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1 Constantes Constante de Avogrado = 6,02 x 1023 mol– 1 Constante de Faraday (F) = 9,65 x 104 C mol– 1 Volume molar de gás ideal = 22,4 L (CNTP) Carga elementar = 1,602 x 10 –19 C Constante dos gases (R) = 8,21 x 10–2 atm L K– 1 mol– 1 = 8,31 J K– 1 mol– 1 = 62,4 mmHg L K– 1 mol– 1 = 1,98 cal K– 1 mol– 1 Definições Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0°C e 760 mmHg. Condições ambientes: 25°C e 1 atm. Condições-padrão: 25°C, 1 bar, concentração das soluções: 1 mol L– 1 (rigorosamente: atividade unitária das espécies). (s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (R) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em mol–1 L. MASSAS MOLARES Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol-1) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol-1) H 1 1,01 K 19 39,10 He 2 4,00 Ca 20 40,08 Li 3 6,94 Fe 26 55,85 Be 4 9,01 Ni 28 58,69 C 6 12,01 Cu 29 63,55 N 7 14,01 Zn 30 65,41 O 8 16,00 Br 35 79,91 F 9 19,00 Kr 36 83,80 Na 11 22,99 Ag 47 107,87 Mg 12 24,31 Sn 50 118,71 Si 14 28,09 I 53 126,90 P 15 30,97 Ba 56 137,33 S 16 32,07 Hg 80 200,59 Cl 17 35,45 Pb 82 207,21 01. Amostras de massa iguais de duas substâncias, I e II, foram submetidas independentemente a um processo de aquecimento em atmosfera inerte e a pressão constante. O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura em função do calor trocado entre cada uma das amostras e a vizinhança. Dados: ∆Hf e ∆Hv representam as variações de entalpia de fusão e de vaporização, respectivamente, e cp é o calor específico. Assinale a opção ERRADA em relação à comparação das grandezas termodinâmicas. a) ∆Hf (I) < ∆Hf (II) b) ∆Hv (I) < ∆Hv (II) c) cp,I(s) < cp,II (s) d) cp,II(g) < cp,I(g) e) cp,II(I) < cp,I (I) Solução: a) verdadeira – observamos, pelo gráfico, que o processo de fusão da substância II requer mais calor que a substância I. Assim, ∆Hf (I) < ∆Hf (II). b) falsa – mais uma vez, no próprio gráfico observamos que na etapa de ebulição, o líquido II exige menos calor. Assim ∆Hf (II) < ∆Hv (I). c) verdadeira – quando no estado sólido, a substância I apresenta uma maior variação de temperatura pela mesma quantidade de calor trocado em relação a II. Assim, como T QCp ∆= , o sólido I tem um menor Cp (Cp(I)(S) < Cp(II)(S)). d) verdadeira – o gráfico mostra que, quando no estado gasoso, a substância II tem uma maior variação de temperatura (maior inclinação da reta) para mesma quantidade de calor trocado com a substância I. Assim Cp(II)(g) < Cp(I)(g). e) verdadeira – a inclinação da curva de aquecimento de II, no estado líquido, está maior que a substância I, o que indica que Cp(II)(l) < Cp(I)(l). ALTERNATIVA B 02. Um recipiente aberto contendo inicialmente 30 g de um líquido puro a 278 K, mantido à pressão constante de 1 atm, é colocado sobre uma balança. A seguir, é imersa no líquido uma resistência elétrica de 3 Ω conectada, por meio de uma chave S, a uma fonte que fornece uma corrente elétrica constante de 2 A. No instante em que a chave S é fechada, dispara-se um cronômetro. Após 100 s, a temperatura do líquido mantém-se constante a 330 K e verifica-se que a massa do líquido começa a diminuir a uma velocidade constante de 0,015 g/s. Considere a massa molar do líquido igual a M. Assinale a opção que apresenta a variação de entalpia de vaporização (em J/mol) do líquido. a) 500 M b) 600 M c) 700 M d) 800 M e) 900 M Solução: Após 100s, a temperatura fica constante pois o líquido inicia sua ebulição onde todo calor fornecido serve apenas para realizar a vaporização: ∆Hv = Q Como foram dadas a resistência e a corrente, podemos calcular a potência gerada pelo circulo: P = V . i ⇒ P = Ri2 ⇒ P = 3 . (2)2 = 12 W = 12 J/s A taxa de evaporação é de 0,015 g/s. Assim, pode-se calcular o calor necessário por grama: Q = s/g015,0 s/J12 ⇒ Q = 800 J/g Para determinar o calor molar, basta multiplicar pela massa molar: ∆HV = 800 J/g x Mg/mol = 800 M J/mol ALTERNATIVA D 2 03. Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que apresenta o valor do trabalho em módulo (em kJ) realizado no processo de vaporização após 180 s de aquecimento na temperatura de 330 K. a) 4,4 / M b) 5,4 / M c) 6,4 / M d) 7,4 / M e) 8,4 / M Solução: Como a pressão está constante, o trabalho é dado por P∆V ⇒ W = P∆V ⇒ W = P . (Vvapor – Vlíquido). Considerando que: Vlíquido < < VVapor, teremos: W = PVvapor = nvapor RT Calculemos então o número de mols de vapor gerado em 180s: mol/Mg s180xs/g015,0nvapor = = M 7,2 mols Substituindo: 330x31,8x M 7,2W = ⇒ ⇒ KJ M 47 M J217404w ,, ≅= ALTERNATIVA D 04. Dois béqueres, X e Y, contêm, respectivamente, volumes iguais de soluções aquosas: concentrada e diluída de cloreto de sódio na mesma temperatura. Dois recipientes hermeticamente fechados, mantidos à mesma temperatura constante, são interconectados por uma válvula, inicialmente fechada, cada qual contento um dos béqueres. Aberta a válvula, após o restabelecimento do equilíbrio químico, verifica-se que a pressão de vapor nos dois recipientes é Pf. Assinale a opção que indica, respectivamente, as comparações CORRETAS entre os volumes inicial (VXi) e final (VXf), da solução no béquer X e entre as pressões de vapor inicial (PYi) e final (Pf) no recipiente que contém o béquer Y. a) VXi < VXf e PYi = Pf b) VXi < VXf e PYi > Pf c) VXi < VXf e PYi < Pf d) VXi > VXf e PYi > Pf e) VXi > VXf e PYi < Pf Solução: Situação Inicial: x Concentrada y Diluída Com a abertura da válvula, naturalmente irá condensar o vapor na solução x, pois a pressão de vapor de y é maior que a de x no início. Conseqüentemente, o volume de x irá aumentar enquanto o de y irá diminuir. Logo: fi VxVx < . Além disso, como o solvente do béquer y está evaporando, a solução nesse béquer torna-se mais concentrada o que faz a pressão de equilíbrio final ser menor que a pressão de vapor inicial do béquer y: PfPyi > ALTERNATIVA B 05. Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que indica a curva no gráfico abaixo que melhor representa a quantidade de massa de água transferida (Qágua) ao longo do tempo (t) de um recipiente para o outro desde o instante em que a válvula é aberta até o restabelecimento do equilíbrio químico. a) I b) II c) III d) IV e) V Solução: Considerando que o gráfico representa a quantidade acumulada de água transferida, a curva IV é mais adequada. ALTERNATIVA D 06. Considere duas placas X e Y de mesma área e espessura. A placa X é constituída de ferro com uma das faces recoberta de zinco. A placa Y é constituída de ferro com uma das faces recoberta de cobre. As duas placas são mergulhadas em béqueres, ambos contendo água destilada aerada. Depois de um certo período, observa-se que as placas passaram por um seguintes afirmações a respeito dos íons formados em cada um dos béqueres: I. Serão formados íons Zn2+ no béquer contendo a placa X. II. Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa X. III. Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa Y. IV. Serão formados íons Fe3+ no béquer contendo a placa Y. V. Serão formados íons Cu2+ no béquer contendo a placa Y. Então, das afirmações acima, estão CORRETAS a) apenas I, II e IV. b) apenas I, III e IV. c) apenas II, III e IV. d) apenas II, III e V. e) apenas IV e V. Solução: Na placa x, o zinco será oxidado pois seu potencial de oxidação é maior que o do ferro. Assim, na solução da placa x haverá íons Zn2+ e não Fe 2+. Na placaY, o ferro será oxidado na frente do cobre pois: EOXI (Fe) > EOXI (Cu) Assim haverá íons Fe2+ e Fe3+ na solução da placa y. Assim: I. V II. F III. V IV. V V. F ALTERNATIVA B 07. Embrulhar frutas verdes em papel jornal favorece o seu processo de amadurecimento devido ao acúmulo de um composto gasoso produzido pelas frutas. Assinale a opção que indica o composto responsável por esse fenômeno. a) Eteno b) Metano c) Dióxido de carbono d) Monóxido de carbono e) Amônia ALTERNATIVA A 08. Assinale a opção que apresenta um sal que, quando dissolvido em água, produz uma solução aquosa ácida. a) Na2CO3 b) CH3COONa c) CH3NH3Cl d) Mg (ClO4)2 e) NaF Solução: O sal −+ClNHCH 33 é derivado de uma base fraca e de um ácido forte. Assim o cátion derivado da base fraca sofrerá hidrólise ácida como mostra a equação a seguir: )(2)aq(33 OHNHCH A++ X ++ )aq(3)aq(23 OHNHCH ALTERNATIVA C 3 09. Duas células (I e II) são montadas como mostrado na figura. A célula I consiste de uma placa A(c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol L-1 em AX, que está interconectada por uma ponte salina a uma solução 1 mol L-1 em BX, na qual foi mergulhada a placa B(c). A célula II consiste de uma placa B(c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol L-1 em BX, que está interconectada por uma ponte salina à solução 1 mol L-1 em CX, na qual foi mergulhada a placa C(c). Considere que durante certo período as duas células são interconectadas por fios metálicos, de resistência elétrica desprezível. Assinale a opção que apresenta a afirmação ERRADA a respeito de fenômenos que ocorrerão no sistema descrito. Dados eventualmente necessários: EºA + (aq) / A(c) = 0,400 V; EºB + (aq) / B(c) = -0,700 V e EºC + (aq) / C(c) = 0,800 V. a) A massa da placa C aumentará. b) A polaridade da semicélula B/B+ (aq) da célula II será negativa. c) A massa da placa A diminuirá. d) A concentração de B+ (aq) na célula I diminuirá. e) A semicélula A/A+ (aq) será o cátodo. Solução: Como )c(E)A(E ºRED º RED < , podemos concluir que haverá oxidação de A e redução dos íons C+. A oxidação do eletrodo A torna a solução com excesso de íons positivos, o que faz atrair os íons negativos da ponte salina e da solução BX da célula I. Para suprir essa deficiência de carga negativa os elétrons fluem no eletrodo B da direita para a esquerda fazendo os íons B+ se reduzirem na célula I, enquanto a placa B na célula II será oxidada. Vamos analisar as alternativas: a) V. Pois os íons C+ estão se reduzindo. b) V. Pois nessa célula o B oxida (ânodo ≡ (–)). c) V. Pois o A se oxida. d) V. Pois o B+ da célula recebe os elétrons se reduzindo. E) F. Pois o A se oxida, sendo então o ânodo. ALTERNATIVA: E (VVVVF) 10. Realizaram-se testes de solubilidade de pequenas porções de compostos orgânicos constituídos de cinco átomos de carbono, denominados de A, B, C, D e E. São fornecidos os seguintes resultados dos testes de solubilidade em vários solventes: Teste 1: Os compostos A, B, C, D e E são solúveis em éter etílico. Teste 2: Somente os compostos B, C e D são solúveis em água pura. Teste 3: Somente os compostos B, C e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de hidróxido de sódio. Teste 4: Somente os compostos D e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de ácido clorídrico. Considere sejam feitas as seguintes identificações: I. O composto A é o n-pentano. II. O composto B é o 1-pentanol. III. O composto C é o propionato de etila. IV. O composto D é a pentalimina. V. O composto E é o ácido pentanóico. Então, das identificações acima, estão ERRADAS a) apenas I, II e IV. b) apenas I, III e IV. c) apenas II e IV. d) apenas III e V. e) apenas IV e V. Solução: Pelos dados sugeridos pela solubilidade podemos concluir que: * o composto A pode ser um hidrocarboneto. * O composto B pode ser um álcool. * O composto C não pode ser um éster, pois reagiria com a solução de NaOH. * O composto D pode ser uma amina, pois apresentaria propriedades básicas, podendo ser solúvel em H2O e ou solvente orgânico. * O composto E não pode ser o ácido, pois sua solubilidade ficaria Iimbida em soluções de HCl. ALTERNATIVA D 11. Considere sejam feitas as seguintes afirmações a respeito das formas cristalinas do carbono: I. As formas polimórficas do carbono são: diamante, grafite e fulerenos. II. O monocristal de grafite é bom condutor de corrente elétrica em uma direção, mas não o é na direção perpendicular à mesma. III. O diamante é uma forma polimórfica metaestável do carbono nas condições normais de temperatura e pressão. IV. No grafite, as ligações químicas entre os átomos de carbono são tetraédricas. Então, das afirmações acima está(ão) CORRETA(S) a) apenas I, II e III. b) apenas I e III. c) apenas II e IV. d) apenas IV. e) todas. Solução: I. V. São as três formas cristalinas do carbono. II. V. O grafite só conduz corrente na direção paralela aos planos formados pela união de hexágonos onde existe a ressonância das ligações π. III. V IV. F - Ligações trigonais planas ALTERNATIVA A 12. Em junho deste ano, foi noticiado que um caminhão transportando cilindros do composto t-butil mercaptana (2-metil-2-propanotiol) tombou na Marginal Pinheiros – cidade de São Paulo. Devido ao acidente, ocorreu o vazamento da substância. Quando adicionada ao gás de cozinha, tal substância fornece-lhe um odor desagradável. Assinale a opção que indica a fórmula molecular CORRETA desse composto. a) (CH3)3 CNH2 b) (CH3)3 CSH c) (CH3)3CNHCH3 d) (CH3)3 CCH2NH2 e) (CH3)3 CSCH2OH Solução: 2 – meti – 2 – propanotiol CSH)CH( 33≡ ALTERNATIVA B 13. Assinale a opção que nomeia o cientista responsável pela descoberta do oxigênio. a) Dalton b) Mendeleev c) Gay-Lussac d) Lavoisier e) Proust Solução: ALTERNATIVA D 4 14. Assinale a opção que indica a variação CORRETA de entalpia, em kJ/mol, da reação química a 298,15 K e 1 bar, representada pela seguinte equação: C4H10 (g) → C4H8 (g) + H2 (g). Dados eventualmente necessários: θ∆ fH (C4H8 (g)) = – 11,4; θ∆ fH (CO2 (g)) = – 393,5 θ∆ fH (H2O(1)) = – 285,8 θ∆ cH (C4H10 (g)) = – 2.877,6, em que θθ ∆∆ cf HeH , em kJ/mol, representam as variações de entalpia de formação e de combustão a 298,15 K e 1 bar, respectivamente. a) – 3.568,3 b) – 2.186,9 c) + 2.186,9 d) + 125,4 e) + 114,0 Solução: ∆H = Σ∆Hf (produtos) - Σ∆Hf (reagentes) ∆H = [∆Hf (C4H8) + ∆Hf (H2)] – [∆Hf (C4H10)] Vamos então calcular o ∆Hf (C4H10) pela sua combustão: C4H2 + 2 13 O2 → 4CO2 + 5H2O ∆HC (C4H10) = [ ] [ ]{ } { } { } mol/kj4,125)HC(Hf )HC(H142915746,2877 )HC(H8,28555,3934 104 104f 104f −=∆ ∆−−−=− ∆−−⋅+−⋅ Assim: ∆H = [ -11,4 + 0 ] + 125,4 ⇒ ∆H = 114,0KJ ALTERNATIVA E 15. Durante a utilização de um extintor de incêndio de dióxido de carbono, verifica-se formação de um aerossol esbranquiçado e também que a temperatura do gás ejetado é consideravelmente menor do que a temperatura ambiente. Considerando que o dióxido de carbono seja puro, assinale a opção que indica a(s) substância(s) que torna(m) o aerossol visível a olho nu. a) água no estado líquido. b) Dióxido de carbono no estado líquido. c) Dióxido de carbono no estado gasoso. d) Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado líquido. e) Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado gasoso. Solução: O CO2 é ejetado numa temperatura menor que a ambiente e assim força a condensação da água presente na atmosfera. Sendo desta forma observada a olho nu. O CO2 apresenta-se liquefeito no interior do recipiente (pelas altas pressõesinternas), durante a efusão o mesmo escapa na forma gasosa (pressão ambiente menor que a do interior do recipiente). Por isso a causa da visualização é a água que passa para a forma líquida. ALTERNATIVA A 16. Um recipiente fechado contendo a espécie química A é mantido a volume (V) e temperatura (T) constantes. Considere que essa espécie se decomponha de acordo com a equação A(g)→ B(g) + C(g). A tabela abaixo mostra a variação da pressão total (Pt) do sistema em função do tempo (t): Considere sejam feitas as seguintes afirmações: I. A reação química obedece à lei de velocidade de ordem zero. II. O tempo de meia-vida da espécie A independe da sua pressão parcial. III. Em um instante qualquer, a pressão parcial de A, PA, pode ser calculada pela equação: PA = 2 P0 - Pt, em que P0 é a pressão do sistema no instante inicial. IV. No tempo de 640 s, a pressão Pi é igual a 45 mmHg, em que Pi é a soma das pressões parciais de B e C. Então das afirmações acima, esta(ão) CORRETA(S) Solução: Tomemos dois intervalos: 1º Intervalo: ⎩⎨ ⎧ ++=== === CBAt Ait PPPHg mm60)s55t(P PHg mm55)0t(P No instante t = 55s PB e PC correspondem à pressão parcial de A que foi decomposta: Pt (55s) = PA + PA decomposto + PA decomposto Como PA + PA decomposto = PA i = 55mm Hg Então: 60mm Hg = 55mm Hg + PA decomposto ⇒ PA decomposto = 5mm Hg 2º Intervalo: 0 → 200s PA decomposto = Pt - PA i = 70 – 55 = 15mm Hg Assim: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ == ≅= Hg/s mm075,0 s200 Hg 15mmIntervalo)v(2º Hg/s mm091,0 55s Hg mm5)Intervaloº1(v Podemos verificar que a velocidade não está constante. Logo não podemos dizer que a reação é de ordem zero. I. F II. V Façamos uma tabela da pressão de A com o tempo: t 0 55 200 380 495 640 820 PA 55 50 40 30 25 20 15 O intervalo 55s → 495s corresponde à meia-vida: 440s O intervalo: 380 → 820s também corresponde à meia-vida: 440s Como os dois intervalos de meia-vida são iguais, podemos concluir que essa variável não depende da pressão de A. III. V Vimos que Pt = PA + 2PA decomposto PA + Pt = ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ��� ��� ���� ��� � 00 P AdecompostoA P decomposto AA P PPP PA + Pt = 2P0 PA = 2P0 - Pt IV. F PA = 2 . P0 - Pt ⇒ PA =110 – 90 = 20mm Hg Mas: PB + PC + PA = 90 2PB + 20 = 90 ⇒ 2PB = 70 PB = 35mm Hg ALTERNATIVA : C 17. Assinale a opção que indica a substância que, entre as cinco, apresenta a maior temperatura de ebulição à pressão de 1 atm. a) H3CCHO b) H3CCOCH3 c) H3CCONH2 d) H3CCOOH e) H3CCOOCH3 5 Solução: Apesar da massa molecular praticamente igual ao ácido acético a etanamida (amida primária). A amida apresenta ponto de Ebulição maior devido a maior formação ligações de hidrogênio e maior formação de moléculas dímeras. H3CCOOH PE ≅ 118ºC H3CCOONH2 PE ≅ 222ºC O mesmo motivo se mostra para os demais compostos. ALTERNATIVA C 18. Um indicador ácido-base monoprótico tem cor vermelha em meio ácido e cor laranja em meio básico. Considere que a constante de dissociação desse indicador seja igual a -5 10 x 8,0 . Assinale a opção que indica a quantidade, em mols, do indicador que, quando adicionada a 1 L de água pura, seja suficiente para que 80% de suas moléculas apresentem a cor vermelha após alcançar o equilíbrio químico. a) 1,3 x 10-5 b) 3,2 x 10-5 c) 9,4 x 10-5 d) 5,2 x 10-4 e) 1,6 x 10-3 Solução: HA X H+ + A- Ka = 8 . 10-5 Vermelho Laranja 80% na cor vermelha ⇒ 20% de dissolução: HA X H+ + A- Início: m 0 0 Reage: 0,2m 0,2m 0,2 m Final: 0,8 m 0,2 m 0,2 m Ka = 8 . 10-5 = m8,0 m04,0 2 ⇒ m = 1,6 . 10-3 M ALTERNATIVA E 19. Nas condições ambientes, a 1L de água pura, adiciona-se 0,01 mol de cada uma das substâncias A e B descritas nas opções abaixo. Dentre elas, qual solução apresenta a maior condutividade elétrica? a) A = NaCl e B = AgNO3 b) A = HCl e B = NaOH c) A = HCl e B = CH3COONa d) A = KI e B = Pb (NO3)2 e) A = Cu(NO3)2 e B = ZnCl2 Solução: a) NaCl(aq) + AgNO3 → AgCl↓ + Na+ + NO-3 b) HCl + NaOH → Na+ + Cl- + H2O c) HCl(aq) + CH3COONa(aq) → CH3COOH + Na+ + Cl- d) 2KI + Pb(NO3)2 → ↓PbI2 + 2K+ + 2NO-3 e) Maior quantidade de íons, pois: Cu(NO3)2(aq) + ZnCl2(aq) Cu2+ + 2NO-3 + Zn2+ + 2Cl- As substâncias não ionizadas/dissociadas apresentam-se na sua forma pura sendo mínima a contribuição para a condutividade elétrica. A alternativa E se mostra como a alternativa que melhor conduz corrente elétrica. ALTERNATIVA E 20. Considere a reação química representada pela equação abaixo e sua respectiva força eletromotriz nas condições padrão: )aq(Br4)aq(H4)g(o2 −+ ++ º V20,0E),l(OH2)g(Br2 22 =°∆+ Agora, considere que um recipiente contenha todas as espécies químicas dessa equação, de forma que todas as concentrações sejam iguais às das condições-padrão, exceto a de H+. Assinale a opção que indica a faixa de pH na qual a reação química ocorrerá espontaneamente. a) 2,8 < pH < 3,4 b) 3,8 < pH < 4,4 c) 4,8 < pH < 5,4 d) 5,8 < pH < 6,4 e) 6,8 < pH < 7,4 Solução: Para a reação iniciar a espontaneidade ∆E= 0 Pela equação de Nernst: ∆E = ∆Eº - [ ] [ ]442 2 2Br BrH.Po )P(log n 059,0 −+ Todas as vaiáveis estão no estado padrão exceto H+: 2BrP = 1 bar, 2oP = 1 bar, [Br-] = 1 m 0 = 0,20 - 4]H[x1x1 1log 4 059,0 + ⇒ -,020 = ]Hlog[)4.(4 059,0 +−− - log [H+] ≅ 3,39 ⇒ pH = + 3,39 ALTERNATIVA: A As questões dissertativas, numeradas de 21 a 30, devem ser resolvidas e respondidas no caderno de soluções. 21. Uma amostra de 1,222g de cloreto de bário hidratado (BaCl2.nH2O) é aquecida até a eliminação total da água de hidratação, resultando em uma massa de 1,042 g. Com base nas afirmações fornecidas e mostrando os cálculos efetuados, determine: a) número de mols de cloreto de bário, b) o número de mols de água e c) a fórmula molecular do sal hidratado. Solução: O = 16 Ba – 137,33 Cl = 35,45 H = 1 )a 2BaCl ,1042n mol005,0mols10.5 23,208 3 === − O nH BaClOnHBaCl 2222 +→⋅ g222,1 g 18, 0 g042,1 mol005,0 mol 01 ,0 6 c) )b OH2 OnHBaCl 22 ⋅ 005,0 mol005,0 005,0 mol01,0 1 2 OH2BaCl 22 ⋅ n mol01,0 18 18,0 == 22. O composto mostrado abaixo é um tipo de endorfina, um dos neurotransmissores produzidos pelo cérebro . a) Transcreva a formula estrutural da molécula. b) Circule todos os grupos funcionais. c) Nomeie cada um dos grupos funcionais circulados. Solução: Da a), b) e c) 23. Um dos métodos de síntese do clorato de potássio (KCIO3) é submeter uma solução de cloreto de potássio (KCI) a um processo eletrolítico, utilizando eletrodos de platina. São mostradas abaixo as semi-equações que representam as semi-reações em cada um dos eletrodos e os respectivos potenciais elétricos na escala do eletrodo de hidrogênio nas condições-padrão (Eº): Eletrodo I: Cl-(aq) + 3H2O (I) ← → ClO3 – (aq) + 6H+(aq) + 6 e- (CM) Eletrodo II: 2OH- (aq) + H2(g) ← → 2H2O (I) + 2e- (CM) Eº (V) 1,45 - 0,82 a) Faça um esquema da célula eletrolítica. b) Indique o cátodo. c) Indique a polaridade dos eletrodos. d) Escreva a equação que representa a reação química global balanceada.Solução: a) Anodo (+): Cl-(aq) + 3H2O )(A ← → ClO3-(aq) + 6H+(aq) + 6 e- v45,11 +=∑ b) Cátodo (-): 6H2O )(A + 6e- ← → 6OH-3(aq) + 3H2 v83,02 +=∑ c) Ãnodo (+): l Cátodo (-) d) Global: Cl-(aq) + 9H2O )(A ← → ClO-3(aq) + 6OH-(aq) + 6H+(aq) +3H2(g) 24. Em um recipiente que contém 50.00 mLl de uma solução aquosa 0,100 mol/L em HCN foram adicionados 8,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em NaOH. Dado: ka (HCN) = 6,2 x 10-10 a) Calcule a concentração de íons H+ da solução resultante, deixando claros os cálculos efetuados e as hipóteses simplificadoras. b) Escreva a equação química que representa a reação de hidrólise dos íons CN-. Solução: a) Calculemos o número de mols de cada reagente no início: HCN: nHCN = 0,1 x 0,05 = 0,005 mol NaOH: nNaOH = 0,1 x 0,008 = 0,0008 mol Na reação de neutralização serão formados 0,0008 mol do sal NaCN e sobrarão 0,0042 mol de HCN NaOH + HCN → NaCN + H2O Início: 0,0008 mol 0,005mol 0 Reage: 0,0008 mol 0,0008 mol 0,0008 mol Final: 0 0,0042 mol 0,0008 mol No final da reação temos uma mistura de um ácido fraco (HCN) com um sal derivado deste (NaCN), ou seja, temos um tampão. Dessa forma, poderemos calcular o pH desta solução pelo uso da equação: ][ ][log acido salpKapH += M07240 L0580 mol00420acido M01380 L0580 mol00080sal , , ,][ , , ,][ == = Assim: 48872029 07240 013801026pH 10 ,,, , ,log).,log( =−=+−= − [H+] = 3,3.10-9 M b) CN- + H2O = HCN + OH- 7 25. Prepara-se, a 25ºC, uma solução por meio da mistura de 25 mL de n-pentano e 45 mL de n-hexano. Dados: massa específica do n-pentano = 0,63 g/mL; massa específica do n-hexano = 0,66 g/mL; pressão de vapor do n-pentano = 511 torr; pressão de vapor do n-hexano = 150 torr. Determine os seguintes valores, mostrando os cálculos efetuados: a) Fração molar do n-pentano na solução. b) Pressão de vapor da solução. c) Fração molar do n-pentano no vapor em equilíbrio com a solução. Solução: a) Legenda: A – n-pentano B – n-hexano Calculemos a massa de cada componente na mistura: mA = d . V = 25 mL x 0,63 g/mL = 15,75 g mB = 45 mL x 0,66 g/mL = 29,70 g Calcula-se então o número de mols de cada componente: NA = (15,75 g) / (72 g/mol) = 0,21875 mol NB = (29,70 g) / (86 g/mol) = 0,34535 mol Agora resta calcular a fração molar: 38780 mol564100 mol218750XA ,, , == b) Admitindo comportamento ideal da solução, uma vez que consiste em uma mistura de alcanos, a pressão de vapor de cada componente pode ser calculada pela lei de Raoult: torr8309161220torr150XPP torr165819838780torr511XPP B 0 VBB A 0 VAA ,,.. ,,.. === === Assim, a pressão de vapor total da mistura: PT = PA + PB ≅ 290 torr c) A fração molar do n-pentano na fase vapor (YA) pode ser calculada diretamente pela relação entre a sua pressão parcial nessa fase e a pressão total calculada no item b): 68330 torr290 torr1658198 P P Y T A A , , === 26. A tabela abaixo apresenta os valores das temperaturas de fusão (Tf) e de ebulição (Te) de halogênios e haletos de hidrogênio. Tf (ºC) Te (ºC) F2 -220 -188 Cl2 -101 -35 Br2 -7 59 I2 114 184 HF -83 20 HCl -115 -85 HBr -89 -67 Hl -51 -35 a) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do F2 ao I2. b) Justifique a escala decrescente das temperaturas Tf e Te do HF ao HCI. c) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do HCI ao HI. Solução: a) Como as moléculas (F2, Cl2, Br2 e I2) são todas apolares, as mesmas se atraem pelas forças de Van der Waals, cuja intensidade é proporcional ao tamanho da nuvem eletrônica das moléculas. Como nessa seqüência, o tamanho das moléculas aumenta, a força de Van der Waals sofre um aumento que mantém as moléculas mais fortemente unidas. Assim, necessita-se de uma temperatura maior para efetuar a fusão e a ebulição na seqüência de F2 para I2. Do F2 para o I2 a um aumento de massa molar o que ajuda a justificar as diferenças de pontos de ebulição. b) As moléculas do HF formam entre si pontes de hidrogênio que não ocorre no HCl. As pontes de hidrogênio mantêm mais fortemente unidas as moléculas do HF, o que justifica seu maior ponto de ebulição e de fusão. c) Do HCl para o HI, as forças de Van der Waals aumentam devido ao aumento, nessa seqüência, da nuvem eletrônica dos halogênios. Com maior força de atração intermolecular, exige-se uma temperatura maior para realizar a fusão e a ebulição. Do HCl para o HI a um aumento de massa molar o que ajuda a justificar as diferenças de pontos de ebulição. 27. Utilizando uma placa polida de cobre puro, são realizados os seguintes experimentos: I. Placa é colocada diretamente na chama do bico de Bunsen. Após um certo período, observa-se o escurecimento da superfície dessa placa. II. Em seguida, submete-se a placa ainda quente a um fluxo de hidrogênio puro, verificando-se que a placa volta a apresentar a aparência original. III. A seguir, submete-se a placa a um fluxo de sulfeto de hidrogênio puro, observando-se novamente o escurecimento da placa, devido à formação de Cu2S. IV. Finalmente, a placa é colocada novamente na chama do bico de Bunsen, readquirindo a sua aparência original. Por meio das equações químicas balanceadas, explique os fenômenos observados nos quatro experimentos descritos. Solução: (Reações de Deslocamento) I) 2Cu(s) + O2(g) → 2CuO (Oxidação) II) Cu2O + H2(g) → 2Cu +H2O (Redução Metálica) III) 2Cu + H2S → Cu2S + H2 IV) Cu2S + O2 → 2Cu(s) + SO2 Dentro das condições estabelecidas pela questão, podemos descrever a equação acima. 28. Um cilindro de volume V contém as espécies A e B em equilíbrio químico representado pela seguinte equação: A(g) ← → 2B (g). Inicialmente , os de mols de A e de B são, respectivamente, iguais a nA1 e nB1. Realiza-se, então, uma expansão isotérmica do sistema até que o seu volume duplique (2V) de forma que os números de mols de A e de B passem a ser, respectivamente, nA2 e nB2. Demonstrando o seu raciocínio, apresente a expressão algébrica que relaciona o número final de mols de B (nB2) unicamente com nA1, nA2 e nB1. Solução: Considerando o equilíbrio: A(g) 2B(g) Podemos escrever as seguintes equações V TRnA pA 11 ⋅⋅= V TRnB pB 11 ⋅⋅= (Eq. 1) (Eq. 2) Quando o equilíbrio for estabelecido, a expressão de Kp fica: 8 ( ) 1 2 1 PA PB Kp = (Eq. 3) Substituindo PA1 da equação 1 e PB1 da equação 2 na equação 3, temos: 1 2 1 1 1 2 222 1 1 2 1 1 nAV TRnBKp TRnA V V TRnB V TRnA V TRnB Kp ⋅ ⋅⋅=⇒⋅⋅⋅ ⋅⋅=⋅⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ⋅⋅ = (Eq. 4) Na expansão isotérmica (T = CTe) ⇒ V2 = 2V V2 TRnA PA 22 ⋅⋅= V2 TRnB PB 22 ⋅⋅= ( ) 2 2 2 2 nAV2 TRnB Kp ⋅ ⋅⋅= Como a temperatura é constante, Kp1 = Kp2. Logo, podemos escrever: ( ) ( ) 2 2 2 1 2 1 nAV2 TRnB nAV TRnB ⋅⋅ ⋅⋅=⋅ ⋅⋅ ( ) 1 2 12 nA nA2nBnB ⋅= 29. Dois recipientes contêm soluções aquosas diluídas de estearato de sódio (CH3(CH2)16COONa). Em um deles é adicionada uma porção de n-octano e no outro, uma porção de glicose,ambos sob agitação. Faça um esquema mostrando as interações químicas entre as espécies presentes em cada um dos recipientes. Solução: O Estearato de sódio é um sal orgânico que apresenta uma parte de sua hidrofóbica (apolar) que interage com o n-octano e outra parte hidrofílica (polar) que intera com a glicose. Forças de dispersão de London Forças Íon-Dipolo 30. Dois frascos, A e B, contêm soluções aquosas concentradas em HCl e NH3, respectivamente. Os frascos são mantidos aproximadamente a um metro de distância entre si, à mesma temperatura ambiente. Abertos os frascos, observa-se a formação de um aerossol branco entre os mesmos. Descreva o fenômeno e justifique por que o aerossol branco se forma em uma posição mais próxima a um dos frascos do que ao outro. Solução: 3NH 0,68m 3NHHCl 100cm Aerosol branco ClNHNHHCl 43 →+ O HCl e o NH3 são substâncias voláteis cujas massas moleculares são 36,46 g/mol e 17,04 g/mol. Aplicando a Lei de Graham: 690 4636 0417 MM MM V V HCl NH NH HCL 3 3 , , , ≅== VHCl = 0,69 3NHV
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