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FÍSICO-QUÍMICA – IME & ITA - PROPRIEDADES COLIGATIVAS – PROF. GRILLO 1 Questão 01 – (IME - 2001) Uma solução contendo 0,994g de um polímero, de fórmula geral (C2H4)n, em 5,00g de benzeno, tem ponto de congelamento 0,51ºC mais baixo que o do solvente puro. Determine o valor de n. Dado: Constante crioscópia do benzeno = 5,10ºC/molal. Questão 02 – (IME) Uma solução aquosa 0,28 mol/L de glicose é isotônica em relação a uma solução aquosa 0,10 mol/L de um cloreto de metal alcalino-terroso, na mesma temperatura. Calcule o grau de dissociação aparente do sal. Questão 03 – (IME - 1999) A maioria dos vegetais sintetiza hidrato de carbono conforme a reação: CO2 + H2O → hidrato de carbono + O2. Numa etapa subseqüente, o hidrato de carbono reage produzindo amido: n hidrato de carbono → HO –[C6H10O5]n – H + (n-1) H2O. Observa- se que uma solução contendo 45 g de hidrato de carbono e 500 g de água apresenta ponto de solidificação 0,93oC abaixo daquele observado para a água pura. Sabendo que a constante criométrica da água é 1,86 oC/molal e que a fórmula mínima do hidrato de carbono é CH2O, determine: a) a fórmula molecular do hidrato de carbono; b) o volume de CO2, nas CNTP, necessário para um vegetal verde produzir 1 mol de amido e 19 moles de água. Questão 04 – (IME – 2002) Uma solução foi preparada dissolvendo- se 2,76g de um álcool puro em 100,00g de acetona. O ponto de ebulição da acetona pura é 56,13°C e o da solução é 57,16°C. Determine: a) o peso molecular do álcool; b) a fórmula molecular do álcool. Dados: Kcb = 1,72°C.Kg/mol (constante molal de elevação do ponto de ebulição da acetona) Questão 05 – (IME - 2003) Um produto anticongelante foi adicionado a 10,0 L de água de um radiador para que a temperatura de congelamento da mistura fosse –18,6 ºC. A análise elementar do anticongelante forneceu o seguinte resultado em peso: C = 37,5%, O = 50,0% e H = 12,5%. Sabe-se que a constante crioscópica molal da água é 1,86ºC.kg/mol e sua massa específica é 1,00kg/dm3. Determine: a) a fórmula estrutural plana e o nome do produto utilizado; b) a massa de produto necessária para alcançar este efeito. Questão 06 – (IME - 2005) Determine o abaixamento relativo da pressão de vapor do solvente quando 3,04 g de cânfora (C10H16O) são dissolvidos em 117,2 mL de etanol a 25 °C. Dado: densidade do álcool: 785 g.m-³. Questão 07 – (IME - 1996) A pressão osmótica de uma solução de poli-isobutileno sintético em benzeno foi determinada a 25ºC. Uma amostra contendo 0,20g de soluto por 100cm3 de solução subiu até uma altura de 2,4 mm quando foi atingido o equilíbrio osmótico. A massa específica da solução no equilíbrio é 0,88g/cm3. Determine a massa molecular do poli-isobutileno? Dados: - Aceleração da gravidade = 9,81 m.s-2; - 1,0 N.m-2 = 9,869 x 10-6 atm; - Constante universal dos gases: R = 0,082 atm.L. mol–1.K–1. Questão 08 – (IME - 1998) Uma solução com 102,6 gramas de sacarose (C12 H22 O11) em água apresenta concentração de 1,20 molar e densidade de 1,0104 g/cm³. Os diagramas de fase dessa solução e da água pura estão representados abaixo: Com base nos efeitos coligativos observados nesses diagramas, calcule as constantes molal ebuliométrica (Ke) e criométrica (Kc) da água. Questão 09 – (ITA – 2003) Na pressão de 1 atm, a temperatura de sublimação do CO2 é igual a 195K. Na pressão de 67 atm, a temperatura de ebulição é igual a 298 K. Assinale a opção que contém a afirmação correta sobre as propriedades do CO2. a) A pressão no triplo está acima de 1 atm; b) A temperatura do ponto triplo está acima de 293K; c) A uma temperatura acima de 298K e na pressão de 67 atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o líquido; d) Na temperatura de 195 K e pressões menores do que 1 atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o sólido; e) Na temperatura de 298 K e pressões maiores do que 67 atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o gasoso. Questão 10 – (FARIAS BRITO) O benzeno puro congela a 5,45ºC. Verificou-se que uma solução contendo 7,24g de C2H2Cl4 em 115g de benzeno congela a 3,55ºC. Qual o valor da constante molal de abaixamento do ponto de congelamento do benzeno? Questão 11 – (FARIAS BRITO) A 20ºC, a pressão de vapor do álcool metílico (CH3OH) é 94torr e a do álcool etílico (C2H5OH) é 44torr. Sendo quimicamente bastante semelhantes, essas substâncias formam um sistema de dois componentes que obedecem à lei de Raoult em todo o intervalo de concentrações. Sabendo que 20,0g de CH3OH são misturados com 100g de C2H5OH, determine a pressão parcial que cada álcool exerce e a pressão total da solução. Calcule também a composição do vapor em equilíbrio com a solução, aplicando a lei de Dalton. Questão 12 - (FARIAS BRITO) A 30ºC, a pressão de vapor do benzeno puro é 121,8 torr. Dissolvendo-se 15,0g de um soluto não volátil em 250g de benzeno, obtém-se uma solução, cuja pressão de vapor é 120,2 torr. Determine a massa molar aproximada do soluto Questão 13 - (ARG) A que temperatura uma solução aquosa de 1,00 mol.L-1 de sacarose teria uma pressão osmótica de 1,00 atm? É razoável a resposta? 2 Questão 14 - (ARG) Quando 0,154 gramas de enxofre finamente dividido se fundem com 4,38 gramas de cânfora (Kc = 40 K kg/mol), o ponto de congelamento deste último baixa 5,47oC. Qual é a fórmula molecular do enxofre, com base nesta medida crioscópica? Questão 15 - A temperatura de congelamento de uma solução aquosa (Kc da água = 1,86) 0,40 molal de um sulfato metálico, onde o sal está totalmente dissociado é -3,72°C. Determine o número de oxidação do metal neste sal. Questão 16 – (ITA - 2003) O abaixamento da temperatura de congelamento da água numa solução aquosa com concentração molal de soluto igual a 0,100 mol/kg é 0,55°C. Sabe-se que a constante crioscópica da água vale 1,86°C.kg.mol-1. Qual das opções abaixo contém a fórmula molecular correta do soluto? a) (AgNH3)Cl b) (Pt(NH3)4Cl2)Cl2 c) Na[Al(OH)4] d) K3[Fe(CN)6] e) K4[Fe(CN)6] Questão 17 - (ITA - 2002) Explique por que a água pura exposta à atmosfera e sob pressão de 1,0 atmosfera entra em ebulição em uma temperatura de 100OC, enquanto a água pura exposta à pressão atmosférica de 0,70 atmosfera entra em ebulição em uma temperatura de 90OC. Questão 18 - (ITA-2006) Esboce graficamente o diagrama de fases (pressão versus temperatura) da água pura (linhas cheias). Neste mesmo gráfico, esboce o diagrama de fases de uma solução aquosa 1,0 mol.kg-1 em etilenoglicol (linhas tracejadas). Questão 19 - (ITA) Na pressão de 1atm, a temperatura de sublimação do CO2 é igual a 195 K. Na pressão de 67atm, a temperatura de ebulição é igual a 298 K. Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA sobre as propriedades do CO2. a) A pressão do ponto triplo está acima de 1 atm. b) A temperatura do ponto triplo está acima de 298 K. c) A uma temperatura acima de 298 K e na pressão de 67atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o líquido. d) Na temperatura de 195 K e pressões menores do que 1atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o sólido. e) Na temperatura de 298 K e pressões maiores do que 67 atm, tem-se que o estado mais estável do CO2 é o gasoso. Questão 20 – (ITA) Considere os valores da temperatura de congelação de soluções 1 milimol/L das seguintes substâncias: I. Aℓ2(SO4)3. II. Na2B4O7. III. K2Cr2O7. IV. Na2CrO4. V. Aℓ(NO3)3.9H2O. Assinale a alternativa CORRETA relativa à comparação dos valores dessas temperaturas. a) I < II < V < III < IV. b) I < V < II ≈ III ≈ IV. c) II < III < IV < I < V. d) V < II < III < IV < I. e) V ≈ II < III < IV < I. Questão 21 – (ITA) Considere as afirmações abaixo, todas relativas à pressão de 1atm: I - A temperatura de fusão do ácido benzoico puro é 122 °C, enquanto que a da água puraé 0 °C. II - A temperatura de ebulição de uma solução aquosa 1,00 mol L-1 de sulfato de cobre é maior do que a de uma solução aquosa 0,10 mol L- 1 deste mesmo sal. III - A temperatura de ebulição de uma solução aquosa saturada em cloreto de sódio é maior do que a da água pura. IV - A temperatura de ebulição do etanol puro é 78,4 °C, enquanto que a de uma solução alcoólica 10% (m/m) em água é 78,2 °C. Das diferenças apresentadas em cada uma das afirmações acima, está(ão) relacionada(s) com propriedades coligativas a) apenas I e III. b) apenas I. c) apenas II e III. d) apenas II e IV. e) apenas III e IV. Questão 22 – (ITA) Dois frascos abertos, um contendo água pura líquida (frasco A) e o outro contendo o mesmo volume de uma solução aquosa concentrada em sacarose (frasco B), são colocados em um recipiente que, a seguir, é devidamente fechado. É CORRETO afirmar, então, que, decorrido um longo período de tempo, a) os volumes dos líquidos nos frascos A e B não apresentam alterações visíveis. b) o volume do líquido no frasco A aumenta, enquanto que o do frasco B diminui. c) o volume do líquido no frasco A diminui, enquanto que o do frasco B aumenta. d) o volume do líquido no frasco A permanece o mesmo, enquanto que o do frasco B diminui. e) o volume do líquido no frasco A diminui, enquanto que o do frasco B permanece o mesmo. Questão 23 – (ITA) 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 da solução 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 Questão 24 – (ITA) Considere as seguintes afirmações relativas aos sistemas descritos a abaixo, sob pressão de 1atm: I. A pressão de vapor de uma solução aquosa de glicose 0,1mol/L é menor do que a pressão de vapor de uma solução de cloreto de sódio 0,1mol/L a 25°C. II. A pressão de vapor do n-pentano é maior do que a pressão de vapor do n-hexano a 25°C. III. A pressão de vapor de substâncias puras como: acetona, éter etílico, etanol e água, todas em ebulição, tem o mesmo valor. IV. Quanto maior for a temperatura, maior será a pressão de vapor de uma substância. V. Quanto maior for o volume de um líquido, maior será a sua pressão de vapor. Destas afirmações, estão CORRETAS a) apenas I, II, III e IV. b) apenas I, II e V. c) apenas I, IV e V. d) apenas II, III e IV. e) apenas III, IV e V. 3 Questão 25 – (ITA) Qual das opções a seguir contém a substância no estado sólido que, adicionada a 100 mL de água pura na temperatura de 25°C e em quantidade igual a 0,10 mol, produzirá uma solução aquosa com MAIOR pressão osmótica? a) Ag2O. b) Na2O2. c) MgO. d) Ba(OH)2. e) Aℓ(OH)3. Questão 26 – (ITA) Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação à pressão de vapor saturante de líquidos e/ou sólidos: I - As pressões de vapor da água líquida e do gelo têm o mesmo valor a -10°C. II - Tanto a pressão de vapor de líquidos como a de sólidos aumentam com o aumento da temperatura. III - A pressão de vapor de um líquido depende das forças de interação intermoleculares. IV - No ponto triplo da água pura, a pressão de vapor do gelo tem o mesmo valor que a pressão de vapor da água líquida. V - A pressão de um vapor em equilíbrio com o respectivo líquido independe da extensão das fases gasosa e líquida. Qual das opções a seguir se refere a todas afirmações CORRETAS? a) I e II. b) I e IV. c) I, II, III e V. d) II, III, IV e V. e) I, II, III, IV e V. Questão 27 – (ITA) Qual das opções a seguir contém a sequência CORRETA de ordenação da pressão de vapor saturante das substâncias seguintes, na temperatura de 25°C: CO2; Br2; Hg. a) pCO2 > pBr2 > pHg. b) pCO2 ≈ pBr2 > pHg. c) pCO2 ≈ pBr2 ≈ pHg. d) pBr2 > pCO2 > pHg. e) pBr2 > pCO2 ≈ pHg. Questão 28 – (ITA) Em uma amostra de água do mar dissolve-se um pouco de sacarose. Em relação à consequência deste acréscimo de sacarose, são feitas as seguintes afirmações: I. A pressão de vapor da água diminui. II. A pressão osmótica da solução aumenta. III. A condutividade elétrica da solução permanece praticamente a mesma. IV. A temperatura precisará descer mais para que possa começar a solidificação. V. O grau de dissociação dos sais presentes na água do mar permanecerá praticamente o mesmo. Das afirmações, estão CORRETAS: a) Apenas I, II e III. b) Apenas II, III e IV. c) Apenas III, IV e V. d) Apenas II, III, IV e V. e) Todas. Questão 29 – (ITA - 2008) A equação π = (R.T.C).M-1 + b.C² é uma expressão semi-empírica utilizada para a determinação de massas molares de solutos, M, presentes em soluções reais. Nesta fórmula, π é a pressão osmótica, em atmosferas; 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 abaixo mostra valores experimentais de π/C versus C para uma solução a 20OC de um soluto desconhecido. Determine o coeficiente linear do gráfico e, com esse valor, determine a massa molar do soluto. Questão 30 – (ITA) Considere um copo contendo 50 mL de água pura em ebulição, sob pressão ambiente. A temperatura de ebulição da água diminuirá significativamente quando a este copo for(em) acrescentado(s): a) 50 mL de água pura b) 50 mL de acetona c) 1 colher das de chá de isopor picado d) 1 colher das de chá de sal-de-cozinha e) 4 cubos de água pura no estado sólido. Questão 31 – (RUSSELL) Uma amostra de proteína hemoglobina de massa 0,500 g foi dissolvida em água suficiente para preparar 100,0 mL de solução. A pressão osmótica da solução medida a 25oC foi de 1,35 mmHg. Qual é a massa molecular da hemoglobina? Gabarito: Questão 32 – (RUSSELL) 0,614 gramas de gelatina foram dissolvidos em água suficiente para preparar 125 mL de solução. A 25oC, a pressão osmótica da solução encontrada foi 67,20 mmHg. Qual é a massa molecular aparente da gelatina? Gabarito: Questão 33 – (RUSSELL) A pressão osmótica de uma dispersão de moléculas de poliestireno em tolueno é 0,78 mmHg a 25oC. Se a dispersão continha 3,0 x 10-3 gramas de poliestireno por mililitro, qual é massa molecular do poliestireno? Gabarito: Questão 34 – (APOSTILA ELITE IME/ITA) A pressão osmótica de uma solução contendo 32 g.L-1 de um soluto é 8,20 atm a 27oC. Qual a pressão osmótica a 47oC de uma solução contendo 10 g.L-1 do mesmo soluto no mesmo solvente? Gabarito: Questão 35 – (IME – 1988-1989) Qual o volume de metanol, de massa específica 0,80 g.ml-1, que deve ser adicionado ao radiador de um veículo, contendo 9,0 litros de água, para que o congelamento não ocorra antes da temperatura cair abaixo de –10,30oC. Dados: constante crioscópica molal da água, KC = 1,86ºC.kg.mol-1. Questão 36 – (IME) Qual é a temperatura de congelamento de uma solução aquosa de glicerina a 20% em peso, sabendo-se que a constante criométrica da água é de KC = 1,86ºC.kg.mol-1. Questão 37 – (IME – 1966/1967) Uma solução aquosa de glicerol começa a congelar a -20oC. Considerando a constante molal do abaixamento crioscópico do ponto de fusão da água como sendo 1,84, determinar a porcentagem em peso de glicerol na solução.Questão 38 – (IME – 1978/1979) Calcular a porcentagem de água em uma amostra de fenol que congele a 18oC. Dados: constante crioscópica molal do fenol, Kc = 7,20 K.molal-1 e temperatura de fusão do fenol = 40,8oC. Questão 39 – (IME – 1976/1977) 7,10 gramas de uma substância A2B, de peso molecular 174, são dissolvidos em água até completar um litro de solução. Sabendo-se que nestas condições o A2B fica 80% dissociado pede-se calcular a pressão osmótca, em atmosferas, sendo a temperatura de 17oC. Questão 40 – (IME – 1976/1977) Uma solução contendo 16,90 gramas de uma substância nãodissociativa em 250 gramas de água, tem um ponto de solidificação de 0,744oC. A substância é composta de 57,20% de carbono, 4,70% de hidrogênio e 38,10% de oxigênio. Qual é a fórmula molecular desse composto? Dados: constante crioscópica da água é de KC = 1,86ºC.kg.mol-1. 4 GABARITO: 01. Solução: m1 = massa do soluto M1 = massa molecular do soluto m2 = massa do solvente Ct oc 51,0 21 1 . .1000 mM m w nnM 28412121 Kwtc 528 994,0100010,5 51,0 n 71n . 02. Solução: Relação entre as pressões osmóticas das duas soluções: glicose = Mglicose . R . T . i = 0,28 x R x T x 1 sal = Msal . R . T . i = 0,10 x R x T x i glicose = 0,28 . i (solução molecular = 1) = 0,28 sal = 0,10 . i Soluções isotônicas: glicose = sal Portanto: 0,28 = 0,10. i i = 2,80 Cloreto de metal alcalino-terroso: MCl2 n = 3 i = 1 + .(n-1) (Fator de Van´t Hoff) 2,80 = 1 + (3-1) 2,80 - 1 = 2. = 0,9 ou 90%. 03. Solução: - Cálculo do peso molecular do Hidreto de Carbono: Tc = Kc.W Tc = Kc. 112 1 PM500 10005,4 86,193,0 PMm 1000m PM1 = 180g/mol a) Cálculo da fórmula molecular: PM1 = (CH2O)n 180 = (30)n n = 6. Logo, (CH2O)6 C6H12O6 b) Cálculo do volume de gás carbônico, nas CNTP: 6 CO2(g) + 6 H2O 1 C6H12O6 + 6 O2(g) 20 C6H12O6 HO – (C6H10O5)N – H + 19H2O Então, pelos coeficientes estequiométricos, temos: 6mols de CO2 1mol de C6H12O6 (Hidrato de Carbono) X 20 mols de C6H12O6 X = 120 mols de CO2 são necessários para produzir 1 mol de amido e 19 mols de H2O. CNTP 1 mol de CO2 - 22,4 120 mols de CO2 - Y Y = 2688 litros de CO2. 04. Solução: Elevação do ponto de ebulição: WtWkt eee 72,113,5616,57 Cálculo da molalidade da solução: 72,1 03,1 W ~ 0,6 molal Cálculo do número de mol do álcool: Álcool Acetona mols massa mol g76,2 100,0g 0,6 molal 1000g Mol = 1006,0 100076,2 = 46,0 gramas. a) peso molecular do álcool 46u; b) C2H6O. 05. Solução: A) Cálculo da fórmula mínima: m100mamostra , logo mC = 37,5 m ; mO = 50 m ; mH = 12,5 m Cálculo do nº de mols de cada elemento na amostra: m125,3 12 m5,37 nC ; m125,3 16 m50 nO ; m5,12nH , logo: 1C : 4H : 10 CH4O (F. mínima) Fórmula Molecular: 4noshidrogênidenº ncarbonos denº O)(CH n4 Como o nº de hidrogêneos máximo é igual ao dobro do nº de carbonos + 2 teremos: 4n = 2n + 2 n = 1 (e para nº de hidrogênios menor que o máximo não teremos solução possível). CH4O HO H | C | H H Metanol ou álcool metílico. B) Tcriosc = Kcriosc.W.i, já que o metanol é um composto tipicamente molecular e não ionizável. Com isso o fator de Van´t Hoff será igual a um, i = 1. 3200 86,1 32106,18 m 10 32 m .86,1)6,18(0 m= 3200 gramas. 06. Solução: Há dois caminhos possíveis, que levam a resultados muito semelhantes. 1ª solução: Como se trata de uma solução molecular, o abaixamento relativo da pressão de vapor do solvente é dado pela fração molar do soluto (lei de Raoult). soluto p X p Cânfora – massa molar = 152 g/mol Etanol – massa molar = 46 g/mol 3 soluto 3,04 p 0,02 1152X 9,901 10 3,04 117,2 0,785p 0,02 2 101 152 46 2ª solução: ∆p/p = Kt x W x i i =1, uma vez que o soluto é molecular. Kt = Massa molar do solvente /1000 (o solvente é o etanol). Usando índice 1 para soluto e índice 2 para solvente: 1 1 2 2 m 1000 3,04 1000 W mol m 152 m 3 2 6 785 10 g m d V 117,2 mL 92,0 g 10 mL 3,04 1000 W 152 92 W 0,217 3 3 p 46 10 0,217 9,98 10 p p p é o abaixamento relativo da pressão de vapor. 07. 2,40 x 105 g.mol-1. 08. Resposta: Constante ebuliométrica: Keb = 0,50 K.molal-1; Constante criométrica: Kc = 2,0 K.molal-1. 09. alternativa A. 10. Resposta: 5,08ºC kg/mol. 11. Resposta: Metanol = 21 Torr; Etanol = 34 Torr; Solução = 55 Torr. 12. Resposta: 350. 13. Resposta: 12,20 K, não sendo razoável a resposta. 14. Resposta: S8. 15. Resposta: o número de oxidação será igual a (+3). 16. alternativa B. produz 5 17. Resposta: A pressão de vapor de uma substância aumenta com o aumento da temperatura. Quando a pressão de vapor se iguala a pressão local (pressão atmosférica), o líquido entra em ebulição. Portanto, em um local onde a pressão atmosférica é 0,70 atmosferas, a água entra em ebulição em uma temperatura menor que 100OC. 18. Resposta: I = água pura; II = solução aquosa de etilenoglicol. 19. alternativa A. 20. alternativa B. 21. alternativa C. 22. alternativa C. 23. alternativa D. 24. alternativa D. 25. alternativa B. 26. alternativa D. 27. alternativa A. 28. alternativa E. 29. Resposta: M = 344,44 g.mol-1. 30. alternativa: B. 31. Resposta: 32. Resposta: 33. Resposta: 34. Resposta: 35. Resposta: 1,923 litros. 36. Resposta: -5,05oC. 37. Resposta: 50%. 38. Resposta: 5,40%. 39. Resposta: 2,52 atm. 40. Resposta: C8H8O4.