GABARITO ITA 2014/2015 QUÍMICA

Constantes

Constante de Avogrado = 6,02 × 1023 _mol–1

Constante de Faraday (F) = 9,65 × 104 _{C mol}–1 _{= 9,65 × 10}4 _{A s mol}–1 _{= 9,65 × 10}4 _{J V}–1 _mol–1

Volume molar de gás ideal = 22,4 L (CNTP) Carga elementar = 1,602 × 10–19 _C

Constante dos gases (R) = 8,21 × 10–2 _{atm L K}–1 _mol–1 _{= 8,31 J K}–1 _mol–1 _{= 62,4 mmHg L K}–1 _mol–1

Constante gravitacional (g) = 9,81 ms–2

Definições

Pressão de 1 atm = 760 mmHg = 101.325 Nm–2 _{= 760 Torr = 1,01325 bar}

1 J = 1 N m = 1 kg m2_s–2

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0 °C e 760 mmHg Condições ambientes: 25 °C e 1 atm

Condições-padrão: 1 bar; concentração das soluções = 1 mol L–1 _{(rigorosamente: atividade unitária das}

espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão. (s) = sólido; (l) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [X] = concentração da espécie química X em mol–1_.

Massas molares

Elemento

químico Número atômico Massa molar (g · mol–1₎

H 1 1,01 Li 3 6,94 B 5 10,81 C 6 12,01 N 7 14,01 O 8 16,00 F 9 19,00 Na 11 22,99 P 15 30,97 S 16 32,07 Cl 17 35,45 Elemento

químico atômicoNúmero Massa molar (g · mol–1₎

K 19 39,10 Ca 20 40,08 Cr 24 52,00 Mn 25 54,94 Fe 26 55,85 Zn 30 65,38 Br 35 79,90 Ag 47 107,90 Pt 78 195,08 Hg 80 200,59 Pu 94 238

Assinale a opção que apresenta os instrumentos de medição de volume mais indicados para a realização de uma titulação.

A ( ) Bureta e erlenmeyer B ( ) Proveta e erlenmeyer

C ( ) Pipeta volumétrica e erlenmeyer D ( ) Proveta e béquer

E ( ) Pipeta volumétrica e béquer

Gabarito: Letra A.

Bureta: instrumento de precisão no qual introduz-se o titulante. Uma válvula controla a vazão da solução titulante. O volume utilizado é aferido a partir da graduação da vidraria.

Frasco de erlenmeyer: recipiente que contém volume conhecido de solução a ser titulada. Obs.: volume utilizado e concentração do titulante são conhecidos.

Questão 2

Cinco amostras idênticas de um mesmo metal são aquecidas a diferentes temperaturas até à incandescência. Assinale a opção que apresenta a cor da amostra submetida a uma maior temperatura.

A ( ) Vermelho D ( ) Verde B ( ) Laranja E ( ) Branco C ( ) Amarelo

Gabarito: Letra E.

Conforme a temperatura aumenta, a coloração passa de vermelha (temperatura mais baixa) para branca (temperatura mais alta). Vale ressaltar que a energia do fóton emitido é diretamente proporcional à frequencia da luz emitida, ou seja, inversamente proporcional ao comprimento de onda.

Questão 3

O elemento Plutônio-238 é utilizado para a geração de eletricidade em sondas espaciais. Fundamenta-se essa utilização porque esse isótopo tem:

A ( ) longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas beta. B ( ) longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas gama. C ( ) longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas alfa. D ( ) longo tempo de meia-vida e é emissor de partículas delta. E ( ) tempo de meia-vida curto e é emissor de partículas alfa.

Gabarito: Letra C.

Elementos de grande número atômico tendem a emitir partículas alfa (a).

No caso da geração de energia, a utilização de um emissor alfa é boa, pois as partículas “a” são facilmente bloqueadas.

Questão 4

Sendo o pk do NH₄OH igual a 4,74, o pH de uma solução aquosa 0,10 mol L–1 _{em NH} 4Cl é: A ( ) 1,00. B ( ) 3,74. C ( ) 4,74. D ( ) 5,13. E ( ) 8,87.

pk_b(NH₄OH) = 4,74 ⇒ k_b(NH₄OH) = 10–4,74_.

O sal NH₄Cl é um sal de hidrólise ácida, pois é composto a partir de ácido forte (HCl) e base fraca (NH4OH).

Temos para hidrólise desse sal a equação: NH₄Cl(aq) + H2O(l)  NH4OH(aq) + HCl(aq)

ou na forma iônica:

NH₄Cl(aq) + H2O(l)  NH4OH(aq) + H+(aq)

início _{0,1 mol/l 0 mol/l 0 mol/l} reação _{– x mol/l + x mol/l + x mol/l} equilíbrio _{(0,1 – x) mol/l x mol/l x mol/l}

(k )

=

k

k

H

NH

k

k

x

h ácida w b w b

⇒

⋅

=

⇒

−

=

+ + − −

[ ] [NH OH]

[

]

( ,

)

4 4 2 14 4

0 1

10

10

x

,, , 74 9 26

10

=

−

Resolvendo temos x = 10–5,13 _{· mol/l = [H}+_]

Se [H+_{] = 10}–5,13 _{mol/l = pH = 5,13}

Questão 5

Considere uma reação química hipotética representado pela equação X → Produtos. São feitas as seguintes proposições relativas a essa reação:

I. Se o gráfico [X] em função do tempo for uma curva linear, a lei de velocidade da reação dependerá somente da constante de velocidade.

II. Se o gráfico de 1

X

[ ]

em função do tempo for uma curva linear, a lei de velocidade da reação dependerá somente da constante de velocidade.

III. Se o gráfico da velocidade da reação em função de [X] for uma curva linear, a ordem de reação será 1. IV. Se o gráfico da velocidade de reação em função de [X]2 _{for uma curva linear, a ordem de reação será 2.}

Das proposições acima, está(ão) CORRETA(S) A ( ) apenas I.

B ( ) apenas I e II. C ( ) apenas I, III e IV.

Gabarito: Letra E.

Cinética de ordem zero:

Reta

d x

dt k x kt x

[ ]

_{= − ⇒}

_{[ ]}

_{= − +}

_{[ ]}

   Cinética de primeira ordem:

R d x dt k x x kt x

[ ]

_{= − ⋅}

_{[ ]}

_⇒ln

_{[ ]}

_{= − +ln}

_{[ ]}

0 eeta  Cinética de segunda ordem:

Ret d x dt k x x kt x

[ ]

_{= − ⋅}

_{[ ]}

_⇒

[ ]

= + +

[ ]

2 0 1 1 aa 

I. Verdadeira:

[ ]

x = − +kt

[ ]

x ₀⇒cinética de ordem zero v k x= ⋅

[ ]

0 ou v k=

II. Verdadeira: 1 1

0

x kt x

[ ]

= +

[ ]

⇒ cinética de segunda ordem

III. Verdadeira: v k x= ⋅

[ ]

⇒

Reta

cinética de primeira ordem    IV. Verdadeira: v k x v x = ⋅

[ ]

⇒ [ ]

(

)

2 2 Reta em função de cinética de segund    aa ordem.

Parabéns aos nossos

aprovados na 2

a

_fase

do IME deste ano!

Mais de 70% dos

Considere as seguintes comparações entre as respectivas temperaturas de fusão dos polímeros representados pelas suas unidades repetitivas:

I. A do H — OCH₂CH₂OOC(CH₂)₄CO —_n OCH₂CH₂OH é maior que a do H — OOC- - COOCH₂CH₂ —_n OH

II. A do — CH₂CH₂ —_n é maior que a do — CH₂CH₂O —_n III. A do — CH₂- - CH₂ —_n é maior que a do — CH2CH2 —n

IV. A do — NH(CH2)7CO —n é maior que a do — NH(CH2)3CO —n

Assinale a opção que apresenta a(s) comparação(ões) ERRADA(S). A ( ) apenas I.

B ( ) apenas I e IV. C ( ) apenas II e III. D ( ) apenas III e IV. E ( ) apenas IV.

Gabarito: Letra C.

I. Verdadeiro

Apesar da massa molecular do segundo polímero ser maior e ambos apresentarem o mesmo tipo de interação intermolecular, as nuvens eletrônicas dos anéis benzênicos de uma macromolécula repelem as nuvens das outras macromoléculas.

Sendo assim, o PF do segundo polímero é menor. II. Falsa

A massa molecular e as interação interatômicas do segundo polímero são maiores. III. Falsa

Apesar do primeiro polímero possuir maior massa, os anéis benzênicos de uma macromolécula irão repelir os anéis das outras moléculas, fazendo com que o PF seja menor.

IV. Verdadeira

Ambos os polímeros apresentam o mesmo tipo de interação intermolecular (lig. de hidrogênio), mas o primeiro tem maior massa.

Questão 7

Considere a reação química hipotética realizada em sistema fechado a pressão e temperatura constantes representada pela equação X + Y  W + Z. Supondo que no início da reação haja apenas os reagentes X e Y, e considerando um intervalo de tempo que se estende de t = 0 até um instante t após o equilíbrio ter sido atingido, assinale a opção que apresenta a variação da energia livre de Gibbs.

A ( ) D ( )

B ( ) E ( )

C ( )

Gabarito: Letra E.

Considerando que a reação ocorra espontaneamente em sistema fechado, temos ∆G < 0. Quando o equilíbrio é atingido, temos ∆G = 0. Logo, a curva decresce no início e torna-se constante ao atingir o equilíbrio.

Borbulha-se gás cloro em solução aquosa diluída de hidróxido de sódio a 25°C. Assinale a opção que contém apenas produtos clorados resultantes.

A ( ) Cl–_{, ClO}– 3 B ( ) OCl–_,Cl– C ( ) ClO– 3, ClO–4, Cl– D ( ) ClO– 3, OCl– E ( ) ClO– 4, ClO–3 Gabarito: Letra B.

Cl2(g) + NaOH(dil) → NaCl + NaClO + H2O

123 123 Na+_+Cl– _Na+_+ClO–

Questão 9

O grau de dissociação, α, do ácido acético em solução aquosa 0,10 molL–1 _{é 100 vezes menor que o do}

ácido clorídrico também em solução aquosa 0,10 molL–1_{. Com base nestas informações, pode-se afirmar}

que o pH da solução aquosa do ácido acético 0,10 molL–1 _é

A ( ) zero. B ( ) um. C ( ) dois. D ( ) três. E ( ) quatro. Gabarito: Letra D. HC : M = 0,1 mol/ Grau de ionização = H M H HC HC l l l l α α    = ⋅ + + [ ] [ ] ==0,1⋅αmol/l Admitindo HCl como ácido forte 100% ionizado, temos [H+_]

HCl= 10 – 1 mol/l ⇒ pH = 1. CH COOH: M = 0,1 mol/ Grau de ionização = H CH CO 3 100 3 l α     + [ ] OOH CH COOH M H 0,1 mol/ = ⋅ = ⋅ + α α [ ] ₃ 100 l Nas mesmas condições:

[ ]H+CH COOH3 =0,1⋅ = − mol/ ⇒pH= 1

100 10 3

3

Questão 10

Para determinar a entalpia de vaporização do composto hipotético MX₄(l), o mesmo foi colocado num recipiente equipado com uma serpentina de aquecimento resistivo, a 80 °C e sob pressão de 1,0 bar. para a manutenção da temperatura, foi utilizada uma fonte de 30 V com passagem de corrente de 900 mA durante 30 s, tendo sido vaporizados 2,0 g de MX₄(l). Sabendo que a massa molar desse composto é 200 gmol–1_,

assinale a opção que apresenta a entalpia molar de vaporização em KJ mol–1_{, a 80 °C.}

A ( ) 4,1 D ( ) 405 B ( ) 8,1 E ( ) 810 C ( ) 81 Gabarito: Letra C. i Q t Q i t Q C = ⇒ = ⋅ = ⋅ ⋅ = − 900 10 30 27 3 . E = Q · V = 27 · 30 J = 810 J. 810 J 2g de Mx₄ vaporizados x J 200g de Mx₄ vaporizados x = 81.000 J ou 81 KJ.

Questão 11

Os óxidos de metais de transição podem ter caráter ácido, básico ou anfótero. Assinale a opção que representa o caráter dos seguintes óxidos: CrO, Cr₂O₃ e CrO₃

A ( ) Ácido, anfótero, básico. D ( ) Básico, ácido, anfótero. B ( ) Ácido, básico, anfótero. E ( ) Básico, anfótero, ácido. C ( ) Anfótero, ácido, básico.

Gabarito: Letra E.

CrO ⇒ óxido de cromo II ⇒ caráter básico. Ex. CrO + 2HCl → CrCl2 + H2O

Cr₂O₃ ⇒ óxido de cromo III ⇒ caráter anfótero. Ex. Cr2O3 + 6HCl → 2CrCl3 + 3H2O

Cr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂ + H₂O

Metacromito de sódio

Cr₂O₃ ⇒ anidrido crômico ⇒ caráter ácido. Ex. 2CrO₃ + 2KOH → K₂Cr₂O₇ + H₂O

Considere as seguintes reações químicas e respectivas constantes de equilíbrio: N₂(g) + O₂(g)  2NO(g) K1 2NO(g) + O₂(g)  2NO2(g) K2 NO₂(g)  1 2N2(g) + O2(g) K3 Então, K₃ é igual a A ( ) 1 K K_{1 2}

(

)

. D ( ) K K_{1 2}1 .       1 2 B ( ) 1 2K K_{1 2}

(

)

. E ( ) K K_{1 2}1 .       2 C ( ) 1 4K K_{1 2}

(

)

. Gabarito: Letra D. N_2(g) + O_2(g)  2NO(g) K1 2NO_(g) + O_2(g)  2NO2(g) K2 NO_(g)  1 2 N2(g) + 1 2 O2(g) K’1 = 1 1 K NO_2(g)  NO(g) + 1 2 O2(g) K’2 = 1 2 K NO_2(g)  1 2 N2(g) + O2(g) K3 = 1 1 K · 1 2 K K K K 3 1 2 1 2 1 =      ·

Questão 13

É de 0,76V a força eletromotriz padrão, E°, de uma célula eletroquímica, conforme a reação Zn(s) + 2H+_{(aq) → Zn}2+_{(aq) + H}

2(g).

Na concentração da espécie de Zn2+ _{igual a 1,0 mol L}– 1 _{e pressão de H}

2 de 1,0 bar, a 25°C foi verificado

que a força eletromotriz da célula eletroquímica é de 0,64V. Nestas condições, assinale a concentração de íons H+ _{em mol L}– 1_. A ( ) 1,0 x 10– 12 B ( ) 4,2 x 10– 4 C ( ) 1,0 x 10– 4 D ( ) 1,0 x 10– 2 E ( ) 2,0 x 10– 2 Gabarito: Letra D.

Para a equação: Zn(s) + 2H+_{(aq) → Zn}2+_{(aq) + H} 2(g)

Temos o quociente de equilíbrio dado por: Q Zn pH H c= ⋅ + + 2 2 2 [ ] .

Escrevemos, pela equação de Nernst:

∆ε=∆ε° − ⋅ = − ⋅ = ⇒ 0 0592 0 64 0 76 0 0592 2 4 054 , log , , , log log , n Q Q Q c c c ZZn pH H 2 2 2 104 054 1 1 + +  ⋅ ₌ ⋅ [ ] , [[ ] [ ] , , H+ H + − = ⇒ = 2 104 054 10 2 027mol / L.

Questão 14

Uma mistura de metanol e água a 25°C apresenta o volume parcial molar de água igual a 17,8 cm3 _mol– 1 _e

o volume parcial molar do metanol igual a 38,4 cm3 _mol– 1_{. Com base nestas informações e sendo a massa}

específica do metanol de 0,791 g cm3 _{e a da água igual a 1,000 g cm}– 3_{, assinale a opção CORRETA do}

volume total (em cm3_{) quando se adicionam 15 cm}3 _{de metanol em 250 cm}3 _{de água nessa temperatura.}

A ( ) 250 D ( ) 270 B ( ) 255 E ( ) 280 C ( ) 262

V _H 2O = 17,8 cm /mol V _met = 38,4 cm3 _/mol Para metanol 0,791 g 1 cm3 x 15 cm3 x = 11,865 g ↓ 1 mol Metanol 32,05 g Z 11,865 g Z = 0,3702 mol de Metanol Sendo V _met = 38,4 cm3 _/mol 38,4 cm3 _{1 mol} V₁ 0,3702 mol V₁ = 14,215 cm3 M_H 2O = 1,000g · cm M_met = 0,791g · cm3 Para água 1g 1cm3 y 250 cm3 y = 250 g 1 mol 18,02 g W 250 g W = 13,8734 mol de água Sendo V _H 2O = 17,8 cm 3 _/mol 17,8 cm3 _{1 mol} V₂ 13,8734 mol V₂ = 246,88 cm3

O volume total será v₁ + v₂, então v_T = 246,94 + 14,215 v_T = 261,16.

Questão 15

Para uma molécula diatômica, a energia potencial em função da distância internuclear é representada pela figura ao lado. As linhas horizontais representam os níveis de energia vibracional quanticamente permitidos para uma molécula diatômica. Uma amostra contendo um mol de moléculas diatômicas idênticas, na forma de um sólido cristalino, pode ser modelada com um conjunto de osciladores para os quais a energia potencial também pode ser representada qualitativamente pela figura. Em relação a este sólido cristalino, são feitas as seguintes proposições:

I. À temperatura de 0 K, a maioria dos osciladores estará no estado vibracional fundamental, cujo número quântico vibracional, n, é

III. O movimento vibracional cessa a 0 K. IV. O movimento vibracional não cessa a 0 K.

V. O princípio da incerteza de Heisenberg será violado se o movimento vibracional cessar. Das proposições acima estão corretas:

A ( ) apenas I e III. D ( ) apenas II, IV e V. B ( ) apenas II e III. E ( ) apenas II, III e V. C ( ) apenas I, IV e V.

Gabarito: Letra D.

No zero absoluto, os osciladores harmônicos devem ter energia mínima. Portanto, devem estar no seu estado fundamental, que por definição é o nível menos energético. Sendo assim, a afirmativa (II) está correta e a (I) errada.

O princípio da incerteza de Heisenberg afirma que ∆ ⋅ ∆ ≥x p  2.

Se por acaso o movimento vibracional cessasse, ∆p = 0, o que é absurdo. Portanto, o movimento cessa se, e somente se, o princípio da incerteza não for verdadeiro. Logo, as afirmativas IV e V são verdadeiras.

Questão 16

Dois béqueres, denominados “X” e “Y”, encontram-se dentro de um recipiente hermeticamente fechado, à pressão de 1 bar e temperatura de 298 K. O béquer “X” contém 100 mL de uma solução aquosa de cloreto de sódio cuja concentração é 0,3 mol L–1_{. O béquer “Y” contém 100 mL de uma solução aquosa de cloreto}

de sódio cuja concentração é 0,1 mol L–1_{. Se o recipiente for mantido fechado e em repouso até alcançar o}

equilíbrio termodinâmico, assinale o volume final (em mL) da solução no béquer “Y”: A ( ) 25 D ( ) 150

B ( ) 50 E ( ) 200 C ( ) 100

Gabarito: Letra B.

O equilíbrio termodinâmico será alcançado quando as pressões de vapor dos solventes das duas soluções se igualarem, ou seja, quando as concentrações forem iguais. Matematicamente, temos:

C C C V V C V xfinal yfinal xinicial xinicial xfinal yinicial yinic = ⋅ ₌ ⋅ iial yfinal xfinal yfinal x final yfinal V V V V V 0 3 100 0 1 100 3 , ⋅ ₌ , ⋅ _{∴ =} Allém disso, mL V V V xfinal yfinal yf + = ∴ 200 4 iinal yfinal V =200→ =50 mL

São feitas as seguintes comparações sobre as capacidades caloríficas de diferentes substâncias puras, todas à temperatura ambiente:

I. A capacidade calorífica da água é menor que a do peróxido de hidrogênio. II. A capacidade calorífica do bromo é menor que a do tetracloreto de carbono. III. A capacidade calorífica do metanol é menor que a do mercúrio.

Assinale a opção que apresenta a(s) comparação(ões) CORRETA(S). A ( ) Apenas I B ( ) Apenas I e II C ( ) Apenas II D ( ) Apenas II e III E ( ) Apenas III Gabarito: Letra B. (I) Correta.

Como o peróxido de hidrogênio possui maior número de ligações que a água, o grau de liberdade de molécula é reduzido, o que acarreta numa capacidade calorífica maior, pois há maior dificuldade de aumentar a temperatura se a molécula tem seu movimento vibracional dificultado.

(II) Correta.

O maior número de ligações reduz o número de graus de liberdade e dificulta o aumento da temperatura. (III) Incorreta.

Questão 18

Considere a reação química representada pela equação NH₃ + BF₃ → H₃NBF₃. Pode-se afirmar que o BF₃ age

A ( ) como ácido de Bronsted. B ( ) como ácido de Lewis. C ( ) como base de Bronsted. D ( ) como base de Lewis. E ( ) tanto como ácido como base.

Gabarito: Letra B.

Ácidos de Lewis são substâncias capazes de receptar par de elétrons. Bases de Lewis são substâncias capazes de doar par de elétrons. Nas seguintes estruturas

¨N H H H B F F F

podemos observar que o par de elétrons disponível encontra-se no NH₃, portanto o NH₃ é uma base de Lewis e o BF₃ um ácido de Lewis.

Questão 19

A figura mostra a variação da massa específica de uma substância pura com a temperatura à pressão de 1 bar. Então, é CORRETO afirmar que T_X pode representar a temperatura de

A ( ) ebulição da água. B ( ) ebulição do benzeno. C ( ) fusão da água. D ( ) fusão do benzeno.

E ( ) fusão do dióxido de carbono.

Gabarito: Letra C.

Sabe-se que a densidade do gelo é menor que da água líquida. Isso acontece por conta da estrutura hexagonal do gelo, que deixa um vão entre as moléculas. Com a ausência das moléculas nesses espaços, há uma diminuição em sua densidade.

O gráfico deixa muito claro o comportamento anômalo da água.

Massa específica

Temperatura

T

_x

Contribuíram de forma direta para o desenvolvimento do conceito de pressão atmosférica A ( ) Friedrich August Kekulé e John Dalton.

B ( ) Michael Faraday e Fritz Haber. C ( ) Galileu Galilei e Evangelista Torricelli. D ( ) Jöns Jacob Berzelius e Eduard Bünchner. E ( ) Robert Bunsen e Henry Louis Le Chatelier.

Gabarito: Letra C.

A contribuição de Galileu Galilei se deu ao desenvolver o aparelho Termobaroscópio; aparelho utilizado para medir a pressão atmosférica.

Torricelli contribui ao desenvolver o Barômetro de Torricelli.

Questão 21

3,64 gramas de fosfeto de cálcio foram adicionados a uma certa quantidade de água. Após a reação completa, todo o produto gasoso formado foi recolhido em um recipiente de 8,2 mL. Calcule o valor numérico da pressão, em atm, exercida pelo produto gasoso a 27°C.

Gabarito:

1Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca (OH)₂ + 2PH₃ 1 mol 2 mols 182g 2 mols 3,64g x x =2 3 64⋅ = 182 0 04 , , mol PV=nRT P P = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 8 2 1 000 0 04 0 082 300 4 82 3 1 000 100 100 1 000 8 2 , . , , . . , P = 120 atm

Questão 22

Considere uma solução saturada do sal MX que é pouco solúvel em água destilada a 25°C. Seja y a condutância da água destilada e (y + 2,0 · 10–7_{) ohm}–1 _cm–1 _{a condutância da solução. Sabendo que}

as condutividades iônicas molares dos íons M+ _{e X}– _{são, respectivamente, 60 ohm}–1 _cm2 _mol–1 _e

40 ohm–1 _cm2 _mol–1_{, determine a solubilidade do MX em água em mol dm}–3_.

Gabarito:

Condutância da solução = y · 2 · 10–7 _ohm–1 _cm–1

Condutância da água pura = y ohm–1 _cm–1

Condutância associada aos íons em solução = 2 · 10–7 _ohm–1 _cm–1

2 · 10–7 _{= (60 + 40). Concentração do sal MX} C mol cm mol dm MX= = = − − − 2 10 100 2 10 2 10 7 9 3 6 3 · · ·

Questão 23

Considere uma reação genérica reversível A + B  2C e os dados cinéticos para a reação direta (D) e inversa (I):

Sentido da reação Constante de velocidade Energia de ativação A + B → 2C 2C → A + B K_d kI= 3 2kD E_a,D Ea I, = Ea D, 1 2

a) Desenhe o gráfico de energia potencial versus coordenada da reação direta. b) Determine o valor número da constante de equilíbrio da reação.

c) Qual sentido da reação é endotérmico?

Gabarito: a) b) K K K K K e D I D D = = = 3 2 2 3. c) Sentido direto. A + B Coordenador da reação E_P 2C

Uma amostra de ferro foi totalmente dissolvida a Fe(II) em 25,0 mL de solução aquosa ácida. A seguir, a solução de Fe(II) foi titulada com 20 mL de uma solução aquosa 0,01 moL–1 _{em permanganato de potássio.}

Baseando-se nessas informações, responda os seguintes itens:

a) Qual é a equação iônica balanceada que descreve a reação de titulação?

b) É necessária a adição de indicador para visualização do ponto final da titulação? Por quê? c) Qual será a variação de cor e as espécies responsáveis por essa variação no ponto de viragem? d) Qual é o valor númerico da massa (em g) de ferro na amostra dissolvida, considerando que não há

interferentes na solução?

Gabarito:

a) 5Fe2+

(aq) + 1 MnO4– (aq) + 8H+(aq) →

5Fe3+

(aq) + 1 Mn2+(aq)+ 4H2O(l)

b) Não. Enquanto existe Fe2+ _{o permanganato (MnO}

4–) irá descorar. Uma coloração violeta persistente,

devido excesso de MnO₄–_{, indicará o término de F}2+_{, ou seja, o término da reação.}

c) No ponto de viragem observa-se a mudança do amarelo, associado ao Fe3+ _{produzido, para o violeta}

em função do excesso de MnO₄–_.

d) n n m m m Fe2 5 MnO4 55 85 5 0 01 20 1000 5 55 85 0 01 20 1000 0 + = ⋅ − = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = , , , , ,,05585 g

Questão 25

Descreve-se o seguinte experimento:

I. São dissolvidas quantidades iguais de ácido benzoico e ciclohexanol em diclorometano.

II. É adicionada uma solução aquosa 10% massa/massa em hidróxido de sódio à solução descrita no item (I) sob agitação. A seguir, a mistura é deixada em repouso até que o equilíbrio químico seja atingido.

a) Apresente a(s) fase(s) líquidas formada(s)

b) Apresente o(s) componente(s) da(s) fase(s) formada(s)

c) Justifique a sua resposta para o item b, utilizando a(s) equação(ões) químicas que representa(m) a(s) reação(ões).

Gabarito:

a) Uma fase aquosa (menos densa) e outra orgânica (mais densa) b) Fase aquosa: Benzoato de sódio e hidróxido de sódio em água.

Fase Orgânica: Ciclohexanol em diclorometano. c) C O OH + NaOH ONa + H2O C O

Questão 26

Considere um elemento galvânico formado por dois semielementos contendo soluções aquosas ácidas e cujos potenciais na escala do eletrodo de hidrogênio (E°) nas condições-padrão são E°(Pt/PtO₂) = 1,00 V e E°(Br₂/BrO–

3) = 1,48 V.

Baseando-se nessas informações, pedem-se:

a) Calcule o valor numérico da força eletromotriz do elemento galvânico.

b) Apresente as equações químicas que representam as semirreações do anodo e catodo. c) Apresente a equação química que representa a reação global.

Gabarito:

Para a pilha formada são informados potenciais padrão de redução: Catodo: Eletrodo de Bromo

BrO–

3 / Br2 ⇒ 2BrO–3 + 12H+ + 10e– → Br2 + 6H2O

Anodo: Eletrodo de platina

⇒ ∆ε° = (+1,48) – (+1,00) ∆ε° = +0,48 V. b) Catodo: 2BrO– 3 + 12 H+ + 10e– → Br2 + 6H2O Anodo: Pt + 2 H₂O → PtO₂ + 4H+ _{+ 4e}– c) 4BrO– 3 + 4 H+ + 20e– → 2Br2 + 12H2O 5Pt + 10 H₂O → 5PtO₂ + 20H+ _{+ 20e}– Global: 4BrO– 3 + 5Pt + 4H+ → 2Br2 + 5PtO2 + 2H2O

Questão 27

Com base no modelo atômico de Bohr:

a) Deduza a expressão para o módulo do momento angular orbital de um elétron na n-ésima órbita de Bohr, em termos da constante da Planck, h.

b) O modelo de Bohr prevê corretamente o valor do módulo do momento angular orbital do elétron no átomo de hidrogênio em seu estado fundamental? Justifique.

Gabarito:

a) De acordo com os postulados de Bohr, sabemos que:

(I) O elétron descreve uma trajetória circular em torno do núcleo do átomo de hidrogênio. (II) A energia é quantizada em níveis de energia.

(III) O comprimento dessas órbitas deve ser um múltiplo inteiro de comprimentos de onda de De Broglie (comprimento de onda associado ao movimento do elétrom).

O terceiro postulado pode ser traduzido da seguinte forma: 2pR_n = nλ, onde R_n é o raio do n-ésimo nível de energia e λ =h

P, P é o momento linear. Substituindo: 2 2 π π R n h P R nh P n= n ⋅ _{⇒ =} ⋅ . Sabemos que L = mvr = p · r. Portanto, L_n = P · R_n ⇒ L P n h P nh n= ⋅ ⋅ ₌

2π 2π, onde Ln é o momento angular no nível n.

Resposta: Ln= ⋅n h 2π

Questão 28

Escreva a fórmula estrutural do produto majoritário formado na reação entre 0,1 mol de tolueno (metilbenzeno) e 0,1 mol de Cl2 nas seguintes condições:

a) Ausência de luz e presença de pequena quantidade de Fe(s). b) Presença de luz e ausência de Fe(s).

Gabarito: a) Fe Sem luz + Cl2 CH₃ CH₃ Cl Cl CH₂ +

A posição orto é prioritária pois há duas posições “orto” contra apenas uma posição “para” no anel benzênico.

b)

Luz

+ Cl2

CH₃ CH₂ — Cl

Reação via radical livre na cadeia lateral de um benzeno substituído.

Resultado IME 2013/2014

1

o

_{lugar geral do Brasil}

(Reserva)

Considere os compostos orgânicos metilfenilcetona e propanona.

a) Apresente a equação química que representa o equilíbrio tautomérico para cada um dos compostos. b) Qual das duas cetonas acima tem maior conteúdo enólico? Justifique.

Gabarito: a) Metilfenilcetona C CH₃ O C CH₂ OH Propanona CH₃ C CH₃ CH₃ C CH₂ O OH

b) A propanona tem maior conteúdo enólico. O tamanho grande do grupo fenil dificulta as ligações de hidrogênio entre as moléculas enólicas. Além disso, o efeito indutivo retirador de elétrons do grupo fenil faz com que o oxigênio atraia os elétrons “pi” com mais intensidade, deslocando, assim, o equilíbrio para a cetona.

Apesar do radical fenil permitir uma conjugação com a dupla ligação, essa conjugação é mais intensa na cetona que no enol.

Questão 30

Desenhe a fórmula estrutural (IUPAC) das seguintes espécies químicas aromáticas. a) Naftaleno b) Fenantreno c) Antraceno d) Peróxido de benzoíla. Gabarito: a) Naftaleno

b) Fenantreno c) Antraceno d) Peróxido de benzoíla.

C

O

O

C

O

O

Comentários

A prova do ITA de 2014/2015 teve um bom nível de dificuldade. Destaque negativo seja feito para a questão 15, que aborda tema muito específico de Física Moderna. A prova continua cobrando conhecimentos descabidos de história da Química, como contemplado na questão 20. Os temas de Fisico-Química e Orgânica foram bem abordados, porém tópicos importantes de Química Geral não constavam da prova.

Professor: Jackson Miguel Jefferson Santos Leonardo Vladimir Lucas Niemeyer Márcio Santos