridade do sistema de proteção catódica seja invertida pelo período de 1 hora. Assinale a opção CORRETA que expressa a massa, em gramas, de ferro consumida no + processo de corrosão, calculada em função de íons Fe ( aq ). Admita que a corrente total fornecida pelo gerador será consumida no processo de corrosão da tubulação. A. ( ) C. ( ) E. ( ) 0 Alternativa: D 3 1x10 B. ( ) 1 3x10 D. ( ) 5 6x10 No processo de corrosão que ocorre na inversão de polaridade do sistema de proteção catódica, temos: + Fe(s) Fe (aq) + e Como para cada mol de Fe (56 g) serão necessários F, teremos: 56 g Fe : 96500 C 3 C 1 m Fe :10 10 480 m 3600s s m = 5g mfe 1. Considere um elemento galvânico formado pelos dois eletrodos (I e II), abaixo especificados e mantidos separados por uma ponte salina: Eletrodo I: chapa retangular de zinco metálico parcialmente mergulhada em uma solução 3 1 aquosa 1, 0 x10 mol L de cloreto de zinco; Eletrodo II: chapa retangular de platina metálica parcialmente mergulhada em uma solução aquosa de ácido clorídrico de ph =, isenta de oxigênio e sob pressão parcial de gás hidrogênio de 0,5 atm. 8 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Assinale a opção CORRETA que expressa o valor calculado aproximado, na escala do eletrodo padrão de hidrogênio (EPH), da força eletromotriz, em volt, desse elemento galvânico atuando log 0,3 e E = = 0,76 V EPH. à temperatura de 5 ºC, sabendo-se que + ( ) A. ( ) 0,54 B. ( ) 0,64 C. ( ) 0,74 D. ( ) 0,84 E. ( ) 0,94 Alternativa: C Cálculo do ε + : + (aq) RED, Zn Zn + e Zn (s) 0, 059 0, 059 1 0, 059 1 ε = ε = = n Zn 10 ε = 0,8485 V RED RED log Q I C 0, 76 log 0, 76 log + 3 RED I Cálculo do ε : RED,H + + H + e H (aq) (g) 0, 059 0, 059 P 0, 059 0,5 ε = ε = = n H 10 0,059 3 0,059 4 ε RED II = log 5 10 = ( log 10 log ) ε = 0,10915 V H RED RED log Q II C 0 log log + RED II Portanto, o eletrodo II sofre redução, por ter maior potencial. Logo: ε=ε ε ε= 0,10915 0,8485 ε + 0, 74V REDII REDI ( ) ( ) Zn Zn ( ) 13. 300 gramas de gelo a 0 ºC foram adicionados a 400 gramas de água a 55 ºC. Assinale a opção CORRETA para a temperatura final do sistema em condição adiabática. 1 1 1 Dados: calor de fusão do gelo = 80calg ; calor específico do gelo 0,50calg = K ; calor 1 1 específico da água líquida = 1cal g K. A. ( ) 4 ºC B. ( ) 3 ºC C. ( ) 0 ºC D. ( ) + 3 ºC E. ( ) + 4 ºC Alternativa: C Cálculo do calor necessário a ser absorvido na fusão total do gelo: Q = ml = 300 80 = 4000 cal L f Cálculo do calor liberado no resfriamento da água a 55 ºC para a temperatura de 0 ºC: Q = mc t = 400 1 ( 55) = 000 cal S SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 9
Portanto, o calor liberado não é suficiente para fundir todo o gelo. Com isso, a amostra final terá água líquida a 0 ºC em equilíbrio com gelo a 0 ºC. 14. Assinale o valor da constante de equilíbrio, nas condições-padrão, da reação química descrita pela seguinte equação: ( ) + ( ) ( ) + ( ) + 3+ 4+ + Sn aq Fe aq Sn aq Fe aq Dados eventualmente necessários: Potenciais de eletrodo em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio nas condições-padrão: E 0,44V + = Fe Fe E 0,04V + = 3 Fe Fe E 0,76V 3+ + = Fe Fe A. ( ) 10 1 B. ( ) 10 18 C. ( ) 10 15 D. ( ) 10 1 E. ( ) 10 9 Alternativa: A E 0,15V 4+ + = Sn Sn A equação dada pode ser dividida em duas meias-reações, conforme equações a seguir: + 4+ meia-reação de oxidação: Sn (aq) Sn (aq) + e E = + 0,15 V meia-reação de redução: 3+ + RED,1 Fe (aq) + e Fe (aq) E = + 0,76 V RED, Cálculo de ε º: ε º = E E ε º = + 0, 76 + 0,15 ε º = + 0, 61 V RED, RED,1 Pela equação de Nernst, temos: 0,059 ε = εº log QC n ( ) ( ) Mas, quando ε = 0, o sistema está em equilíbrio e QC = K C. Portanto: 0,059 0,61 0 =+ 0,61 log KC log KC = = 0,68 0,059 C 0,68 1 C K = 10 K 10 15. Qual das opções abaixo apresenta o elemento químico que é utilizado como dopante para a confecção do semicondutor tipo-p? A. ( ) Boro B. ( ) Fósforo C. ( ) Enxofre D. ( ) Arsênio E. ( ) Nitrogênio Alternativa: A A condução de eletricidade em metais e semicondutores pode ser explicada em termos de orbitais moleculares que se espalham pelo sólido. 10 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Quando, num cristal de silício, alguns átomos de Si são substituídos por átomos da família 13, teremos, nestas posições, bandas de condução devido à existência de orbitais vazios. Um cristal de silício dopado pelo boro, que pertence à família 13, passa a ser um semicondutor do tipo-p (positivo). orbital vazio Si B Si Ao contrário, quando o agente dopante são átomos de fósforo, que apresentam elétrons a mais, ocorre a formação de um nível doador, portanto semicondutor do tipo-n (negativo). 16. O explosivo plástico conhecido como PBX é constituído de uma parte polimérica, normalmente um poliuretano. A formação do poliuretano é atribuída à reação entre um poliol com A. ( ) um isocianato. B. ( ) uma amina. C. ( ) uma anilina. D. ( ) uma estearina. E. ( ) uma oleína. Alternativa: A O poliuretano é um copolímero formado pela polimerização entre um poliol e um isocianato, conforme ilustra a reação abaixo: n O C N N C O + n HO CH CH OH O H H O C N N C O CH CH O n 17. Assinale a opção que contém o polímero que, por ser termoplástico e transparente, pode ser empregado na fabricação de pára-brisa de aeronaves. A. ( ) polietileno B. ( ) polipropileno C. ( ) poli(tetrafluoroetileno) D. ( ) policarbonato E. ( ) poli(álcool vinílico) Alternativa: D Dos polímeros apresentados, o policarbonato é o que possui as melhores características para ser utilizado como pára-brisa de aeronaves. Além de ser termoplástico e transparente, tem semelhança com o vidro, alta resistência ao impacto, boa estabilidade dimensional, boas propriedades elétricas, boa resistência às intempéries. SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 11
Um policarbonato bastante comum é obtido conforme a equação ilustrada a seguir: CH 3 O n HO C OH + n CH C C C 3 CH 3 O O C O C CH 3 n + n HC 18. Considere que os quatro processos químicos, descritos a seguir nos itens I a IV, são realizados isobárica e isotermicamente: I. KNO 3(s) K (aq) + NO 3(aq) II. HO( ) HO(g) III. C(grafita) C(diamante) IV. Na(s) + 1 O (g) NaO(s) + Qual das opções abaixo contém os processos químicos cuja variação de energia interna é nula? A. ( ) Apenas I e II B. ( ) Apenas I, II e III C. ( ) Apenas II e III D. ( ) Apenas III e IV E. ( ) Nenhum processo Alternativa: E Pela 1ª lei da Termodinâmica, temos: H= U+ n( g) RT I. n ( g) = 0 U = H 0 ( já que Hdis > 0 ). II. n( g) = 1 H= U+ RT U= H RT. Como não se pode afirmar que H = RT, então não se pode afirmar que U = 0. III. ( ) = = ( graf diam > ) ng 0 U H 0 H 0. RT RT n g =1 H= U U= H +. RT Como não se pode afirmar que H =, então não se pode afirmar que U= 0. IV. ( ) Obs.: Dissociação de compostos iônicos, mudança de estado físico, mudança de forma alotrópica e reação química são fatores que modificam interações entre partículas, o que provoca variação de energia interna do sistema. 1 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
19. Assinale a opção ERRADA que apresenta (em kj/mol) a entalpia padrão de formação ( H f ) da substância a 5 ºC. A. ( ) H(H(g)) f = 0 B. ( ) H(F(g)) f = 0 C. ( ) H(N(g)) f = 0 D. ( ) H(Br(g)) f = 0 E. ( ) H(Cl(g)) f = 0 Alternativa: D A entalpia padrão de formação leva em conta a variedade alotrópica mais estável e o estado físico da substância na condição-padrão. Na condição padrão, o bromo é líquido, portanto o correto seria H(Br()) = 0. f 0. Qual das substâncias abaixo não é empregada na fabricação da pólvora negra? A. ( ) trinitrotolueno B. ( ) enxofre C. ( ) carvão D. ( ) nitrato de sódio E. ( ) nitrato de potássio Alternativa: A A pólvora negra é uma mistura de salitre (nitrato de sódio e/ou nitrato de potássio), carvão e enxofre. O trinitrotolueno, também conhecido pela sigla TNT, já é um explosivo por si só e não entra na composição da pólvora. 1. Considere as seguintes moléculas no estado gasoso: OF, BeF, AlCl e AlS. a) Dê as estruturas de Lewis e as geometrias moleculares de cada uma das moléculas. b) Indique as moléculas que devem apresentar caráter polar. Resolução: Molécula Estrutura de Lewis Geometria Molecular Polaridade OF F O F angular µ 0 polar BeF F Be F linear µ= 0 apolar AC C A C angular µ 0 polar AS S A S S A S linear µ = 0 apolar SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 13
. Um cilindro provido de pistão móvel, que se desloca sem atrito e cuja massa é desprezível, foi parcialmente preenchido com água líquida. Considere que o sistema atinge o equilíbrio químico à temperatura T e pressão P i. Num dado momento, o sistema é perturbado por uma elevação brusca do pistão, atingindo novo equilíbrio a uma pressão P f e à mesma temperatura T. Considere que água líquida permanece no sistema durante todo o processo. a) Esboce um gráfico da pressão interna no interior do cilindro versus tempo considerando o intervalo de tempo compreendido entre os dois equilíbrios químicos. Indique no gráfico as pressões P i e P f. b) A pressão final, P f, será maior, menor ou igual à pressão inicial, P i? Justifique. Resolução: Considerando que o cilindro estava evacuado antes da adição de água, temos: vácuo P = 0 Adição de H O vácuo t P i HO HO (I) (II) (III) Em (III), o sistema está em equilíbrio; portanto P i é a pressão máxima de vapor d água, que só varia com a temperatura. Quando se eleva o pistão bruscamente, há um aumento brusco de volume e, portanto, redução de pressão, já que em um intervalo tão pequeno de tempo, praticamente não há evaporação efetiva de líquido. Quando se estabelece o novo estado de equilíbrio, na mesma temperatura, a pressão de vapor d água atinge o seu valor máximo. Como a temperatura não sofre variação, a pressão do º equilíbrio é a mesma do 1º. b) P i = P f, pois não há variação de temperatura. Logo, a pressão máxima de vapor não se altera. 14 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
RT 3. A equação Π= C + bc é uma expressão semi-empírica utilizada para a determinação de M massas molares de solutos, M, presentes em soluções reais. Nesta fórmula, Π é a pressão osmótica, em atm; C, a concentração de soluto, em g/dm 3 ; R, a constante universal dos gases; T, a temperatura da solução e b, uma constante. O gráfico a seguir mostra valores experimentais de Π/C versus C para uma solução aquosa a 0 ºC de um soluto desconhecido. Determine o coeficiente linear do gráfico e, com esse valor, determine a massa molar do soluto. Pressão osmótica/concentração de soluto (atm dm 3 /g) 0,0750 0,0745 0,0740 0,0735 0,0730 0,075 0,070 0,0715 0,0710 0,0705 0 30 40 50 Concentração de soluto (g/dm 3 ) Resolução: Manipulando matematicamente a equação dada, temos: RT π RT π= C+ bc = + b C M C M coeficiente x y coeficiente linear angular Portanto, esta é a equação de uma reta. Devemos traçar a melhor reta a partir dos pontos fornecidos (que não compõem exatamente uma reta). De fato: Pressão osmótica/concentração de soluto (atm dm 3 /g) Tomando os pontos A e B da melhor reta obtida visualmente do gráfico, temos: A(15;0,0715) e B(45;0,0740) SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 15
Para obtermos o coeficiente linear desta reta construímos a equação: 0, 0740 0, 0715 y 0, 0715 = ( x 15) 45 15 Para x = 0 temos y = 0,0703 3 dm Logo, o coeficiente linear é 0,0703 atm. g RT 0,08 93 Como = 0, 0703, então = 0, 0703 M 34 g/mol M M 4. Em um laboratório, a 0 ºC e utilizando um sistema adequado, H (g) foi obtido através da reação entre uma amostra de uma liga de 0,3 g de magnésio e um litro de uma solução aquosa 0,1 mol L 1 em HCl. Um manômetro indicou que a pressão no interior do recipiente que contém o H (g) era de 756,7 Torr. Sabendo-se que a pressão de vapor d água a 0 ºC é 17,54 Torr e o volume de H (g) obtido foi 0,00 L, determine a pureza da amostra da liga de magnésio (massa de magnésio x 100/massa total da amostra), considerando que somente o magnésio reaja com o HCl. Resolução: Equacionando a reação do problema, temos: Mg + HC MgC + H A pressão total é dada por: P= PH + PV HO Então: 756, 7 = PH + 17,54 PH = 739,16 Torr Por Clapeyron: PV = nrt. Para H : 3 739,16 0, = nh 6,4 93 n H = 8,09 10 mol Pela proporção estequiométrica da equação química, há consumo de 8,09 10 3 mol de Mg. Dessa forma: 1 mol Mg : 4,31 g 3 8,09 10 mol Mg : m Mg m = 0,197 g Mg Finalmente: 0,3 g (liga) :100% 0,197 g (Mg) : P P= 65,5% 5. Apresente as respectivas fórmulas químicas estruturais das espécies químicas (A, B, C, D, E) presentes nas seguintes equações químicas: KOH (etanol) CH CH CH C A 3 KOH (etanol) 3 3 A KOH (etanol) 3 3 B HSO4 HO, calor 3 D CH CHC CH CH CH CHC CH ( ) HC CCH + C E 16 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução: CH 3 CH CH C CH 3 CHC CH 3 KOH etanol KOH etanol CH 3 CH CH A CH 3 CH CH A KOH CH 3 CH CHC CH 3 CH 3 CH CHCH 3 + CH 3 CH CH CH etanol B C OSO 3 H H SO 4 (H 3 C) CCH CH 3 C CH 3 H O CH 3 OH C CH 3 CH 3 CH 3 D E Obs. Na reação de eliminação do HC do -clorobutano obtém-se, na realidade, três compostos orgânicos e não apenas dois. A equação da reação deveria ser escrita da seguinte maneira: H 3 C H H KOH 3 C CH 3 CH 3 CH CHC CH 3 C C + C C + CH 3 CH CH CH etanol H CH 3 H H Como no exercício foi sugerida a obtenção de apenas dois compostos orgânicos, desconsideramos a existência de estereoisômeros cis e trans. 6. Dois cilindros (I e II) são providos de pistões, cujas massas são desprezíveis e se deslocam sem atrito. Um mol de um gás ideal é confinado em cada um dos cilindros I e II. São realizados, posteriormente, dois tipos de expansão, descritos a seguir: a) No cilindro I, é realizada uma expansão isotérmica à temperatura T, de um volume V até um volume V, contra uma pressão externa constante P. b) No cilindro II, é realizada uma expansão adiabática, de um volume V até um volume V, contra uma pressão externa constante P. Determine os módulos das seguintes grandezas: variação da energia interna, calor trocado e trabalho realizado para os dois tipos de expansão. Resolução: a) O trabalho é aquele realizado pela vizinhança sobre o sistema. Portanto, como P ext = cte, temos: W =Pext V W =P( V V) =PV W = PV Para uma expansão isotérmica de um gás ideal (em que as interações entre as moléculas são nulas), U= 0 U = 0 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 17
Pela 1ª Lei da Termodinâmica, temos: U= Q+ W 0= Q+ ( PV) Q= PV Q = PV b) Para o cálculo do trabalho, temos as mesmas condições do item anterior. Portanto: W =PV W = PV Como a expansão é adiabática, Q= 0 Q = 0 Pela 1ª Lei da Termodinâmica, temos: U= Q+ W U= PV U = PV 7. Uma chapa de ferro é colocada dentro de um reservatório contendo solução aquosa de ácido clorídrico. Após um certo tempo observa-se a dissolução do ferro e formação de bolhas gasosas sobre a superfície metálica. Uma bolha gasosa, de massa constante e perfeitamente esférica, é formada sobre a superfície do metal a,0 metros de profundidade. Calcule: a) o volume máximo dessa bolha de gás que se expandiu até atingir a superfície do líquido, admitindo-se que a temperatura é mantida constante e igual a 5 ºC e que a base do reservatório está posicionada ao nível do mar. b) a massa de gás contida no volume em expansão da bolha. Sabe-se que no processo corrosivo que originou a formação da bolha de gás foram consumidos 3,0 x 10 15 átomos de ferro. Dado: massa específica da solução aquosa de HCl é igual a 100 kg m 3 na temperatura de 5 ºC. Resolução: a) O cálculo da quantidade em mol de gás hidrogênio produzido é dado por: Fe + HC FeC + H (s) (aq) (aq) (g) 3 6, 0 10 átomos : 1 mol 15 3, 0 10 átomos : x 9 x = 5,0 10 mol O volume máximo da bolha ocorre quando a pressão é mínima, o que se dá na superfície do líquido. Admitindo que a chapa de ferro esteja no fundo do reservatório (base), a bolha irá atingir a superfície do líquido,0 metros acima do nível do mar, quando estará submetida apenas à pressão do ar. Podemos, então, considerar que a pressão é muito próxima de 1,0 atm: Por Clapeyron: PV = nrt 7 V= 1, 10 L b) A massa de gás é calculada por: 9 1 m 5,0 10 = mol,0g mol 8 m= 1,0 10 g 9 1 1 1,0 atm V = 5,0 10 mol 8,1 10 atm L K mol 98K 18 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
8. Suponha que um pesquisador tenha descoberto um novo elemento químico, M, de número atômico 119, estável, a partir da sua separação de um sal de carbonato. Após diversos experimentos foi observado que o elemento químico M apresentava um comportamento químico semelhante aos elementos que constituem a sua família (grupo). a) Escreva a equação balanceada da reação entre o elemento M em estado sólido com a água (se ocorrer). b) O carbonato do elemento M seria solúvel em água? Justifique a sua resposta. Resolução: a) De acordo com a distribuição eletrônica do elemento M, conclui-se que o elemento em questão seria um metal alcalino (grupo 1). 14 10 6 1 119M: [ 86Rn] 7s 5f 6d 7p 8s O elemento M, sendo estável e apresentando comportamento semelhante ao dos demais elementos do grupo, reagirá com água conforme a equação: M(s) + H O MOH aq + 1 H g ( ) ( ) ( ) b) O carbonato de M seria solúvel em água, já que os carbonatos de elementos do grupo 1 são todos solúveis em água. 9. Durante a realização de um estudo de corrosão, foi montado um sistema constituído por um elemento galvânico com as seguintes características: I. Anodo de ferro e catodo de platina; II. Área de exposição ao meio corrosivo de ambos os eletrodos igual a 100,0 cm ; III. Circuito eletrolítico mantido por ponte salina; IV. Eletrodos interconectados por fio de cobre; V. Eletrólito formado por solução aquosa ácida, livre de oxigênio atmosférico. Considerando que ocorre perda de massa do eletrodo de ferro, calcule a corrente de corrosão (em ampère) equivalente ao fluxo de elétrons no sistema, decorrente do processo de dissolução metálica, se esse metal apresentar uma taxa de corrosão uniforme de 350 mdd. mg Dado: mdd = (miligrama por decímetro quadrado por dia, de ferro metálico corroído) dm dia Resolução: A solução ácida, livre de oxigênio atmosférico, não é oxidante forte. Dessa forma, a corrosão + produzirá íons Fe (aq). A área de exposição é de 100,0 cm 3, ou seja, 1,0 dm. Assim, haverá perda de massa de ferro correspondente a 350 mg por dia. + (aq) Fe (s) Fe + e 56 g : 96500 A s 0,35 g : i 4h 3600s h i= 1,40 10 A 1 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 19
30. A reação de combustão SO (g) + O (g) SO 3(g) é lenta e pode ser representada pela figura abaixo: Caminho da reação Esta mesma reação pode ser catalisada pelo NO (g) em duas etapas, sendo que a primeira é bem mais lenta que a segunda. Numa mesma figura, esboce o perfil da curva da reação nãocatalisada e da reação catalisada pelo NO (g). Resolução: Como o mecanismo na presença do catalisador ocorre em duas etapas, a mais lenta é a que possui maior energia de ativação, que deve ser menor do que a energia de ativação do processo nãocatalisado. Comentário da prova de Química A prova de Química do vestibular do ITA 008 perdeu o brilhantismo dos últimos dois anos. Em alguns casos, premiou apenas a memória do aluno, como nas questões 1, 15, 16, 17 e 0, em que o candidato não teve chance de desenvolver qualquer tipo de raciocínio. Destaque positivo, nos testes, para as questões 7, 1 e 14. Na parte dissertativa, destaque negativo para a questão 1, em que se pede a estrutura de A S, e para a questão 8, em que se pedem características de um elemento de número atômico muito elevado. Na questão 5, o equívoco do enunciado já foi mencionado na própria resolução. Sentimos falta de uma melhor exploração dos seguintes assuntos: equilíbrio iônico da água; reações inorgânicas; estrutura atômica; ligações químicas; isomeria; radioatividade; propriedades físicas e químicas de compostos. 0 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO