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1 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br 2 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A Fique à frente dos seus concorrentes com essa novíssima metodologia de ensino: nós trazemos questões inéditas e super aprofundadas que vão possibilitar que você, jubialuno ou jubialuna, compreenda e relacione as mais diversas áreas da química detonando na sua prova de específicas! Você receberá 10 questões discursivas junto de vídeos com as suas resoluções. Mas é MUITO importante que você, de fato, resolva as questões para que depois veja a sua solução. Não perca tempo e comece a solucionar agora mesmo este caderno! Lembre-se: você tem todo o material e as videoaulas do site à sua disposição para pesquisar. QUESTÕES QUÍMICA INORGÂNICA 1. Um estudante preparou uma solução colocando 0,376 g de NiSO4.6H2O e 0,129 g de NiCl2.6H2O em um frasco volumétrico de 250,0 mL. Uma pequena quantidade de água destilada foi adicionada com cuidado, de modo a fazer dissolver os compostos. Após a dissolução, a solução foi diluída até a marca. a) Qual é a concentração molar de íons Cl- na solução final? b) Qual é a concentração molar de íons Ni2+ na solução final? 2. O ácido clorídrico concentrado contém 37,50 % HCl em massa e tem densidade 1,205 g.cm-3. Que volume (em mililitros) de ácido clorídrico concentrado deve ser usado para preparar 10,0 L de 0,7436 mol/L HCl(aq)? 3 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br 3. Em um cilindro de combustão, a variação de energia interna total produzida pela queima de um combustível é – 2.573 kJ. O sistema de resfriamento que circunda o cilindro absorve 947 kJ na forma de calor. Quanto trabalho pode ser realizado pelo combustível do cilindro? 4. a) Calcule a quantidade de calor que deve ser fornecido a uma chaleira de cobre de massa 500,0 g, que contém 750,0 g de água, para aumentar a sua temperatura de 23 °C até o ponto de ebulição da água, 100 °C. b) Que porcentagem do calor foi usada para aumentar a temperatura da água? 5. Em 500 K, a constante de equilíbrio da reação Cl2(g) + Br2(g) ↔ 2 BrCl(g) é Kc = 0,031. Se a composição de equilíbrio é 0,495 mol/L de Cl2 e 0,145 mol/L de BrCl, qual é a concentração de Br2 no equilíbrio? 4 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A 6. Estime o pH de: a) 0,125 mol/L de NaHCO3(aq) b) 0,250 mol/L de KHCO3(aq) Observação: Considere Ka do ácido acético → 1,8 x10-5. Kw = 1,0 x 10-14 7. Quanto tempo é necessário para depositar, por galvanização, 1,50 g de prata a partir de uma solução de nitrato de prata, usando uma corrente de 13,6 mA? (Considere 1 F = 96.500 C/mol). Quando a mesma corrente é usada pelo mesmo tempo, qual a massa de cobre depositada a partir de uma solução de sulfato de cobre (II)? 8. Quando uma solução de cloreto de rutênio foi eletrolisada por 500 s com uma corrente igual a 120 mA, foram depositados 31,0 mg de rutênio. Qual é o número de oxidação do cátion metal no cloreto de rutênio? 5 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br 9. Os seguintes dados foram obtidos para a reação A + B + C → produtos: Experimento [A]0 [B]0 [C]0 Velocidade inicial (mmol.L-1.s-1) 1 1,25 1,25 1,25 8,7 2 2,50 1,25 1,25 17,4 3 1,25 3,02 1,25 54,38 4 1,25 3,02 3,75 489,42 5 3,01 1,00 1,15 ? a) Escreva a lei de velocidade da reação? b) Qual é a ordem da reação global? c) Determine, a partir dos dados, o valor da constante de velocidade. d) Use os dados para predizer a velocidade de reação do experimento 5. 10. Complete o gráfico abaixo, demonstrando duas etapas elementares. Em seguida, argumente qual é a etapa determinante da reação e identifique. b) Para o segundo gráfico, represente as mudanças causadas na presença de um catalisador. EN ER G IA /k ca l . m ol -1 Desenvolvimento da reação 6 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A EN ER G IA /k ca l . m ol -1 Desenvolvimento da reação ANOTAÇÕES 7 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br DJOWGABARITO 1. a) Massa molar do sal NiCl2.6H2O → (58,7 g/mol + 71 g/mol) + (6 . 18 g/mol) → 237,7 g/ mol. Massa de sal hidratado adicionado = 0,129 g. Volume do frasco volumétrico = 250 mL ou 0,250 L. Dissociação do sal hidratado em água = NiCl2.6H2O → Ni2+(aq) + 2 Cl- (aq) Relação estequiométrica entre o sal hidratado e ânion cloreto = 1 mol de NiCl2.6H2O ---------- 2 mol de Cl- Encontrar a quantidade de matéria do sal hidratado adicionado = nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → nº = 0,129 g ÷ 237,7 g/mol = 5,43 x 10-4 mol de NiCl2.6H2O Encontrar a quantidade de íons cloreto em solução, conforme a relação estequiométrica = 1 mol de NiCl2.6H2O ---------- 2 mol de Cl- 5,43 x 10-4 mol de NiCl2.6H2O ---------------- X X = 1,086 x 10-3 mol de Cl- Escrever a expressão de concentração mol/L para o íon cloreto = [Cl-] = n° (mol) ÷ V (L) → [Cl-] = 1,086 x 10-3 mol ÷ 0,250 L → 4,34 x 10-3 mol/L de Cl-. b) Massa molar do sal NiSO4.6H2O → (58,7 g/mol + 32 g/mol + 64 g/mol) + (6 . 18 g/mol) → 262,7 g/mol. Massa de sal hidratado adicionado = 0,376 g. Volume do frasco volumétrico = 250 mL ou 0,250 L. Dissociação do sal hidratado em água = NiSO4.6H2O → Ni2+(aq) + SO42-(aq) Relação estequiométrica entre o sal hidratado e ânion cloreto = 1 mol de NiSO4 . 6H2O ---------- 1 mol de Ni2+ Encontrar a quantidade de matéria do sal hidratado adicionado = nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → nº = 0,376 g ÷ 262,7 g/mol = 1,43 x 10-3 mol de NiSO4.6H2O Para encontrar a quantidade de íons Ni2+ em solução, é preciso considerar a quantidade íons Ni2+ provenientes da dissociação dos dois sais hidratados. Primeiro vamos considerar o NiSO4.6H2O 8 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A 1 mol de NiSO4 . 6H2O ---------- 1 mol de Ni2+ 1,43 x 10-3 mol de NiSO4.6H2O ---------------- X X = 1,43 x 10-3 mol de Ni2+ Agora para o sal NiCl2.6H2O, temos a seguinte relação estequiométrica para o sal e o íon Ni2+ = 1 mol de NiCl2.6H2O ---------- 1 mol de Ni2+ Agora, podemos encontrar a quantidade de matéria do cátion, considerando a relação anterior e o cálculo de mol de sal NiCl2.6H2O inseridos. 1 mol de NiCl2.6H2O ---------- 1 mol de Ni2+ 5,43 x 10-4 mol de NiCl2.6H2O ---------------- X X = 5,43 x 10-4 mol de Ni2+ Escrever a expressão de concentração mol/L para o íon níquel = [Ni2+] = n° (mol) ÷ V (L) → [Ni2+] = (5,43 x 10-4 mol + 1,43 x 10-3 mol) ÷ 0,250 L → 7,892 x 10-3 mol/L de Ni2+. 2. HCl (em massa) → 37,50% d(HCl) = 1,205 g/cm3. V = ?? de HCl concentrado. Preparo de solução com concentração mol/L = 0,7436 para um volume de 10 litros. Para encontrar a concentração mol/L de HCl concentrado, precisamos saber a massa em gramas de 1 litro de ácido clorídrico. 1,205 g de HCl -------- 1 mL de HCl X ----------- 1.000 mL (1 L) X = 1.205 g de HCl Vamos encontrar a expressão de concentração mol/L para o ácido clorídrico concentrado = 37,50 g de HCl --------- 100 g de solução X --------- 1.205 g de solução (massa do soluto e solvente) X = 452 g de HCl em 1 L de solução. Encontrar a quantidade de matéria, mol, presente em 452 gramas de HCl. nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → nº = 452 g ÷ 36,5 g/mol = 12,40 mol de HCl em 1 L. Logo a concentração mol/L da solução concentrada é de 12,40. Encontre a quantidade de matéria, mol, presente na solução de 10L com concentração 0,7436 mol/L. [Solução HCl preparada] = n° ÷ V → n° = [Solução HCl preparada] x V (substituindo os valores temos que: n° = 0,7436 mol/L x 10 L → n° = 7,436 mol de HCl presente na solução preparada. 9 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br Para encontrar o volume retirado da solução concentrada para preparar 10 L com concentração 0,7436 mol/L, fazemos a seguinterelação: 12,40 mol de HCl (concentrada) ---------- 1 L de solução (concentrada) 7,436 mol de HCl (retirado da solução concentrada) ------------- X X = 0,600 L ou 600 mL da solução concentrada. 3. ΔU = q + W -2.573 kj = -947 kj + W W = - 1.626 kj Lembre-se que: q > 0 → energia foi absorvida na forma calor pelo sistema. q < 0 → energia liberada na forma de calor foi liberada do sistema. W< 0 → sistema realiza trabalho. W > 0 → sistema sofre trabalho. 4. a) Massa da Chaleira de Cobre (Cu) = 500 gramas. Massa da água líquida (H2O) = 750 gramas. Variação de Temperatura = 23 °C (296 K) até 100 °C (373 K). Calor específico do cobre (Cu) = 0,3849 J.K-1.g-1 Calor específico da água (H2O) = 4,18 J.K-1.g-1 Primeiro, calcule a quantidade de calor para a chaleira: Q = m . c . ΔT → Q = 500 g . 0,3849 J.K-1.g-1 . (373 K – 296 K) Q = m . c . ΔT → Q = 14.818,65 j Segundo, calcule a quantidade de calor para a água: Q = m . c . ΔT → Q = 750 g . 4,18 J.K-1.g-1 . (373 K – 296 K) Q = m . c . ΔT → Q = 241.395 j Q(total) = Q(chaleira) + Q(água) → Q(total) = 14.818,65 j + 241.395 j = 256.213,65 j ou 256,21365 kj. b) Porcentagem de calor utilizada para aquecer a água: 256.213,65 j (energia total) ------ 100% 241.395 j (energia p/ água) ------- X X = 94,22% 10 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A 5. T = 500K. Kc = 0,031. [Cl2] = 0,495 mol/L. [BrCl] = 0,145 mol/L. [Br2] = ?? no equilíbrio. Cl2(g) + Br2(g) ↔ 2 BrCl(g) Kc = [BrCl]2 ÷ [Cl2] . [Br2] [Br2] = [BrCl]2 ÷ [Cl2] . Kc [Br2] = 0,145 mol/L ÷ 0,495 mol/L . 0,031 [Br2] = 1,40 mol/L. 6. a)Constante do ácido acético = 1,8 x 10-5 A – Concentração mol/L do sal = 0,125 Dissociação do NaHCO3 em água = NaHCO3(s) → Na+(aq) + HCO3-(aq) Escreva a hidrólise do íon HCO3-(aq) = HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- Expressão da constante do íon = [H2CO3] . [OH-] ÷ [HCO3-] Lembre-se que para encontrar o valor da constante do íon, é preciso escrever o equilíbrio químico do ácido ou base correspondente. Para o íon hidrogenocarbonato (HCO3-), temos o ácido carbônico, logo: HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- → Kb H2CO3 ↔ HCO3- + H+ → Ka H2O ↔ H+ + OH- → Kw Assim, a constante Kb(íon) pode ser encontrada, considerando que: Kw = Ka . Kb → Kb = Kw ÷ Ka Kb = 1,0 x 10-14 ÷ 1,8 x 10-5 Kb = 5,56 x 10-6 Considerando que: HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- Início 0,125 mol/L - - Equilíbrio 0,125 mol/L - X X X Para calcular a concentração de OH- utilizamos a expressão da constante do íon: Expressão da constante do íon (Kb) = [H2CO3] . [OH-] ÷ [HCO3-], isolando [OH-] [H2CO3] . [OH-] = Kb . [HCO3-] 11 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br X . X = 5,56 x 10-6 . (0,125 – X*), desconsidere X, pois como a constante é muito pequena a quantidade formada de [H2CO3] . [OH-] é extremamente pequena. X2 = 5,56 x 10-6 . 0,125 mol/L X = √ 5,56 x 10-6 . 0,125 X = 8,33 x 10-6 mol/L. [H2CO3] = [OH-] = 8,33 x 10-6 mol/L. pOH = 5,1 e pH = 8,9, lembrando que pH + pOH = 14. b) Concentração mol/L do sal = 0,250 Dissociação do NaHCO3 em água = KHCO3(s) → K+(aq) + HCO3-(aq) Escreva a hidrólise do íon HCO3-(aq) = HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- Expressão da constante do íon = [H2CO3] . [OH-] ÷ [HCO3-] Lembre-se que para encontrar o valor da constante do íon, é preciso escrever o equilíbrio químico do ácido ou base correspondente. Para o íon hidrogenocarbonato (HCO3-), temos o ácido carbônico, logo: HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- → Kb H2CO3 ↔ HCO3- + H+ → Ka H2O ↔ H+ + OH- → Kw Assim, a constante Kb(íon) pode ser encontrada, considerando que: Kw = Ka . Kb → Kb = Kw ÷ Ka Kb = 1,0 x 10-14 ÷ 1,8 x 10-5 Kb = 5,56 x 10-6 Considerando que: HCO3- + H2O ↔ H2CO3 + OH- Início 0,250 mol/L - - Equilíbrio 0,250 mol/L - X X X Para calcular a concentração de OH- utilizamos a expressão da constante do íon: Expressão da constante do íon (Kb) = [H2CO3] . [OH-] ÷ [HCO3-], isolando [OH-] [H2CO3] . [OH-] = Kb . [HCO3-] X . X = 5,56 x 10-6 . (0,250 – X*), desconsidere X, pois como a constante é muito pequena a quantidade formada de [H2CO3] . [OH-] é extremamente pequena. X2 = 5,56 x 10-6 . 0,250 mol/L X = √ 5,56 x 10-6 . 0,250 X = 1,178 x 10-5 mol/L. 12 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A [H2CO3] = [OH-] = 8,33 x 10-6 mol/L. pOH = 4,93 e pH = 9,07, lembrando que pH + pOH = 14. 7. a) Massa de Ag(s) depositada = 1,50 gramas. Tempo = ?? Solução de Nitrato de Prata (AgNO3). i = 13,6 mA (13,6 x 10-3 A) Ag = 107,81 g/mol. AgNO3(s) → Ag+(l) + NO3-(l) Encontre a quantidade de matéria, mol, formada em 1,50g de Ag(s) = nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → n° = 1,50 gramas ÷ 107,81 g/mol → 0,0139 mol de Ag. Agora, com base na proporção de mol de elétrons e a quantidade de prata formada, temos que: Ag+(l) + 1 mol de e- → Ag(s) 1 mol de e- ------------- 1 mol de Ag(s) X ----------------- 0,0139 mol de Ag(s) X = 0,0139 mol de e- Calcular a quantidade de carga, necessária para produzir 0,0139 mol de e- = Q = n . F → Q = 0,0139 mol de e- . 96.500 C/Mol Q = 1.342,64 C Para encontrar a corrente elétrica, faça Q = i . t Q = i . t → 1.342,64 C = 13,6 x 10-3 A . t t = 1.342,64 C ÷ 13,6 x 10-3 A = 98.723,52 s = 1.645,40 min = 27,42 horas. b) Como o tempo e a corrente são iguais da alternativa anterior, a quantidade de carga é igual também, Q. Q = 1.342,64 C Consequentemente a quantidade de matéria, mol, de elétrons é a mesma, porém os íons são diferentes devido a espécie química que irá receber elétrons é o Cu2+(l). CuSO4(s) → Cu2+(l) + SO42-(l) Cu2+ + 2 mol de e- → Cu(s) 2 mol de e- → 1 mol de Cu(s) 0,0139 mol de e- → X X = 6,95 x 10-3 mol de Cu Para achar o valor em gramas, basta multiplicar pela sua massa molar. 13 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → m(g) = 6,95 x 10-3 mol x 63,5 g/mol = 0,441325 g de Cu depositado. 8. Carga do cátion Ru =?? Tempo = 500 s. i = 120 x 10-3 (A) Massa de Rutênio depositada = 31,0 mg de rutênio. No primeiro momento, descubra a quantidade de carga aplicada: Q = i x t → Q = 120 x 10-3 (A) x 500 s → Q = 60 C. Agora, com base na quantidade de carga e na constante de Faraday, é possível encontrar a quantidade de mol de elétrons para 60 C aplicado. Q = n . F 60 C = n . 96.500 C/mol n = 6,22 x 10-4 mol de e-. Encontre a quantidade de matéria, mol, formada em 31 x 10-3g de Ru(s) = nº (mol) = m (g) ÷ MM (massa molar) → n° = 31 x 10-3gramas ÷ 101 g/mol → 3,07 x 10-4 mol de Ru. Partido da seguinte relação: Ru+y(l) + y mol de e- → Ru(s) y mol de e- ------------- 1 mol de Ru 6,22 x 10-4 mol de e- ----------------- 3,07 x 10-4 mol de Ru X = 2 mol de e- Logo a carga do cátion rutênio é 2+, representado por Ru2+(l). 9. Considerando a equação química genérica: A + B + C → produtos Para encontrar a lei de velocidade para equação química genérica, precisamos primeiramente determinar como cada reagente se relaciona com a velocidade inicial da reação. Para o reagente A temos: 14 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A Considerando o experimento 1 e 2, a concentração de A dobra (seta laranja), sendo as concentrações de B e C constantes(setas em amarelo). A resposta para a velocidade inicial é o dobro. Matemática escrevemos: 2. V = k . [A.2]x → x = 1, logo temos V = k . [A]1 Em relação ao reagente B, vamos considerar o experimento 1 e 3: De acordo com os dados da tabela, temos que para A e C a concentração permanece constante e para o reagente B torna-se aproximadamente 2,5 vezes maior. A resposta para a velocidade é de 6,25 vezes maior. Em termos algébricos, expressamos por: 6,25. V = k . [B.2,5]y → y = 2, logo temos V = k . [B]2 Em relação ao reagente C, vamos considerar o experimento 3 e 4: De acordo com os dados da tabela, temos quepara A e B a concentração permanece constante e para o reagente C torna-se 3 vezes maior. A resposta para a velocidade é de 9 vezes maior. Em termos algébricos, expressamos por: 9. V = k . [C.3]z → z = 2, logo temos V = k . [C]2 A – Lei de Velocidade = k . [A]1 . [B]2 . [C]2. B – Ordem da reação global é a soma dos expoentes da lei de velocidade. Lei de Velocidade = k . [A]1 . [B]2 . [C]2 → ordem de reação global igual a 5. C – Para encontrar a constante de velocidade, escolhemos uns dos experimentos para substituir na lei de velocidade. Para o cálculo a seguir, escolhemos o experimento 1. Lei de Velocidade (V) = k . [A]1 . [B]2 . [C]2 8,7 = k . (1,25 x 10-3)1 . (1,25 x 10-3)2 . (1,25 x 10-3)2 k = 8,7 ÷ 3,052 x 10-15 k = 2,85 x 1015 L4 . mol-4 . s-1 D – Para encontrar a velocidade da reação para o experimento 5, utilizamos a lei de velocidade e substituímos pelos valores fornecidos em termos de concentração mol/L e o valor da constante de velocidade calculada anteriormente. Lei de Velocidade (V) = k . [A]1 . [B]2 . [C]2 → V = 2,85 x 1015 . [3,01 x 10-3]1 . [1,00 x 10-3]2 . 15 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br A etapa lenta é a etapa determinante da reação [1,15 x 10-3]2 V = 1,134 x 10-5 mol . L-1 . s-1 ou 10. a) Para a representação a seguir temos duas etapas elementares de reação. A primeira etapa representa a etapa determinante (lenta) devido a energia de ativação ser maior em relação a segunda etapa. b) Dados: Q = i x t Q = n x F ΔU = q + W Q = m . c . ΔT Capacidade calorífica molar do Cobre (Cu) = 24,44 J.K-1.mol-1. Capacidade calorífica molar da Água líquida (H2O) = 75,24 J.K-1.mol-1. 16 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A ANOTAÇÕES 17 A PR O FU N D A D O C IÊ N CI A S D A N AT U R EZ A www.biologiatotal.com.br