IME2016_QUIMICA_respondida

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GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva 1 
 
 
 
Informações de Tabela Periódica 
 
 
Constantes: 
Constante de Faraday: 1 F = 96500 C.mol-1 
Constante Universal dos Gases = 0,082 atm·L·K-1·mol-1 = 62,3 
mmHg·L·K-1·mol-1 
ln 2 = 0,693 ln 1,105 = 0,1 e = 2,72 
 
Dados: 
Massa específica do estanho = 7000 kg·m-3 
Capacidade calorífica média: Cp,CO(g) = 29 J·mol
-1·K-1; Cp,CO2(g) = 37 
J·mol-1·K-1; Cp,C(s) = 8,5 J·mol
-1·K-1 
Pressão de vapor do benzeno puro a 298 K: Pvap = 100,0 mmHg 
Pressão de vapor do tolueno puro a 298 K: Pvap = 30,0 mmHg 
Entalpia de vaporização da água: HVap = 2260 kJ·kg
-1 
Entalpia de fusão do gelo: Hfus = 330 kJ·kg
-1 
Capacidade calorífica específica média da água: CV = 4,2 kJ·kg
-1·K-1 
Tempo de meia vida: 31H = 12,32 anos; 
44
22Ti = 67,00 anos 
 
Conversão: 
T(K) = t (ºC) + 273 
 
01. Em uma célula a combustível, reações de oxidação e redução 
originam a uma corrente que pode ser aproveitada, por exemplo, 
para suprir a potência necessária para alimentar um motor elétrico. 
Considere um sistema formado por uma célula a combustível que 
utiliza hidrogênio e oxigênio, acoplada ao motor de um veículo 
elétrico. Sabendo que o sistema opera sem perdas, que a potência 
do motor é de 30 kW e que o comportamento do gás (H2) é ideal, 
calcule a pressão em um tanque de 100 L de hidrogênio, mantido a 
27ºC, de forma que esse veículo percorra um trajeto de 100 km a 
uma velocidade média de 90 km/h. 
 
Dados a 27°C: 
H2 (g) → 2 H
+ (aq) + 2 e- 0,00 V 
O2 (g) + 4 H
+ (aq) + 4 e- → 2 H2O (l) 1,23 V 
 
Solução: 
 
A corrente elétrica que circula no motor é dada por: 
 
 P E I  
 
A diferença de potencial da pilha, por sua vez, é dada por: 
 
   
     
2 g aq
22 g aq
H 2H 2e E 0,00v
E 1,23vO 4H 4e 2H O
E 1,23v
 
 
  

  
 
 
 
Sendo assim, calculamos a corrente: 
 
PI
E


 
 
Portanto, no tempo de deslocamento do veículo, a carga transferida é 
dada por: 
 
7S P S 30000 100Q I T I 9,76 10 C90v v E 1,23
3,6
  
       
 
 
 
 
 
Como 1 mol de H2 perde 2 mols de e-, tem-se: 
 
7
H2
Q 9,76 10n 505,5mol
2F 2 96500

  

 
 
Sendo assim, a pressão no compartimento pode ser calculada pela 
equação de Clapeyron: 
 
H2
H2
n RT 505,5 0,082 300P 124,4 atm
V 100
    
 
02. O sulfato cúprico anidro é obtido a partir da reação de uma 
solução aquosa de ácido sulfúrico 98% (em massa), a quente, 
com cobre. Sabendo que a solução aquosa de ácido sulfúrico 
tem massa específica 1,84 g/cm3 e que o ácido sulfúrico é o 
reagente limitante, calcule a massa de sulfato cúprico obtida a partir 
da reação de 10,87 ml da solução aquosa de ácido sulfúrico. 
 
Solução: 
(s) 2 4(conc) 4(aq) 2 2(g)1Cu H SO 1CuSO 1S0 2H O    
H SO2 4
Cu
n
n
2
 (I) 
H SO H SO2 4 2 4n M V  (II) 
H SO2 4
H SO2 4
d 1000M
M
  
 (III) 
(III) em (II): 
3
H SO2 4
H SO2 4
d 1000 V 0,98 1,84 1000 10,87 10n
M 98
       
  
H SO2 4n 0,2 mol (IV) 
(IV) em (I): 
H SO2 4
CuSO CuSO CuSO4 4 4
CuSO CuSO4 4
0,2n 0,1mol
2
m n M
m 0,1 160 m 16g
 
 
   
 
 
03. Considere um dispositivo constituído por dois balões de vidro, 
“A” e “B”, cada um com capacidade de 894 mL, interligados por um 
tubo de volume interno desprezível, munido de uma torneira. Dois 
ensaios independentes foram realizados a 298 K. No primeiro 
ensaio, os balões foram inicialmente evacuados e, logo a seguir, com 
a torneira fechada, foram introduzidos 0,30 g de benzeno e 20,0 g de 
tolueno em “A” e “B”, respectivamente, de modo que não 
houvesse contato entre as duas substâncias. No segundo 
ensaio, os balões foram novamente evacuados e, na sequência, uma 
quantidade de benzeno foi introduzida em “A” e outra quantidade de 
tolueno foi introduzida em “B”. Considerando o comportamento ideal 
para os gases e para as misturas, atenda aos seguintes pedidos: 
 
a) determine a pressão em cada balão, no primeiro ensaio, após o 
sistema ter atingido o equilíbrio; 
b) uma vez aberta a torneira no segundo ensaio, calcule as frações 
molares de benzeno e tolueno na fase gasosa no interior dos 
balões no momento em que o equilíbrio líquido-vapor é 
atingido. Um manômetro acoplado ao dispositivo indica, nesse 
momento, uma pressão interna de 76,2 mmHg. 
 
 
Solução: 
 
 
 
 
 
 
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva 2 
 
M(benzeno) = 78g/mol 
M(tolueno) = 92g/mol 
 
- Calculando o número de Mols 


benz
tol
0,3n
78
20n
92
 
- Considerando o comportamento ideal dos gases e que ocorreu 
evaporação total 
 
      n R TPV n R T P
V
 
   
     benzbenz benz benz
n R T 0,3 62,3 2 298P P P 79,9mmHg
V 78 0,894
 
 
        toltol tol tol
n R T 20 62,3 2 298P P P 4515mmHg
V 92 0,894
 
 
 
b) Considere: 
x → Fração molar na fase líquida 
y → Fração molar na fase gasosa 
 
Pela lei de Raoult, temos: 
0
BENZ BENZ BENZ BENZ BENT
0
TOL TOL TOL TOL TOL
P P X P 100 X
P P X P 30 X
    
    
 
 
Pela lei das pressões parciais de Dalton: 
BENZ T BENZ BENZ BENZ
TOL T TOL TOL TOL
P P Y P 76,2 Y
P P Y P 76,2 Y
    
    
 
 
Assim: 
T BENZ TOL BENZ TOL
BENZ BENZ BENZ
BENZ
TOL BENZ TOL
P P P 76,2 100 X 30 X
76,2 3076,2 100 X 30(1 X ) X
70
X 0,66
X 1 X X 0,37
      

     
 
   
 
BENZ BENZ
BENZ BENZ
TOL BENZ TOL
P 100 0,66 P 66mmHg
66 76,2 Y Y 0,866
Y 1 Y Y 0,134
   
   
   
 
 
04. O trítio é produzido na atmosfera por ação de raios cósmicos. 
Ao combinar-se com o oxigênio e o hidrogênio, precipita-se sob a 
forma de chuva. Uma vez que a incidência de raios cósmicos 
varia com a região da Terra, as águas pluviais de regiões 
diferentes terão diferentes concentrações de trítio. 
Os dados abaixo correspondem às concentrações de trítio 
(expressas em número de desintegrações por minuto por litro) em 
águas pluviais de diferentes regiões do Brasil: 
 
Estação pluviométrica Desintegrações do trítio 
Manaus 11,5 
Belém 9,0 
Vale do São Francisco 6,0 
São Joaquim 16,0 
Serra Gaúcha 25,0 
 
Um antigo lote de garrafas de vinho foi encontrado sem rótulos, mas 
com a data de envasamento na rolha, conferindo ao vinho uma 
idade de 16 anos. Uma medida atual da concentração de trítio neste 
vinho indicou 6, 
 
 
 
Considerando que a concentração de trítio no momento do 
envasamento do vinho é igual à das águas pluviais de sua região 
produtora, identifique o local de procedência deste vinho, 
justificando sua resposta. 
 
 
 
 
Solução: 
Dados :
n2 0,693 n1,105 0,1 e 2,72   
 
 
O tempo de meia vida do título é 12,32 anos 
t1/2 = 12,32 anos 
denotando por N o número de desintegrações por minuto por litro, 
temos: 
t
t0 1/2
0t
t1/2
NN N N 2
2


    
Como N em questão é 6,5 desintegrações/minL e t = 16 anos, 
então: 
16 1
12,32 0,77
0
0
0
N 6,5 2 6,5 2
1n N n6,5 n 2
0,77
1,105 0,693nN n
0,17 0,77
   
    
 
  
 
  
 
 
 
0
0
0
0 0
0 0
nN n1,105 n0,17 0,9
nN 0,1 0,9 n0,17
nN 0,1 n0,17 n e n0,17
e enN n N
0,17 0,17
2,72 desintegraçõesN N 16
0,17 L min
  
  
   
 
   
 
  

  
 
   
 
 
 
São Joaquim era a origem do vinho. 
 
 
 
05. Um bloco de gelo a 0,00°C é colocado em contato com um 
recipiente fechado que contem vapor de água a 
100 °C e 1 atm. Após algum tempo, separa-se o bloco de gelo do 
recipiente fechado. Nesse instante observa-se que 25,0 g de gelo 
foram convertidos em água líquida a 0,00° C, e que no 
recipiente fechado existem água líquida e vapor d’água em 
equilíbrio. Considerando que o bloco de gelo e o recipiente fechado 
formam um sistema e que só trocam calor entre si, calcule a 
variação de entropia do sistema. 
 
Solução: 
 
Só há troca de calor entre o gelo e o recipiente então: 
 
Qgelo = -Qrecipiente 
Qgelo = mderreteu Hfus 
Qgelo = 25  10-3  300 = 8,25KJ 
Qrecipiente = -8,25KJ 
 
A temperatura em que ocorreua troca de calor do gelo foi 0°C (273K) 
e do recipiente 100°C (373K) 
 
Assim, como não há troca de energia a não ser entre gelo e o 
recipiente: 
 
gelo
total gelo recipiente gelo
gelo
rec
rec
rec
Q
S S S e S
T
Q
S
T
      
 
 
total
1
total
1
total
8,25 8,25S
273 373
373 273 825S 8,25 KJ k
373 273 373 273
S 8,10J k


  
 
      
  
 
 
 
 
 
 
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva 3 
 
06. Uma liga metálica de alta pureza de massa igual a 10 g, 
formada unicamente por cobre e prata, é imersa numa solução de 
ácido nítrico diluído, ocorrendo a sua transformação completa. Em 
seguida, adiciona-se uma solução de cloreto de sódio à solução 
obtida, observando-se a formação de um precipitado que, lavado e 
seco, tem massa igual a 10 g. Calcule a composição mássica da liga. 
 
 
Solução: 
 
O ácido nítrico diluído reage com o cobre e a prata segundo as 
reações abaixo: 
 
           
         
3 2s 3 dil g2 oq
2s 3 dil 3 aq g
3Cu 8HNO 3Cu NO 2NO 4H O
3Ag 4HNO 3AgNO 1NO 2H O
   
   


 
 
A solução de cloreto de sódio promove a formação de cloreto de 
prata: 
 
       3 3aq aq s aq
AgC AgC
AgNO NaC AgC NaNO
10m 10g n mol
143,5
  
   
 
 
O número de mols de prata é igual ao de cloreto de prata. Assim 
temos: 
 
Ag
10m 108 7,5g
143,5
   
Como a amostra utilizada tinha massa de 10g, a massa de cobre, mcu 
= 2,5g 
 
A composição mássica da liga é: 
 
Ag 75%
Cu 25%


 
 
07. Considerando que as reações abaixo ocorrem em condições 
adequadas, apresente as fórmulas estruturais planas dos compostos 
A, B, C, D e E. 
 
I. Síntese de Williamson 
 
 
 
 
 
II. Síntese de Diels-Alder 
 
 
 
III. Reação de Amida com Ácido Nitroso 
 
 
 
 
IV. Esterificação de Fischer 
 
 
 
 
 
 
Solução: 
 
I ) Trata-se de uma substituição nucleofílica no haleto, produzindo um 
éter. 
 
  
 
3 3 2 3 2 3CH Br CH CH ONa CH CH OCH NaBr
metil etil éter
 
II) A reação de Diets-Alder emolve a cicloadição de um dienófilo a um 
dieno. 
 
 
1,3 - butadieno 
 
III ) 
 
 
Como a amida é N-substituída, a reação não prossegue. 
 
IV 
 
 
Álcool benzílico ácido propanóico 
 
08. Em um reservatório de volume de 6,0 L, submetido a vácuo, 
introduz-se uma mistura física de 79,2 g de gelo seco, solidificado 
em pequenos pedaços, com 30 g de carvão mineral em pó, 
conforme a representação a seguir. 
 
Esse sistema sob determinadas condições atinge o seguinte equilíbrio 
CO2(g) + C(s) ⇄ 2CO(g) 
onde se observa que: 
 
 
a fase gasosa tem comportamento de gás ideal; 
o volume de carvão mineral final é desprezível; 
a 1100 K a constante de equilíbrio da reação é Kp = 22; 
a 1000 K a massa específica da fase gasosa no reservatório é igual a 
14 g/L. 
 
Com base nessas informações, calcule a constante de equilíbrio, Kp, 
da reação a 1000 K. Estabeleça se a reação entre o CO2(g) e o C(s) é 
exotérmica ou endotérmica, justificando sua resposta. 
 
Solução: 
Inicialmente temos 79,2g de CO2 e 30g de C, assim: 
CO (inicial) 22
C(inicial)
79,2n 1,8 mols de CO
44
30n 2,5 mols de C
12
 
 
 
Analisando a situação de equilíbrio a 1000K, e iremos admitir que 
todo o CO2 está na forma de gás assim: 
2(g) (s) (g)CO C 2CO
inicial 1,8 2,5 0
reagiu x x 2x
equilíbrio (1,8 x) (2,5 x) 2x
 
 
 
 
 
 
 
 
GGE RESPONDE IME 2016 – QUÍMICA Prova Discursiva 4 
 
Se a massa específica gasosa a 1000K é 14g/L, temos: 
m m (2x) (12 16) (1,8 x) (12 2 16)14g / L 14
v v 6
      
    
56x 79,2 44x 14
6
12x 79,2 14 2x 13,2 14 2x 0,8
6
 
 

      
 
x = 0,4 mols 
CO2
C
CO
n 1,8 0,4 1,4
n 2,5 0,4 2,1
n 2 0,4 0,8
  
  
  
 
 
       
 2 2
2
co 2 2
co
c
co co
n
n 0,8vK n v n 6 1,4
v
 
  gásnp cK K RT 
 gásn 1mol 
   

2
p
0,8K 0,082 1000 6,25
6 1,4
 
pK 6,25 a 1000K 
Como houve um aumento do pK com o aumento da temperatura 
( pK 22 a 1100K ) a reação direta é endotérmica. 
 
09. A reação de Sabatier-Sanderens consiste na hidrogenação 
catalítica de alcenos ou de alcinos com níquel, para a obtenção 
de alcanos. Considerando a reação de hidrogenação do 
acetileno, um engenheiro químico obteve os resultados abaixo: 
 
Tempo (min) [Acetileno], mol/L 
[Hidrogênio], 
mol/L [Etano], mol/L 
0 50 60 0 
4 38 36 12 
6 35 30 15 
10 30 20 20 
 
A partir dessas informações, determine: 
 
a) a velocidade média da reação no período de 4 (quatro) a 6 (seis) 
minutos; 
b) a relação entre a velocidade média de consumo do acetileno e a 
velocidade média de consumo do hidrogênio; 
c) o efeito do aumento da temperatura de reação na 
constante de velocidade, considerando a equação de 
Arrhenius. 
 
Solução: 
 
A reação balanceada é: 
Ni
2 2 2 2 6C H 2H C H  
 
a) A velocidade média da reação é dada por: 
C H 2 62 6
m
V C H 15 12 3V 1,5mol / (L min)
1 1 t 6 4 2
         
  
 
b) 
2 6
m,C H2 2
m, m,C H H2 2 2
m, m,H2 C H2 2
C H 50 30 20V 2mol / (L min)
1 t 10 0 10
V V
V 2 V 2 2 4mol / (L min)
1 2
        
  
       
 
 
c) De acordo com a equação de Arrhenius, a constante de velocidade 
de reação é dada por: 
Ea
RTK Ae
Ean k n A
RT


  
 
Portanto, k cresce com a temperatura. Sendo assim, a velocidade de 
reação também cresce. 
 
10. Estabeleça a relação entre as estruturas de cada par abaixo, 
identificando-as como enantiômeros, diastereoisômeros, isômeros 
constitucionais ou representações diferentes de um mesmo 
composto. 
 
 
Solução: 
 
a) Trata-se duas representações do mesmo composto. 
 
b) Trata-se de isômeros geométricos, portanto diasteroisômeros. 
 
c) Escrevendo a projeção de Fischer: 
3 2CH CH
H 2 3CH CH
2 2 2 3CH CH CH CH
2CH OH
e H 2CH OH
2 2 2 3CH CH CH CH
 
Para transformar uma projeção na outra, são feitas duas trocas. 
Portanto, trata-se de duas representações do mesmo composto. 
 
d) São isômeros constitucionais, sendo um de cadeia cíclica e outro 
de cadeia mista. 
 
e) girando a molécula da direita e comparando as respectivas 
projeções de Fischer, tem-se: 
 
H
C
Br
H F
C
*
*
H
F
F
*
*
Br
C
C
2 trocas
2 trocas