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O ELITE RESOLVE ITA 2009 - QUMICA

1

CONSTANTES Constante de Avogadro = 6,02 x 2310 1mol Constante de Faraday (F) = 9,65 x 410 C 1mol = 9,65 x 410 A s 1mol = 9,65 x 410 J 1V 1mol Volume molar de gs ideal = 22,4L (CNTP) Carga elementar = 1,602 x 1910 C Constante dos gases (R) = 8,21 x 210 1 1atm L K mol = 8,31 1 1J K mol = 62,4 1 1mmHg L K mol = 1,98 1 1cal K mol Constante gravitacional (g) = 9,81 2m s

DEFINIES Presso de 1 atm = 760 mmHg = 101325 2N m = 760 Torr 1 N = 1 2kg m s Condies normais de temperatura e presso (CNTP): 0C e 760 mmHg Condies ambientes: 25C e 1 atm Condies-padro: 25C, 1 atm, concentrao das solues: 1 1mol L (rigorosamente: atividade unitria das espcies), slido com estrutura cristalina mais estvel nas condies de presso e temperatura em questo. (s) ou (c) = slido cristalino; (l) ou ( A ) = lquido; (g) = gs; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metlico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrrias; [A] = concentrao da espcie qumica A em 1mol L

MASSAS MOLARES Elemento Qumico

Nmero Atmico

Massa Molar

( 1 g mol )

Elemento Qumico

Nmero Atmico

Massa Molar

( 1 g mol ) H 1 1,01 Fe 26 55,85 He 2 4,00 Ni 28 58,69 Li 3 6,94 Cu 29 63,55 C 6 12,01 Zn 30 65,40 N 7 14,01 Ge 32 72,64 O 8 16,00 As 33 74,92

NE 10 20,18 Br 35 79,90 Na 11 22,99 Kr 36 83,80 Mg 12 24,31 Ag 47 107,87 Al 13 26,98 Cd 48 112,41 Si 14 28,09 Sn 50 118,71 S 16 32,07 I 53 126,90 Cl 17 35,45 Xe 54 131,29 Ar 18 39,95 Cs 55 132,91 K 19 39,10 Ba 56 137,33

Ca 20 40,08 Pt 78 195,08 Cr 24 52,00 Pb 82 207,2 Mn 25 54,94 Ra 86 222

QUESTO 01

Uma mistura slida composta de carbonato de sdio e bicarbonato de sdio. A dissoluo completa de 2,0 g dessa mistura requer 60,0 mL de uma soluo aquosa 0,5 mol L-1 de HCl. Assinale a opo que apresenta a massa de cada um dos componentes desta mistura slida.

a) 2 3Na COm

= 0,4 g ; 3NaHCOm

= 1,6 g

b) 2 3Na COm

= 0,7 g ; 3NaHCOm

= 1,3 g

c) 2 3Na COm

= 0,9 g ; 3NaHCOm

= 1,1 g

d) 2 3Na COm

= 1,1 g ; 3NaHCOm

= 0,9 g

e) 2 3Na COm

= 1,3 g ; 3NaHCOm

= 0,7 g

Resoluo Alternativa C Assumindo que a mistura de Na2CO3 e NaHCO3 seja composta por x g de Na2CO3 e y g de NaHCO3, temos:

x + y = 2,0g (eq. 1) Sendo M a concentrao molar do HCl (M = 0,5 mol L-1 de HCl) e V o volume da soluo de HCl (V = 60mL), a quantidade (nHCl) de HCl pode ser obtida por:

nHCl = M. V = 0,5. 60.10-3 = 3,0.10-2 mol (eq. 2)

Reao do carbonato: Na2CO3 + 2HCl = H2CO3 + 2NaCl 1 mol 2 mol

Considerando a massa molar do Na2CO3, que de 106g, temos que, para a dissoluo do Na2CO3, so consumidos n1 mols de HCl, onde n1 obtido por:

106 g de Na2CO3

2 mol de HCl x g de Na2CO3

n1 (mol de HCl)

12 ( )

106 53x xn mol deHCl = =

Reao do bicarbonato: NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl

1 mol 1 mol Considerando a massa molar do NaHCO3, que de 84g, temos que, para a dissoluo do NaHCO3, so consumidos n2 mols de HCl, onde n2 obtido por:

84 g de NaHCO3

1 mol de HCl y g de NaHCO3

n2 (mol de HCl)

2 ( )84yn mol deHCl =

Considerando que todo o HCl consumido na dissoluo dos slidos Na2CO3 e NaHCO3, temos:

nHCl = n1 + n2 =53 84x y+ .

Da eq. 2, segue que: 23,0 10

53 84x y mol+ = (eq. 3)

Considerando o sistema de equaes 1 e 3 temos:

2

2,0 2,053 0,4153 843,0 10 1,59

53 84 84

x y x yyyx y yx

+ = + = = + = + =

31,1y g deNaHCO = x = 0,9 g de Na2CO3

QUESTO 02

No ciclo de Carnot, que trata do rendimento de uma mquina trmica ideal, esto presentes as seguintes transformaes: a) duas adiabticas e duas isobricas. b) duas adiabticas e duas isocricas. c) duas adiabticas e duas isotrmicas. d) duas isobricas e duas isocricas. e) duas isocricas e duas isotrmicas.

Resoluo Alternativa C O ciclo de Carnot descreve o funcionamento de uma mquina trmica com o maior rendimento terico possvel. um ciclo composto por uma seqncia de quatro transformaes, sendo duas adiabticas e duas isotrmicas, como ilustrado no grfico a seguir. Note que como se trata de uma mquina trmica, h realizao de trabalho e, portanto, o ciclo deve ser percorrido no sentido horrio no diagrama presso x volume.

V

p

Isoterma

Adiabtica Adiabtica

Isoterma

QUESTO 03

Suponha que um metal alcalino terroso se desintegre radioativamente emitindo uma partcula alfa. Aps trs desintegraes sucessivas, em qual grupo (famlia) da tabela peridica deve-se encontrar o elemento resultante deste processo? a) 13 (III A) b) 14 (IV A) c) 15 (V A) d) 16 (VI A) e) 17 (VII A)



2

Resoluo Alternativa B Ao emitir uma partcula alfa, um tomo se transforma em outro com dois prtons a menos e dois nutrons a menos. Assim, um metal alcalino terroso (famlia 2) aps emitir trs partculas alfa, se transforma em outro com seis prtons a menos, de acordo com a equao abaixo:

12 46 2 3

A AZ ZX Y +

Para cada prton a menos, o tomo retrocede para a famlia anterior na tabela peridica, de modo que um metal alcalino volta para a famlia 18 ou 0 (anterior famlia 1).

I A

II A III A IV A V A VI A VII A

0

-1 p

- 2 p

- 3 p- 4 p- 5 p - 6 p

Assim, aps as desintegraes ocorridas, o elemento final pertencer famlia 14 (IV A).

QUESTO 04 Um estudante mergulhou uma placa de um metal puro em gua pura isenta de ar, a 25 C, contida em um bquer. Aps certo tempo, ele observou a liberao de bolhas de gs e a formao de um precipitado. Com bases nessas informaes, assinale a opo que apresenta o metal constituinte da placa. a) Cdmio b) Chumbo c) Ferro d) Magnsio e) Nquel

Resoluo Alternativa D Metais alcalinos e alcalino-terrosos reagem com a gua, formando um hidrxido e liberando H2 de forma exotrmica. Assim, magnsio (famlia 2A) reage com a gua.

( )2 222Mg H O Mg OH H+ + Podemos confirmar esta tendncia de oxidao com base nos potenciais de reduo nas condies padro, que segue abaixo:

2 2Cd e Cd+ + R E0 = 0,40V 2 2Pb e Pb+ + R E0 = 0,13V 2 2Fe e Fe+ + R E0 = 0,44V 2 2Mg e Mg+ + R E0 = 2,36V 2 2Ni e Ni+ + R E0 = 0,23V

2 22 2 2H O e H OH + +R E0 = 0,83V

Observa-se que apenas o Mg tem tendncia a se oxidar frente gua, pois o potencial de reduo do Mg2+ menor que o potencial de reduo da gua.

QUESTO 05 Qual o grfico que apresenta a curva que melhor representa o decaimento de uma amostra contendo 10,0 g de um material radioativo ao longo dos anos? a)

Mas

sa (g

)

10,0

Tempo (anos)

b)

Mas

sa (g

)

10,0

Tempo (anos)

c)

Mas

sa (g

)

10,0

Tempo (anos)

d)

Mas

sa (g

)

10,0

Tempo (anos)

e)

Mas

sa (g

)

10,0

Tempo (anos)

Resoluo Alternativa B

Uma amostra de material radioativo decai exponencialmente com o tempo, segundo a equao 0( )

ktm t m e= . Assim, o grfico da massa presente na amostra em funo do tempo mais bem ilustrado por:

QUESTO 06 Num experimento, um estudante verificou ser a mesma a temperatura de fuso de vrias amostras de um mesmo material no estado slido e tambm que esta temperatura se manteve constante at a fuso completa. Considere que o material slido tenha sido classificado como: I. Substncia simples pura III. Mistura homognea euttica II. Substncia composta pura IV. Mistura heterognea Ento, das classificaes acima, est(o) ERRADA(S) a) apenas I e II b) apenas II e III c) apenas III d) apenas III e IV e) apenas IV

Resoluo Alternativa E Quando um material apresenta temperatura de fuso constante ele pode ser classificado como substncia pura ou mistura euttica, dependendo do que ocorrer na ebulio. Ento neste caso, estaria errada a afirmativa IV, pois numa mistura heterognea a temperatura de fuso no constante.

QUESTO 07 Assinale a afirmao CORRETA a respeito do ponto de ebulio normal (PE) de algumas substncias. a) O 1-propanol tem menor PE do que o etanol. b) O etanol tem menor PE do que o ter metlico. c) O n-heptano tem menor PE do que o n-hexano. d) A trimetilamina tem menor PE do que a propilamina. e) A dimetilamina tem menor PE do que a trimetilamina.

Resoluo Alternativa D a) Incorreta. O 1-propanol tem PE maior que o etanol, pois apresenta maior massa molar. b) Incorreta. O etanol tem maior PE que o ter etlico por ter interao intermolecular mais intensa (Ligao de Hidrognio) que o ter metlico (dipolo-dipolo). c) Incorreta. O n-heptano tem maior PE que o n-hexano por ter maior massa molar. d) Correta. A trimetilamina tem menor PE que a propilamina pois a primeira uma amina terciria, no sendo possvel a interao intermolecular do tipo ligao de hidrognio. A existncia de ligao de hidrognio na propilamina aumenta o seu PE, de modo que este maior que o PE da trimetilamina. e) Incorreta. A dimetilamina tem maior PE que a trimetilamina por possuir interao intermolecular do tipo ligao de hidrognio,



3

enquanto que a trimetilamina uma amina terciria, no tendo, portanto, esse tipo de interao entre suas molculas.

QUESTO 08 O diagrama temperatura (T) versus volume (V) representa hipoteticamente as transformaes pelas quais um gs ideal no estado 1 pode atingir o estado 3. Sendo U a variao de energia interna e q a quantidade de calor trocado com a vizinhana, assinale a opo com a afirmao ERRADA em relao s transformaes termodinmicas representadas no diagrama.

T

1 2

3

V

a) 12 12U q = b) 13 23U U = c) 23 23U q = d) 23 12U U > e) 23 0q >

Resoluo Alternativa A As transformaes gasosas so regidas pela Primeira Lei da Termodinmica: Q U= + (calor a soma do trabalho com a variao de energia interna). Baseados nessa lei, vamos analisar cada uma das afirmaes: a) Falsa. Na transformao 12, a temperatura permanece constante ( 1 2T T= ), conseqentemente, 12 0U = . Porm, como 2 1V V> , houve realizao de trabalho, de modo que 12 0 > . Assim, pela Primeira Lei da Termodinmica, segue que 12 12 0q = > . Portanto,

12 120 | | | |U q= < . b) Verdadeira. A variao de energia interna (sem reao qumica) depende exclusivamente da variao de temperatura. Como as temperaturas em 1 e 2 so iguais, temos 13 23T T = . Logo,

13 23 13 23| | | |U U U U = = . c) Verdadeira. Como 2 3V V= , no h realizao de trabalho nesse processo ( 23 0 = ). Portanto, pela Primeira Lei da Termodinmica

23 23 23 23| | | |q U q U= = . d) Verdadeira. De 1 para 2, como 1 2 12 0T T U= = . Por outro lado, como 3 2 23 0T T U> > . Assim, 23 12| | | | 0U U > = e) Verdadeira. No processo de 2 para 3, no h realizao de trabalho, pois 2 3V V= . E como 3 2 23 0T T U> > . Segue pela Primeira Lei da Termodinmica que 23 23 0q U= >

QUESTO 09 Considere os tomos hipotticos neutros V, X, Y e Z no estado gasoso. Quando tais tomos recebem um eltron cada um, as configuraes eletrnicas no estado fundamental de seus respectivos nions so dadas por: V (g) : [gs nobre] 2 6 10 2 6( 1) ( 1)ns np nd n s n p+ + X (g) : [gs nobre] 2 6ns np Y (g) : [gs nobre] 2 6 10 2 3( 1) ( 1)ns np nd n s n p+ + Z (g) : [gs nobre] 2 3ns np Nas configuraes acima, [gs nobre] representa a configurao eletrnica no diagrama de Linus Pauling para o mesmo gs nobre, e n o mesmo nmero quntico principal para todos os nions. Baseado nessas informaes, CORRETO afirmar que a) o tomo neutro V deve ter a maior energia de ionizao entre eles. b) o tomo neutro Y deve ter a maior energia de ionizao entre eles. c) o tomo neutro V deve ter maior afinidade eletrnica do que o tomo neutro X. d) o tomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrnica do que o tomo neutro X. e) o tomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrnica do que o tomo neutro Y.

Resoluo Alternativa E A anlise da configurao eletrnica de cada nion nos permite concluir a famlia de cada um dos respectivos tomos neutros bem como os perodos relativos a um perodo n: V halognio; perodo n+1 X halognio; perodo n

Y famlia do carbono; perodo n+1 Z famlia do carbono; perodo n Segundo o esquema abaixo podemos localizar os tomos na tabela peridica e relacion-los com as tendncias de variao das propriedades peridicas energia de ionizao (Ei) e afinidade eletrnica (AE):

I A

II A III A IV A V A VI A VII A

0

Z X Y V

AE

Ei

AE Ei

n+1

n

Segundo este esquema, temos: a) FALSO: Ao menos o tomo neutro X deve ter maior energia de ionizao que o tomo neutro V. b) FALSO: O tomo neutro Y deve ter a menor energia de ionizao entre eles. c) FALSO: O tomo neutro X deve ter maior afinidade eletrnica do que o tomo neutro V. d) FALSO: O tomo neutro Z deve ter menor afinidade eletrnica do que o tomo neutro X. e) VERDADEIRO: Segundo o esquema reproduzido acima, o tomo neutro Z realmente deve ter maior afinidade eletrnica do que o tomo neutro Y.

QUESTO 10 Considere a reao de dissociao do 2 4N O (g) representada pela seguinte equao:

2 4 2( ) 2 ( )N O g NO g Assinale a opo com a equao CORRETA que relaciona a frao percentual ( ) de 2 4N O (g) dissociado com a presso total do sistema (P) e com a constante de equilbrio em termos de presso ( pK ).

a) 4

p

p

KP K

= + b) 4 p

p

P KK+ = c)

2p

p

KP K

= +

d) 2 p

p

P KK+ = e)

2pKP

= +

Resoluo Alternativa A Partindo-se somente de 2 4N O (g) a uma presso 0p teremos o seguinte esquema para acompanhar o andamento da reao, onde a frao de 2 4N O (g) se dissocia at atingir o equilbrio:

( )

2 4 2

0

0 0

0 0

( ) 2 ( )0

21 2

N O g NO gINCIO pREAGE p p

EQUILBRIO p p

+

Assumindo que o sistema fechado, temos que a presso total P do sistema dada por:

( ) ( )0 0 01 2 1p p p p p= + = + Desta forma, ( )0 1

Pp = + (1)

Alm disso, temos que a constante de equilbrio pK pode ser calculada por:

( )( ) ( )2

2 4

22 20

00

( ) 2 41 1

NOp p

N O

p pK K p

p p = = = (2)

Substituindo (1) em (2):



4

( ) ( ) ( )( )

2 22 2

2

2 2

4 4 1 41 1 1

44

p p p

pp p

p

PK K P K P

KP K K

P K

= = = + + = = +

Logo, temos que:

4p

p

KP K

= +

QUESTO 11 Considere a reao qumica representada pela seguinte equao:

2 2 2 54 (g) O ( ) 2 ( )NO g N O g+ Num determinado instante de tempo t da reao, verifica-se que o oxignio est sendo consumido a uma velocidade de 2,4 x 210 1 1 mol L s . Nesse tempo t, a velocidade de consumo de

2NO ser de

a) 6,0 x 310 1 1 mol L s b) 1,2 x 210 1 1 mol L s c) 2,4 x 210 1 1 mol L s d) 4,8 x 210 1 1 mol L s e) 9,6 x 210 1 1 mol L s

Resoluo Alternativa E Pela estequiometria da reao a relao entre a quantidade em mols que consumido de NO2 quatro vezes maior que a quantidade em mols que consumida de O2. Logo, a velocidade de consumo de NO2 ser quatro vezes maior do que a de O2. Como a velocidade de consumo do O2 de 2,4 x 210 1 1 mol L s , temos que a velocidade de NO2 igual a 4 x 2,4 x 10-2

VNO2 = 9,6 x 210 1 1 mol L s

QUESTO 12 O acidente nuclear ocorrido em Chernobyl (Ucrnia), em abril de 1986, provocou a emisso radioativa predominantemente de Iodo-131 e Csio-137. Assinale a opo CORRETA que melhor apresenta os respectivos perodos de tempo para que a radioatividade provocada por esses dois elementos radioativos decaia para 1% dos seus respectivos valores iniciais. Considere o tempo de meia-vida do Iodo-131 igual a 8,1 dias e do Csio-137 igual a 30 anos. Dados: ln 100 = 4,6 ; ln 2 = 0,69. a) 45 dias e 189 anos. b) 54 dias e 201 anos. c) 61 dias e 235 anos. d) 68 dias e 274 anos. e) 74 dias e 296 anos.

Resoluo Alternativa B A massa presente na amostra, em funo do tempo, dada por:

0( )k tm t m e =

Para o tempo de meia vida (T), fazemos: 1

0 0 01 1 1( ) 22 2 2

k T k Tm T m m e m e = = = = ln2ln2kT kT

= = Para que a quantidade do elemento presente decaia a 1% dos valores iniciais, fazemos:

10 0 0

1 1 1( ) 100100 100 100

k t k tm t m m e m e = = = = ln2 ln100ln100 ln100

ln2kt t t T

T = = =

Assim, de acordo com as aproximaes para os logaritmos, temos:

Para o Iodo131, 4,68,1 dias 8,10,69

T t = = 54 diast =

Para o Csio137, 4,630 anos 300,69

T t = = 200 anost =

QUESTO 13 Assumindo um comportamento ideal dos gases, assinale a opo com a afirmao CORRETA. a) De acordo com a Lei de Charles, o volume de um gs torna-se maior quanto menor for a sua temperatura. b) Numa mistura de gases contendo somente molculas de oxignio e nitrognio, a velocidade mdia das molculas de oxignio menor do que as de nitrognio. c) Mantendo-se a presso constante, ao aquecer um mol de gs nitrognio sua densidade ir aumentar. d) Volumes iguais dos gases metano e dixido de carbono, nas mesmas condies de temperatura e presso, apresentam as mesmas densidades. e) Comprimindo-se um gs a temperatura constante, sua densidade deve diminuir.

Resoluo Alternativa B Para uma mesma quantidade de gs ideal, vale a Lei Geral dos Gases Perfeitos:

1 1 2 2

1 2

p V p VT T =

Baseados nisso, vamos analisar cada afirmao:

a) Falsa. presso constante, teramos 1 21 2

V VT T

= . Assim, se o volume aumentar, a temperatura tambm deve aumentar. b) Verdadeira. A velocidade mdia quadrtica das molculas em um gs dada por:

3 R TvM =

Assim, estando os dois gases numa mistura, portanto ambos mesma temperatura, ter maior velocidade mdia quadrtica o gs com menor massa molar. Como 2 32 g/molOM = e 2 28 g/molNM = , segue que:

2 2 2 2O N O NM M v v> < c) Falsa. Mantendo-se a presso constante, temos 1 2

1 2

V VT T

= . Como a temperatura vai aumentar o volume tambm deve aumentar. Aumentando o volume e mantendo a massa inalterada, a densidade (= massa / volume) diminui. d) Falsa. Se os dois gases esto mesma presso, mesma temperatura e ocupam o mesmo volume, ento a quantidade de gs, em mols, a mesma nos dois casos:

4 24 2

4 2

CH COCH CO

CH CO

m mn nM M

= = Como 4 16 g/molCHM = e 2 44 g/molCOM = , temos 4 2CH COM M< . Assim, 4 2CH COm m< , e como 4 2 4 2CH CO CH COV V= < . e) Falsa. Comprimindo-se um gs temperatura constante, seu volume deve diminuir. Assim, mantendo-se a massa inalterada, sua densidade (= massa / volume) vai aumentar.

QUESTO 14 Um estudante imergiu a extremidade de um fio de nquel-crmio limpo em uma soluo aquosa de cido clordrico e, a seguir, colocou esta extremidade em contato com uma amostra de um sal inico puro. Em seguida, exps esta extremidade chama azulada de um bico de Bunsen, observando uma colorao amarela na chama. Assinale a opo que contm o elemento qumico responsvel pela colorao amarelada observada. a) Brio b) Cobre c) Ltio d) Potssio e) Sdio



5

Resoluo Alternativa E Resultados possveis para o testes a chama: Elemento qumico Colorao na chama

a) Brio Verde b) Cobre Cu+ verde / Cu2+ azul c) Ltio Magenta d) Potssio Violeta e) Sdio Amarelo

QUESTO 15 Considere os seguintes sais: I. 3 3( )Al NO II. NaCl III. 2ZnCl IV. 2CaCl Assinale a opo que apresenta o(s) sal(is) que causa(m) a desestabilizao de uma suspenso coloidal estvel de sulfeto de arsnio ( 2 3As S ) em gua. a) Nenhum dos sais relacionados. b) Apenas o sal I. c) Apenas os sais I e II. d) Apenas os sais II, III e IV. e) Todos os sais.

Resoluo Alternativa E As partculas coloidais so capazes de reter ons na sua superfcie, formando uma dupla camada eltrica, responsvel pela estabilidade do colide. O sulfeto de arsnio III adsorve ons S2- e HS- na superfcie da micela (ou disperso coloidal), tornando-se um colide negativo.

2 3As S

-

-

-

- - -

- - - - -

- - - -

-

- -

++

+ +

+ +

+

+ + +

+ +

+ + + +

+ ++

Os eletrlitos atuam sobre o colide porque afetam a camada eltrica de proteo da micela desestabilizando a suspenso coloidal. O on ativo para desestabilizar a suspenso deve ter carga contrria da micela. No caso do As2S3, o on que promover a desestabilizao dever ter carga positiva, sendo assim os quatro sais mencionados podem promover este fenmeno. Vale ressaltar que o Al(NO3)3 ser mais eficiente pois quanto maior a carga do on, maior seu efeito sobre a desestabilizao da suspenso coloidal.

QUESTO 16 Uma soluo aquosa de um cido fraco monoprtico mantida temperatura de 25 C. Na condio de equilbrio, este cido est 2,0 % dissociado. Assinale a opo CORRETA que apresenta, respectivamente, os valores numricos do pH e da concentrao molar (expressa em mol 1L ) do on hidroxila nesta soluo aquosa. Dados: pKa (25 C) = 4,0 ; log 5 = 0,7. a) 0,7 e 5,0 x 1410 b) 1,0 e 1,0 x 1310 c) 1,7 e 5,0 x 1310 d) 2,3 e 2,0 x 1210 e) 4,0 e 1,0 x 1010

Resoluo Alternativa D Temos um cido fraco em soluo, que est 2% dissociado, assim, adotaremos a hiptese de que a H + inicial desprezvel e analisaremos a seguinte reao:

HA ( )aqH+ + ( )aqA

Incio 0X 0 0

Reage 00,02X 00,02X 00,02X

Fim 0 00,02X X 00,02X 00,02X

Analisando a constante de equilbrio, temos log 4pKa Ka= = 410Ka = , logo:

[ ]2

4 40 0 0

0 0

0,02 0,02 0,0210 100,02 0,98

H A X X XKaHA X X

+ = = = = =

300,02 5 10 /X mol L

. Assim temos: 300,02 5 10 /H X mol L

+ = = . Logo, ( )3log log 5 10 3 log5 3 0,7 2,3pH H + = = = = = . Supondo condio ambiente, ento o equilbrio da gua e seus ons dado por:

14 3 1210 5 10 2 10 /wK H OH OH OH mol L + = = = =

Assim, 2,3pH = e 122 10 /OH mol L =

QUESTO 17 Foi observada a reao entre um composto X e uma soluo aquosa de permanganato de potssio, a quente, ocorrendo o aumento do pH da soluo e a formao de um composto Y slido. Aps a separao do composto Y e a neutralizao da soluo resultante, verificou-se a formao de um composto Z pouco solvel em gua. Assinale a opo que melhor representa o grupo funcional do composto orgnico X. a) lcool b) amida c) amina d) ster e) ter

Resoluo Alternativa A A seqncia de reaes mostrada abaixo:

3R-OH + -42MnO + H2O = 2MnO2(s) + 2OH- + 3RCOOH (eq. 1

X permanganato Y (aumento do pH)

R-COOH + H2O = RCOO- + H3O+ (eq. 2) A reao entre um lcool (substncia X) e uma soluo aquosa de KMnO4, a quente, causa um aumento do pH da soluo (devido formao de OH-, conforme ilustra a eq. 1) e a formao de um precipitado (MnO2). A presena de OH- na soluo desloca o equilbrio de ionizao do cido no sentido de formao do carboxilato (lado direito da eq.2). Aps a separao do MnO2 e a neutralizao da soluo resultante (adio de H+), ocorre o deslocamento do equilbrio da equao 2 no sentido de formao do cido carboxlico. No enunciado mencionado que o cido carboxlico pouco solvel em gua, o que devido ao fato da sua cadeia no ser pequena. Isso torna o carboxilato solvel (interao nion-gua forte) e o cido pouco solvel.

QUESTO 18 Nos grficos abaixo, cada eixo representa uma propriedade termodinmica de um gs que se comporta idealmente. I

II

III

Com relao a estes grficos, CORRETO afirmar que a) I pode representar a curva de presso versus volume. b) II pode representar a curva de presso versus inverso do volume. c) II pode representar a curva de capacidade calorfica versus temperatura. d) III pode representar a curva de energia interna versus temperatura. e) III pode representar a curva de entalpia versus o produto da presso pelo volume.



6

Resoluo Sem Resposta Para a resoluo desta questo consideraremos uma amostra de gs ideal, cujo nmero de mols no varia e que no sofre reaes, podendo sofrer qualquer tipo de transformao termodinmica. Esse gs segue a Equao geral dos gases, isto :

constantepVT

= , onde: p a presso do gs, V o volume do gs e

T a temperatura do gs. a) Verdadeira. Nada afirmado no enunciado ou na alternativa a respeito do tipo de transformao, portanto, pode se tratar de uma transformao isotrmica, isobrica, etc. Supondo, por exemplo, que a temperatura diretamente proporcional ao quadrado da presso ( 21T k p= ) ou diretamente proporcional ao quadrado do volume ( 22T k V= ), teramos, usando a equao geral dos gases:

constantepV

= Neste caso o grfico I representaria a curva de presso versus volume, isto , I pode representar a curva de presso versus volume. Alm disso, perfeitamente possvel que o gs seja submetido a uma transformao tal que o diagrama presso x volume corresponda a qualquer um dos trs grficos apresentados. No caso, o grfico III corresponderia a uma transformao isotrmica, pois sendo a temperatura constante, a presso inversamente proporcional ao volume, o que descrito por um ramo de hiprbole, conforme apresentado neste grfico. b) Verdadeira. Analogamente alternativa A, novamente enfatizando que o enunciado no afirma qual o tipo de transformao ocorrida, o grfico da presso pelo inverso do volume pode ser qualquer um dos trs apresentados. O grfico I, por exemplo, corresponderia transformao isotrmica (presso diretamente proporcional ao inverso do volume, descrito por uma semi-reta). Alm disso, possvel definir a temperatura como funo da presso e do volume T = f(p,V) de modo que a transformao termodinmica tenha como diagrama

1pV

o grfico II. c) Falsa. A capacidade calorfica de um gs ideal pode ser considerada constante para variaes de temperatura no muito altas. Se quisssemos levar em considerao essa variao da capacidade trmica, para um intervalo grande de temperaturas, teramos um grfico como o apresentado a seguir, obtido para a capacidade trmica a volume constante (CV) do hidrognio diatmico (H2):

0

CV (J/K)

32

R

52

R

72

R

T (K) 70 250 750 4000

O primeiro trecho constante do grfico ( 32V

C R= ) aquele em que apenas a energia de translao das molculas contribui de maneira significativa para a capacidade trmica. Posteriormente, aps uma regio de transio, o grfico atinge um segundo trecho constante

( 52V

C R= ), em que passa a contribuir tambm a energia de rotao das molculas. Finalmente, aps mais uma regio de transio, passa a ser relevante tambm a energia de vibrao das molculas, e o

grfico atinge um terceiro trecho constante ( 72V

C R= ). Aps isso, haver um momento em que a vibrao das molculas ter uma amplitude muito alta, e a molculas acabaro se rompendo, havendo a separao dos dois tomos.

Tal curva costuma ser aproximada por expresses polinomiais como 2C a bT cT= + + +" ou mesmo por expresses envolvendo uma

parte polinomial e outra no-polinomial, como 2C a bT cT = + + . Nesses casos, os parmetros , , ,a b c so obtidos atravs de experimentos. Como um gs ideal apenas um modelo terico para analisar o comportamento dos gases reais, no faria muito sentido utilizar tal expresso para um modelo que no encontra representao prtica perfeita. Alm disso, se assumirmos que o gs em questo um gs real e que o trecho do enunciado se comporta idealmente uma aproximao, podemos admitir que o diagrama II pode representar um trecho da curva de capacidade calorfica temperatura, mas no representa a curva caracterstica de capacidade calorfica versus temperatura. d) Falsa. A energia interna de um gs diretamente proporcional sua temperatura (U k T= ). Assim, o grfico que poderia representar a energia interna em funo da temperatura seria o grfico I. e) Falsa. A entalpia definida como a soma da energia interna com o produto da presso pelo volume do gs:

H U p V= + A energia interna dada em funo do nmero de graus de liberdade (f) das molculas do gs, por:

2 2f fU n R T p V= =

Assim, podemos escrever para a entalpia:

12 2f fH p V p V H p V = + = +

Deste modo a entalpia diretamente proporcional ao produto da presso pelo volume, portanto, o nico grfico, dentre os trs, que poderia representar esse comportamento seria o grfico I.

QUESTO 19 A 20 C, a presso de vapor da gua em equilbrio com uma soluo de acar igual a 16,34 mmHg. Sabendo que a 20 C a presso de vapor da gua pura igual a 17,54 mmHg, assinale a opo com a concentrao CORRETA da soluo aquosa de acar. a) 7% (m/m) b) 93% (m/m) c) 0,93 mol 1L d) A frao molar do acar igual a 0,07 e) A frao molar do acar igual a 0,93.

Resoluo Alternativa D Pela lei de Raoult temos que o abaixamento relativo da presso de

vapor dado por 10

p Xp = , onde X1 a frao molar do soluto no

voltil. Desta forma, a frao molar do acar:

10

17,54 16,34 0,0717,54

pXp = =

QUESTO 20

Um elemento galvnico constitudo pelos eletrodos abaixo especificados, ligados por uma ponte salina e conectados a um voltmetro de alta impedncia. Eletrodo I: fio de platina em contato com 500 mL de soluo aquosa 0,010 mol 1L de hidrxido de potssio; Eletrodo II: fio de platina em contato com 180 mL de soluo aquosa 0,225 mol 1L de cido perclrico adicionado a 320 mL de soluo aquosa 0,125 mol 1L de hidrxido de sdio. Admite-se que a temperatura desse sistema eletroqumico mantida constante e igual a 25 C e que a presso parcial do oxignio gasoso

2( )OP dissolvido igual a 1 atm. Assinale a opo CORRETA com o valor calculado na escala do eletrodo padro de hidrognio (EPH) da fora eletromotriz, em volt, desse elemento galvnico. Dados:

2 2

0/ 1,23O H OE = V (EPH);

2

0/

0,40O OH

E = V (EPH) a) 1,17 b) 0,89 c) 0,75 d) 0,53 e) 0,46



7

Resoluo Alternativa D Considere a montagem proposta:

KOH(aq); 10-2 M; 0,5 L HClO4(aq); 0,225 M; 0,18 LNaOH(aq); 0,125 M; 0,32 L

pO2 = 1 atm

Pt Pt

V

pO2 = 1 atm

I II

Vamos analisar cada um dos eletrodos: Eletrodo I: KOH uma base forte, estando completamente dissociada. Assim temos como substncias relevantes no eletrodo I:

gua + OH- (10-2 mol/L) + O2 (pO2 = 1 atm) Eletrodo II: Inicialmente temos:

30,225 0,18 40,5 10cidon mol= = 30,125 0,32 40,0 10basen mol

= = Como tanto o cido quanto a base so fortes, temos que pode-se considerar que ambos esto completamente dissociados:

340,5 10H

n mol+ = e 340 10OHn mol = Aps a reao de neutralizao ainda resta em soluo um excesso de H+ (0,5.10-3 mol), dissolvido em um volume de Vcido + Vbase = 0,5 L, temos que [H+] = 1,0.10-3 mol/L. Assim temos como substncias relevantes no eletrodo II:

gua + H+ (1,0.10-3 mol/L) + O2 (pO2 = 1 atm) Assumindo que o eletrodo I atua como ctodo e levando em considerao as substncias relevantes em cada um dos eletrodos, temos as reaes:

02 2

02 2

2

4 ( ) 2 ( ) 4 0,40( ) 4 ( ) 4 2 ( ) 1,23

4 ( ) 4 ( ) 4 ( )

RED

RED

Eletrodo II Eletrodo I

ELETRODO I OH aq O H O l e E VELETRODO II O g H aq e H O l E V

GLOBAL H aq OH aq H O l

+

+

+ + =+ + =

+

Conhecendo a equao de Nersnt podemos calcular a diferena de potencial para as condies dadas:

0,059 logo atividade produtosE En atividadereagentes

=

Onde n o nmero de mols de eltrons por mol da reao em questo (no caso 4 mols) Como a atividade calculada pela relao entre a concentrao e a concentrao padro (1 mol/L) para participantes em soluo ou pela relao entre a presso e a presso padro (1 atm) para participantes em fase gasosa, e assume valor unitrio para reagentes lquidos e slidos (note ainda que a atividade do O2, participante intermedirio na reao a mesma nos dois eletrodos):

( )( )

4 4

3 2

0,059 10,83 log4 [ ] [ ]

0,83 0,059 log [ ] [ ]

0,83 0,059 log 10 10

0,83 5 0,059

II I

II I

EH OH

E H OH

E

E

+

+

= = + = +

=

0,53E

QUESTO 21 Escreva a equao qumica balanceada da combusto completa do iso-octano com o ar atmosfrico. Considere que o ar seco e composto por 21% de oxignio gasoso e 79% de nitrognio gasoso.

Resoluo A reao de combusto completa do iso-octano com oxignio dada por:

C8H18 + 252

O2 8 CO2 + 9 H2O Como a porcentagem de O2 no ar de 21%, temos:

252

mol O2

21%

x mol de ar

100% x = 59,5 mol de ar

Portanto, a equao qumica balanceada da combusto completa do iso-octano com o ar atmosfrico :

C8H18 + 59,5 ar 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2 Obs: Pela composio dada, 59,5 mols de ar so formados por 47 mols de N2 e 12,5 mols de O2, sendo que o primeiro no consumido na reao de combusto.

QUESTO 22 So fornecidas as seguintes informaes relativas aos cinco compostos anmicos: A, B, C, D e E. Os compostos A e B so muito solveis em gua, enquanto que os compostos C, D e E so pouco solveis. Os valores das constantes de basicidade dos compostos A, B, C, D e E so, respectivamente, 31,0 10x ; 44,5 10x ; 102,6 10x ;

123,0 10x e 156,0 10x . Atribua corretamente os dados experimentais apresentados aos seguintes compostos: 2-nitroanilina, 2-metilanilina, 2-bromoanilina, metilamina e dietilamina

Justifique a sua resposta. Resoluo

So dadas trs aminas aromticas e duas alifticas. Sabe-se que aminas aromticas so bases muito mais fracas que as alifticas devido ressonncia que o par de eltrons no compartilhado do nitrognio faz com o anel aromtico, tornando-o menos disponvel para receber H+ ou outra espcie deficiente de eltrons.

Dentre as aminas aromticas, a mais bsica a metilanilina pois o grupo metil doa densidade eletrnica por efeito indutivo (efeito indutivo positivo); a menos bsica a nitroanilina pois o grupo nitro retira densidade eletrnica por efeito indutivo (efeito indutivo negativo) e por ressonncia; j a bromoanilina tem basicidade intermediria por que o bromo retira densidade por efeito indutivo porm doa densidade eletrnica por ressonncia. Dentre as aminas alifticas, a mais bsica a dietilamina, pois possui dois grupos alquila causando efeito indutivo positivo, enquanto que a metilamina possui apenas um. Assim, a ordem decrescente de basicidade dada a seguir:

NH2NO2

NH2CH3

NH2Br

NH H3C NH2> > > >

A B C D E E portanto temos as seguintes constantes de basicidade: A dietilamina - 31,0 10bk x

= B metilamina - 44,5 10bk x

= C 2-metilanilina - 102,6 10bk x

= D 2-bromoanilina - 123,0 10bk x

= E 2-nitroanilina - 156,0 10bk x

=

QUESTO 23 A 25 C, realizam-se estes dois experimentos (Exp I e Exp II) de titulao cido-base medindo-se o pH da soluo aquosa em funo do volume da base adicionada: Exp I: Titulao de 50 mL de cido clordrico 0,10 mol 1L com hidrxido de sdio 0,10 mol 1L . Exp II: Titulao de 50 mL de cido actico 0,10 mol 1L com hidrxido de sdio 0,10 mol 1L . a) Esboce em um mesmo grfico (pH versus volume de hidrxido de sdio) a curva que representa a titulao do Exp I e a curva que representa a titulao do Exp II. Deixe claro no grfico os valores aproximados do pH nos pontos de equivalncia.



8

b) O volume da base correspondente ao ponto de equivalncia de uma titulao cido-base pode ser determinado experimentalmente observando-se o ponto de viragem de um indicador. Em laboratrio, dispem-se das solues aquosas do cido e da base devidamente preparados nas concentraes propostas, de indicador, de gua destilada e dos seguintes instrumentos: balo volumtrico, bico de bunsen, bureta, cronmetro, dessecador, erlenmeyer, funil, kitassato, pipeta volumtrica, termmetro e tubo de ensaio. Desses instrumentos, cite os trs mais adequados para a realizao desse experimento.

Resoluo a)

0

2

4

6

8

10

12

14

S

S

pH

Volume de NaOH A curva em vermelho representa a curva de titulao para cido forte (HCl) e a curva em azul para titulao do cido fraco (H3C-COOH). Observa-se no grfico os pontos representados pela letra S como o ponto de equivalncia em cada caso. Para titulao do cido forte com base forte forma-se um sal de carter neutro, o que leva a um pH 7,0 no ponto de equivalncia. No caso da titulao do cido fraco com base forte forma-se um sal de carter bsico e o pH no ponto de equivalncia maior do que 7 (para cido actico em especifcio prximo a 8). Os valores iniciais de pH so diferentes para os dois cidos, pois cido fraco menos ionizado (menor quantidade de H+ em soluo) do que o cido forte. No caso do cido fraco observa-se tambm uma regio de pH aproximadamente constante antes de se atingir o ponto de equivalncia, pois h formao de uma soluo tampo quando o cido fraco foi parcialmente consumido e formou-se parcialmente a base conjugada. b) Os trs equipamentos mais adequados para a realizao desse experimento so:

- Pipeta volumtrica: para transferir um volume da soluo a ser titulada para o erlenmeyer.

- Erlenmeyer: recipiente da soluo que ser titulada.

- Bureta: acomoda a soluo titulante (de concentrao conhecida)

QUESTO 24 Um elemento galvnico constitudo por uma placa de ferro e por uma placa de estanho, de mesmas dimenses, imersas em uma soluo aquosa 0,10 mol 1L de cido ctrico. Considere que esta soluo: contm ons ferrosos e estanosos; ajustada para pH=2; isenta de oxignio; e mantida nas condies ambientes. Sabendo-se que o nion citrato reage quimicamente com o ction 2 ( )Sn aq+ , diminuindo o valor do potencial de eletrodo do estanho, determine o valor numrico da relao entre as concentraes dos ctions 2 ( )Sn aq+ e 2 ( )Fe aq+ ,

( )2 2/Sn Fe+ + , a partir do qual o estanho passa a se comportar como o anodo do par galvnico. Dados: Potenciais de eletrodo em relao ao eletrodo padro de hidrognio nas condies-padro: 20 / 0,44Fe FeE + = V; 20 / 0,14Sn SnE + = V.

Resoluo Considere o seguinte esquema:

V

cido actico 0,1M Sn2+ Fe2+ pH = 2

Sn Fe

Assumiremos que o estanho sofre reduo e o ferro oxidao, conforme reaes abaixo:

2 0

2 0

2 2

( ) 2 ( ) 0,14( ) ( ) 2 0,44

( ) ( ) ( ) ( )

RED

RED

CTODO Sn aq e Sn s E VNODO Fe s Fe aq e E V

GLOBAL Sn aq Fe s Sn s Fe aq

+

+

+ +

+ = + =

+ +

Nas condies padro, temos que

( )2 2/ / 0,14 0,44 0,30o o oFe Fe Sn SnNODOCTODO

E E E V+ + = = =

Conhecendo a equao de Nersnt podemos relacionar a diferena de potencial e as concentraes dos ctions 2 ( )Sn aq+ e 2 ( )Fe aq+ :

0,059 logo atividade produtosE En atividadereagentes

=

Onde n o nmero de mols de eltrons por mol da reao em questo (no caso 2 mols). Sabendo que a atividade de solues calculada pela relao entre a concentrao e a concentrao padro (1 mol/L) e que a atividade de slidos unitria, temos:

2

2 2

2 2

2

[ ][ ]0,059 0,059 [ ]0,30 log 0,30 log

[ ]2 2 [ ][ ]

padro

padro

FeFe FeE

Sn SnSn

++ +

+ ++

= =

Como os ons Sn2+ reagem com citrato diminuindo gradativamente o potencial do eletrodo de estanho, este eletrodo passar a se comportar como nodo a partir do momento que 0E < (inverso da polaridade). Para calcularmos a relao [Sn2+]/[Fe2+], reescrevemos a equao:

2

2

0,059 [ ]0,30 log 02 [ ]

FeESn

++

=



9

QUESTO 25 a) Considerando que a presso osmtica da sacarose

12 22 11( )C H O a 25 C igual a 15 atm, calcule a massa de sacarose necessria para preparar 1,0 L de sua soluo aquosa a temperatura ambiente. b) Calcule a temperatura do ponto de congelamento de uma soluo contendo 5,0 g de glicose 6 12 6( )C H O em 25 g de gua. Sabe-se que a constante do ponto de congelamento da gua igual a 1,86 C kg 1mol . c) Determine a frao molar de hidrxido de sdio em uma soluo aquosa contendo 50% em massa desta espcie.

Resoluo a) Sendo M a concentrao molar, a presso osmtica () dada por:

= M.R.T, onde R a constante dos gases e T a temperatura. Pelo enunciado, temos = 15 atm e Tamb = 25C = 298 K. Alm disso, dos dados da prova:

R = 8,21 10-2 atm.L.K-1 Substituindo na equao:

15 = M 8,21 10-2 298 M = 0,61 mol/L Sendo a massa molar da sacarose igual a:

Msac = 12 12,01 + 22 1,01 + 11 16,00 = 342, 34 g/mol, temos:

1 mol

342,34 g de C12H22O11 0,61 mol

m (g de C12H22O11)

m = 209 g de sacarose em 1L

Nota: inadequado dizer que a presso osmtica da sacarose 15 atm, pois presso osmtica no uma propriedade fixa de uma substncia ou soluto, mas sim de uma soluo. b) TC = KC . W . i (nesse caso i = 1, pois se trata de uma substncia molecular) Como a massa molar da glicose : Mglic = 6 12,01 + 12 1,01 + 6 16,00 = 180,18 g/mol, temos:

1 mol

180,18 g de C12H22O11 x mol

5 g de C12H22O11

x = 0,02775 mol de glicose A molalidade (W) calculada por:

2

nmero de mol de solutomassadesolvente(kg) 25

0,02775 mol de glicoseWg deH O

= = W = 1,112 mol/kg

Como KC = 1,86C . Kg. mol-1 ento: TC = 1,86 x 1,112 x 1 TC = 2,07C

TC = Tpura Tsoluo 2,07 = 0 Tsoluo Tsoluo = -2,07C c) 50% m/m NaOH Considerando 100 g de soluo, temos 50 g de NaOH e 50 g de gua. Transformando essas massas em mols:

NaOH (Massa molar = 40 g/mol) 1 mol

40 g de NaOH

nNaOH mol

50 g de NaOH nNaOH = 1,25 mol de NaOH

H2O (Massa molar = 18 g/mol)

1 mol

18 g de H2O

2H On mol

50 g de H2O

2H On = 2,78 mol de H2O

Assim, a frao molar de NaOH dada por:

2

1,251,25 2,78

NaOHNaOH

NaOH H O

nX

n n= =+ +

XNaOH = 0,31

QUESTO 26 So dadas as seguintes informaes: I. O polietileno estvel at aproximadamente 340 C. Acima de 350 C ele entra em combusto. II. Para reduzir ou retardar a propagao de uma chama em casos de incndio, so adicionados retardantes de chama formulao dos polmeros. III. O 3( )Al OH pode ser usado como retardante de chama. A aproximadamente 220 C, ele se decompe, segundo a reao

3 2 3 22 ( ) ( ) ( ) 3 ( )Al OH s Al O s H O g + , cuja variao de entalpia ( )H envolvida igual a 1170 J 1g . IV. Os trs requisitos de combusto de um polmero so: calor de combusto, combustvel e oxignio. Os retardantes de chama interferem no fornecimento de um ou mais desses requisitos. Se 3( )Al OH for adicionado a polietileno, cite um dos requisitos de combusto que ser influenciado por cada um dos parmetros abaixo quando a temperatura prxima ao polietileno atingir 350 C. Justifique resumidamente sua resposta. a) Formao de 2 3( )Al O s b) Formao de 2 ( )H O g c) H de decomposio do 3( )Al OH

Resoluo Os trs requisitos de combusto so: calor de combusto (interpretaremos como temperatura para que acontea a combusto), combustvel e oxignio. a) Requisito de combusto influenciado: Combustvel. A formao de Al2O3(s) sobre o polietileno diminui a rea de contato disponvel para que o combustvel (polietileno) reaja com o oxignio. b) Requisito de combusto influenciado: Oxignio. A formao de gua gasosa diminui a concentrao de O2 prximo ao polietileno, devido ao aumento de sua prpria concentrao. Isto ocorre pois a presso do ambiente se mantm constante e, portanto, a formao de um outro gs (com determinada presso parcial) diminui a presso parcial dos demais componentes (e portanto sua concentrao). c) Requisito de combusto influenciado: Calor de combusto. Devido a reao ser endotrmica (absorvendo 1170 J por grama de

3( )Al OH que reage), a decomposio de 3( )Al OH absorver calor do ambiente, influenciando na diminuio da temperatura do sistema e consequentemente dificultando a combusto.

QUESTO 27 Sabendo que a constante de dissoluo do hidrxido de amnio e a do cido ciandrico em gua so, respectivamente, 51,76 10bK x

= ( 4,75)bpK = e 106,20 10Ka x = ( 9,21)pKa = , determine a constante de hidrlise e o valor do pH de uma soluo aquosa 0,1 mol 1L de cianeto de amnio.

Resoluo O cianeto de amnio derivado de cido e base fraca, ento tem-se as seguintes reaes no sistema (concentraes em mol/L): I) Dissociao: NH4CN = NH4+ + CN- 0,1 0,1 0,1

II) Hidrlise (global*): CN- + NH4+ = HCN + NH3 Incio 0,1 0,1 0 0 Reagiu x x x x Eq. 0,1-x 0,1-x x x

[ ] [ ]34

h

HCN NHK

CN NH +=

(1)

Analisando as hidrlises de forma separada:

a) Hidrlise do nion: CN- + H2O = HCN + OH-

( )[ ] [ ] w

wh niona

HCN OH HCN KK KKCN CN H

+ = = =

(2)



10

b) Hidrlise do ction: NH4+ + H2O = NH3 + H+

( )[ ] [ ]3 3

4 4

wwh ction

b

NH H NH KK KKNH NH OH

+

+ + = = =

(3)

Conjugando as eq. (1), (2) e (3) obtm-se que:

[ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ]3 3

4 4

3

4

w ww

a b

w wh

a b a b

HCN OH NH H HCN NHK K KK K CN NH CN NH

HCN NHK KKK K K KCN NH

+

+ +

+

= = = =

Desta forma, considerando 25C (Kw = 10-14), temos:

( ) ( )14

10 5

10 0,926,20 10 1,76 10

wh

a b

KKK K

= = =

Utilizando o balano estequiomtrico (II) na eq.1 e o valor calculado da constante de hidrlise calculado, tm-se:

[ ] [ ]( )

( )

23

24

2 2

0,920,1

0,95 5 10 0,1 5 100,1

h

HCN NH xKCN NH x

x x mol L x mol Lx

+

= = =

Logo temos aproximadamente 0,05 mol/L de HCN e 0,05 mol/L de NH3 e aproximadamente 0,05 mol/L de CN- e 0,05 mol/L de NH4+ Pode-se calcular o pH a partir da constante de ionizao do cido:

HCN = H+ + CN-

[ ] 10 100,05

6,20 10 6,20 100,05a

H CN HK H

HCN

+ + + = = =

Logo ( )10 log 6,20 9,2pH = = ou 9 10pH< < Obs.: Na realidade, as concentraes de NH4+ e CN- aps a hidrlise so muito prximas, mas no iguais. Entretanto, esta uma boa aproximao levando em considerao o balano de cargas e que as concentraes tanto de H+ quanto de OH- so muito menores que as concentraes de amnio e de cianeto.

QUESTO 28 Considere duas reaes qumicas (I e II) envolvendo um reagente X. A primeira (I) de primeira ordem em relao a X e tem tempo de meia-vida igual a 50 s. A segunda (II) de segunda ordem em relao a X e tem tempo de meia-vida igual metade da primeira reao. Considere que a concentrao inicial de X nas duas reaes igual a 1,00 mol

1L . Em um grfico de concentrao de X (mol 1L ) versus tempo (de 0 at 200 s), em escala, trace as curvas de consumo de X para as duas reaes. Indique com I a curva que representa a reao de primeira ordem e, com II, a que representa a reao de segunda ordem.

Resoluo Em uma reao de primeira ordem, o tempo de meia-vida constante com o tempo e a equao da velocidade dada por

V = k.[X] Dessa forma, a equao [X] versus t dada por:

[ ] [ ]0 k tX X e = Onde a constante de velocidade k dada por 0,69k

T= , com

T = tempo de meia-vida. Logo, para a reao (I), como T = 50s e [ ] 10 1X mol L= :

[ ] 22 1 1,38 100,69 1,38 1050

tIk s X e

= = =

Para a reao de segunda ordem, o tempo de meia-vida dependente

da concentrao, segundo a equao [ ]1T

k X= , e o inverso da

concentrao em funo do tempo dado por:

[ ] [ ]01 1 k tX X

= + , com k constante de velocidade

Desta forma, temos [ ] [ ][ ]0 01X

Xk X t

= +

Logo, para a reao (II), como no momento inicial ( [ ] 10 1X mol L= ) o tempo de meia vida dado como a metade do tempo de meia vida da reao (I), temos:

[ ] 2 1 11 125 4 10

1 IIII IIT k L mol s

k X k = = =

E assim,

[ ] [ ][ ] [ ]0 01

1 1 0,04X

X Xk X t t

= =+ + O esboo do grfico pode ser feito a partir das equaes atribuindo-se alguns valores de t no intervalo de 0 a 200 s. O grfico final :

Algumas anlises possveis para determinao do esboo: 1) t = 0 s: Para determinar a inclinao vale identificar as velocidades com base nos valores da constante de velocidade encontrados.

[ ][ ]

2 1 10

2 2 1 10

1,38 10

4 10

I I

I II

II II

v k X mol L sv v

v k X mol L s

= =



11

QUESTO 29 Um tanque de estocagem de produtos qumicos foi revestido internamente com nquel puro para resistir ao efeito corrosivo de uma soluo aquosa cida contida em seu interior. Para manter o lquido aquecido, foi acoplado junto ao tanque um conjunto de resistores eltricos alimentados por um gerador de corrente contnua. Entretanto, uma falha no isolamento eltrico do circuito dos resistores promoveu a eletrificao do tanque, ocasionando um fluxo de corrente residual de intensidade suficiente para desencadear o processo de corroso eletroltica do revestimento metlico. Admitindo-se que a superfcie do tanque constituda por uma monocamada de nquel com densidade atmica igual a 1,61 x 1910 tomos 2m e que a rea superficial do tanque exposta soluo cida de 5,0 2m , calcule: a) a massa expressa em gramas, de tomos de nquel que constituem a monocamada atmica do revestimento metlico. b) o tempo necessrio, expresso em segundos, para que a massa de nquel da monocamada atmica seja consumida no processo de dissoluo andica pela passagem da densidade de corrente de corroso de 7,0 A 2cm .

Resoluo a) Sendo NNi o nmero de tomos de nquel no tanque, temos:

1 2m

191,61 10 tomos de Ni 5 2m

NNi (tomos de Ni)

NNi = 198,05 10 tomos Sendo MNi a massa molar do nquel e NAvogadro a constante de Avogadro, a massa total de nquel (mNi) no tanque ser dada por:

193

23

8,05 10 58,69 7,85 106,02 10

Ni NiNi Ni

Avogadro

N Mm m gN

= = = b) A oxidao do nquel se d conforme a equao:

0 2 2Ni Ni e+ + Portanto, para a oxidao de todos os tomos presentes

19(8,05 10 ) dever ocorrer a passagem de 1916,1 10 eltrons. A carga total destes eltrons (Q) pode ser calculada por:

9,65104 C 236,02 10 eltrons Q (C)

1916,1 10

19 4

23

16,1 10 9,65 106,02 10

Q = Q = 25,81 C Sendo Q = it, onde i a corrente e t o intervalo de tempo pelo qual esta corrente circulou, devemos determinar a corrente para obtermos o tempo solicitado. Sendo d a densidade superficial de corrente e A a rea, temos:

i = d A = 7A/cm2 5m2 i = 3510-2 A Da segue que o tempo transcorrido at o consumo total do nquel :

25,81 740,35

Qt t si

= = =

QUESTO 30 descrita uma seqncia de vrias etapas experimentais com suas respectivas observaes: I. Dissoluo completa de um fio de cobre em gua de bromo em

excesso com formao de uma soluo azulada A. II. Evaporao completa da soluo A e formao de um slido

marrom B. III. Aquecimento do slido B a 500 C, com formao de um slido

branco de CuBr e um gs marrom C. IV. Dissoluo de CuBr em uma soluo aquosa concentrada de

cido ntrico, formando uma nova soluo azulada D e liberao de dois gases: C e E.

V. Evaporao da soluo azulada D com formao de um slido preto F e liberao de dois gases: E e G.

VI. Reao a quente do slido F com hidrognio gasoso e na ausncia de ar, formando um slido avermelhado H e liberando gua.

Baseando-se nesta descrio, apresente as frmulas moleculares das substncias B, C, E, F, G e H.

Resoluo I gua de bromo uma soluo diluda de Br2 em gua*:

2

2

2( ) 2( ) ( ) ( )

A (azul devido aos ons Cu )

2H Os aq aq aqSoluo

Cu Br Cu Br+

+ + +

II

2( ) ( ) 2( )

(marrom)

2aq aq sSlido B

Cu Br CuBr+ +

III

N2( ) ( ) 2( ) marrom C branco

12s s g

gsSlido

CuBr CuBr Br +

IV

N2

( ) 3( ) ( ) 3 ( ) 2 ( ) 2( ) 2( )

C D (azulada) D

14 2 2 22s aq aq aq l g g

gsSoluo gs

CuBr HNO Cu NO H O Br NO+ + + + + +

V

N2( ) 3 ( ) ( ) 2( ) 2( )

G F (preto) E

12 22aq aq s g g

gsSlido gs

Cu NO CuO NO O+ + + +

VI Temos duas possibilidades para a reao, dependendo da disponibilidade de H2, ambos gerando um slido avermelhado. 1 possibilidade: reduo de 2Cu + a Cu+

N( ) 2( ) 2 2 ( ) H (avermelhado)

2 s g lSlido

CuO H Cu O H O+ +

2 possibilidade: reduo de 2Cu + a 0Cu

N( ) 2( ) 2 ( ) H (avermelhado)

s g lSlido

CuO H Cu H O+ + Assim, temos:

B: CuBr2(s) C: Br2(g) E: NO2(g) F: CuO(s) G: O2(g) H: Cu2O(s) ou Cu(s)

Observao (*): Quando se dissolve Br2 em gua tem-se o seguinte equilbrio:

2( ) 2 ( ) ( ) ( ) ( )g l aq aq aqBr H O HBrO H Br+ + + +

A espcie HBrO a responsvel pela oxidao do Cu:

2( ) ( ) ( ) ( ) ( )aq s aq aq aqHBrO Cu Cu Br OH

+ + + + Somando as duas equaes, temos a equao global mostrada em I.

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