CONSTANTES DEFINIÇÕES

(1)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 1 CONSTANTES

Constante de Avogadro = _{6,02 10 mol}_× 23 −1

Constante de Faraday (F) = _{9,65 10 C mol}_× 4 −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 atm L K mol = 8,31 J K}_× −2 −1 −1 −1_{mol =}−1 = _{62,4 mmHg L K}−1_{mol = 1,98 cal K}−1 −1_mol−1 Constante gravitacional (g) = 9,81 m s–2

DEFINIÇÕES Pressão de 1 atm = 760 mmHg = 101325 N m–2 = 760 Torr 1 N = 1 kg m s–2

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

Condições-padrão: 25 ºC, 1 atm, 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) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (A) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em mol L–1.

MASSAS MOLARES Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol–1) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (g mol–1) 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 82 207,20 Mn 25 54,94 Ra 86 222,00

(2)

2 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO

1.

Uma mistura sólida é composta de carbonato de sódio e bicarbonato de sódio. A dissolução completa de 2,0 g dessa mistura requer 60,0 mL de uma solução aquosa 0,5 mol L−1 de HCl. Assinale a opção que apresenta a massa de cada um dos componentes desta mistura sólida. A. ( ) 2 3 3 Na CO NaHCO m =0, 4 g ; m =1,6g B. ( ) 2 3 3 Na CO NaHCO m =0, 7 g ; m =1,3g C. ( ) 2 3 3 Na CO NaHCO m =0,9 g ; m =1,1g D. ( ) 2 3 3 Na CO NaHCO m =1,1g ; m =0,9 g E. ( ) 2 3 3 Na CO NaHCO m =1,3g ; m =0, 7 g Alternativa: C

Carbonato de sódio e bicarbonato de sódio reagem com ácido clorídrico, segundo as equações:

2 3 2 2 Na CO 2HC 2NaC H O CO x mol 2x mol + A→ A+ + 3 2 2 NaHCO HC NaC H O CO y mol y mol + A→ A+ + Mas n_HC_A =M_HC_AV n∴ _HC_A =0,5 60 10 n⋅ ⋅ −3 ∴ _HC_A = ⋅3 10 mol−2 Portanto: 2x y 0,03+ = (I) Como m = nM, temos: 2 3 3 Na CO NaHCO m +m =2 106x 84y 2∴ + = (II)

De (I) e (II), temos:

2 106x 84y 2 106x 53y 1,59 y 1,32 10 mol 31y 0, 41 − + = − − = − ∴ = ⋅ = Temos: 3 3 3 3 3 NaHCO 2 NaHCO NaHCO NaHCO NaHCO m m n 1,32 10 m 1,1 g M 84 − = ∴ ⋅ = ∴ = Temos: m_{Na CO}₂ ₃ +m_NaHCO₃ =2 ∴ m_{Na CO}₂ ₃ =0,9 g

2.

No ciclo de Carnot, que trata do rendimento de uma máquina térmica ideal, estão presentes as seguintes transformações:

A. ( ) duas adiabáticas e duas isobáricas. B. ( ) duas adiabáticas e duas isocóricas. C. ( ) duas adiabáticas e duas isotérmicas. D. ( ) duas isobáricas e duas isocóricas. E. ( ) duas isocóricas e duas isotérmicas.

(3)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 3 Alternativa: C

O Ciclo de Carnot é constituído por duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas, conforme o diagrama a seguir:

A B C D P V 1 T 2 T 2 1 T >T A – B: isotérmica B – C: adiabática C – D: isotérmica D – A: adiabática

3.

Suponha que um metal alcalino terroso se desintegre radioativamente emitindo uma partícula alfa. Após três desintegrações sucessivas, em qual grupo (família) da tabela periódica 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) Alternativa: B

Um metal alcalino terroso pertence ao grupo 2 (II A) da tabela periódica. Representando o metal alcalino terroso por X, suas três desintegrações sucessivas podem ser representadas pela seguinte equação:

A 4 A 12

ZX → α +32 Z 6− Y −

Como o número atômico de Y é 6 unidades menor do que o de X, devemos retroceder 6 grupos na tabela periódica, o que resulta em um elemento do grupo 14 (IV A).

4.

Um estudante mergulhou uma placa de um metal puro em água pura isenta de ar, a 25 ºC, contida em um béquer. Após certo tempo, ele observou a liberação de bolhas de gás e a formação de um precipitado. Com base nessas informações, assinale a opção que apresenta o metal constituinte da placa.

A. ( ) Cádmio B. ( ) Chumbo

C. ( ) Ferro D. ( ) Magnésio

(4)

4 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO Alternativa: D

Na temperatura citada, o único metal entre os relacionados capaz de deslocar hidrogênio da água é o magnésio. A equação que representa o processo é:

( )s 2 ( )

( )

2 s( ) 2 g( )

Mg +2H O_A →Mg OH +H

5.

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

10,0 Ma ssa (g) Tempo (anos) A. ( ) 10,0 Ma ssa (g) Tempo (anos) B. ( ) 10,0 Ma ssa (g) Tempo (anos) C. ( ) 10,0 Ma ssa ( g) Tempo (anos) D. ( ) 10,0 Ma ssa ( g) Tempo (anos) E. ( ) Alternativa: B

O decaimento radioativo ocorre segundo cinética de 1ª ordem, que pode ser equacionada por:

kt 0

m m e= ⋅ −

(5)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 5

6.

Num experimento, um estudante verificou ser a mesma a temperatura de fusão de várias amostras de um mesmo material no estado sólido e também que esta temperatura se manteve constante até a fusão completa. Considere que o material sólido tenha sido classificado como: I. Substância simples pura III. Mistura homogênea eutética II. Substância composta pura IV. Mistura heterogênea Então, das classificações acima, está(ão) ERRADA(S)

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

Alternativa: E

A temperatura constante durante o processo de fusão é uma característica de substâncias puras, sejam elas simples ou compostas.

Misturas homogêneas eutéticas também apresentam essa propriedade.

Misturas heterogêneas, por sua vez, não apresentam temperatura constante durante o processo de fusão.

7.

Assinale a afirmação CORRETA a respeito do ponto de ebulição normal (PE) de algumas substâncias.

A. ( ) O 1-propanol tem menor PE do que o etanol. B. ( ) O etanol tem menor PE do que o éter metílico. 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. Alternativa: D

A) Incorreta. O 1-propanol tem ponto de ebulição maior do que o do etanol em decorrência de sua cadeia carbônica ser maior e, conseqüentemente, as dispersões de London serem mais intensas. B) Incorreta. O etanol tem ponto de ebulição maior do que o éter etílico, pois pode formar ligações

de hidrogênio.

C) Incorreta. O heptano tem ponto de ebulição maior do que o hexano. Apesar de ambos serem compostos apolares, o heptano possui cadeia carbônica maior. Conseqüentemente, as dispersões de London são mais intensas.

D) Correta. A propilamina no estado líquido se associa por meio de ligações de hidrogênio e a trimetilamina não o faz.

E) Incorreta. A dimetilamina no estado líquido se associa por meio de ligações de hidrogênio e a trimetilamina não o faz.

(6)

8.

O diagrama temperatura (T) versus volume (V) representa hipoteticamente as transformações pelas quais um gás ideal no estado 1 pode atingir o estado 3. Sendo ∆U a variação de energia interna e q a quantidade de calor trocado com a vizinhança, assinale a opção com a afirmação ERRADA em relação às transformações termodinâmicas representadas no diagrama.

T V 1 2 3 A. ( ) ∆U₁₂ = q₁₂ B. ( ) ∆U₁₃ = ∆U₂₃ C. ( ) ∆U₂₃ = q₂₃ D. ( ) ∆U₂₃ > ∆U₁₂ E. ( ) q₂₃ > 0 Alternativa: A

Na transformação 1–2, temos uma expansão isotérmica de gás ideal. Portanto, ∆U₁₂ = 0.

Mas: 2 2 2 2 1 1 1 1 V nRT W PdV dV W nRT n 0, pois V V . V V = −

∫

= −

∫

∴ = − A ≠ ≠

Pela 1ª Lei da Termodinâmica, 2

12 1 V U Q W Q nRT n 0. V ∆ = + ∴ = A ≠ Logo, ∆U₁₂ ≠ Q₁₂

Como U é função de estado, ∆U₁₃= ∆U₁₂+ ∆U U₂₃ ∴ ∆ ₁₃ = ∆U₂₃

Na transformação 2–3, como não há variação de volume, W₂₃= 0. Como ∆U₂₃=Q₂₃+W U₂₃ ∴ ∆ ₂₃ = Q₂₃

Como ∆U₂₃≠0 U∴ ∆ ₂₃ > ∆U₁₂

Finalmente, Q₂₃> pois há absorção de calor para que haja aumento de temperatura. 0,

9.

Considere os átomos hipotéticos neutros V, X, Y e Z no estado gasoso. Quando tais átomos recebem um elétron cada um, as configurações eletrônicas no estado fundamental de seus respectivos ânions são dadas por:

2 6 10 2 6 2 6 2 6 10 2 3 2 3 V (g) :[gás nobre] ns np nd (n 1)s (n 1)p X (g) :[gás nobre] ns np Y (g) :[gás nobre] ns np nd (n 1)s (n 1)p Z (g) :[gás nobre] ns np − − − − + + + +

Nas configurações acima, [gás nobre] representa a configuração eletrônica no diagrama de Linus Pauling para o mesmo gás nobre, e n é o mesmo número quântico principal para todos os ânions. Baseado nessas informações, é CORRETO afirmar que

A. ( ) o átomo neutro V deve ter a maior energia de ionização entre eles. B. ( ) o átomo neutro Y deve ter a maior energia de ionização entre eles.

C. ( ) o átomo neutro V deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X. D. ( ) o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro X. E. ( ) o átomo neutro Z deve ter maior afinidade eletrônica do que o átomo neutro Y.

(7)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 7 Alternativa: E

As configurações eletrônicas dos átomos V, X, Y e Z, quando neutras, são:

2 6 10 2 5 2 5 2 6 10 2 2 2 2 V(g) :[gás nobre] ns np nd (n 1)s (n 1)p (família 17) X(g) :[gás nobre] ns np (família 17)

Y(g) :[gás nobre] ns np nd (n 1)s (n 1)p (família 14) Z(g) :[gás nobre] ns np (família 14)

+ +

Considerando o comportamento da propriedade periódica Raio Atômico na Tabela Periódica temos:

17 14 Z Y X V Raio Atômico Raio Atômico

Em geral, temos que quanto maior o raio atômico, menor a energia de ionização e menor a afinidade eletrônica. Portanto, o átomo neutro Z tem afinidade eletrônica maior do que o átomo neutro Y.

10.

Considere a reação de dissociação do N O (g) representada pela seguinte equação: ₂ ₄

2 4 2

N O (g)U2NO (g)

Assinale a opção com a equação CORRETA que relaciona a fração percentual (α) de N O (g) ₂ ₄ dissociado com a pressão total do sistema (P) e com a constante de equilíbrio em termos de pressão (Kp). A. ( ) p p 4P K Κ α = + B. ( ) p p 4P K+ α = Κ C. ( ) p p 2P K Κ α = + D. ( ) p p 2P K + Κ α = E. ( ) p 2 P Κ α = + Alternativa: A

Equacionando o equilíbrio, temos:

2 4(g) 2(g)

N O _←→α 2NO

Início: P0 0

Reagiu: – αP0 + 2αP0 Equilíbrio: P0 – αP0 2αP0

(8)

8 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO Mas 2 2 4 2 _{2 2} ₂ NO ₀ ₀ p p p N O 0 P _{4 P} _{4 P} K K K P P (1 ) 1 α α = ∴ = ∴ = − α − α (I) e 0 0 0 0 0 P P P P 2 P P P (1 ) P 1 = − α + α ∴ = + α ∴ = + α (II) Substituindo II em I, temos: 2 2 2 2 p p 2 p p 4 P 4 K K P K K 4 P 1 1 1 α _⋅ α = ∴ = ⋅ ∴ − α = α − α + α − α p p 2 p p K K 4P K 4P K ∴ α = ∴ α = + +

11.

Considere a reação química representada pela seguinte equação:

2 2 2 5

4NO (g) O (g)+ →2N O (g)

Num determinado instante de tempo t da reação, verifica-se que o oxigênio está sendo consumido a uma velocidade de 2, 4 10 mol L s .× −2 − −1 1 Nesse tempo t, a velocidade de consumo de NO será de ₂

A. ( ) 6,0 10 mol L s .× −3 − −1 1 B. ( ) 1, 2 10 mol L s .× −2 − −1 1 C. ( ) 2, 4 10 mol L s .× −2 − −1 1 D. ( ) 4,8 10 mol L s .× −2 − −1 1 E. ( ) 9,6 10 mol L s .× −2 − −1 1

Alternativa: E

De acordo com a proporção estequiométrica da reação, a velocidade média de consumo do NO ₂

(

Vm,NO2

)

é o quádruplo da velocidade média de consumo do O2

(

Vm,O2

)

. Assim:

2 2 2 2

2 2 1 1

m,NO m,O m,NO m,NO

V =4V ∴ V = ⋅4 2, 4 10 ⋅ − ∴ V =9,6 10 ⋅ − mol L⋅ − ⋅s−

12.

O acidente nuclear ocorrido em Chernobyl (Ucrânia), em abril de 1986, provocou a emissão radioativa predominantemente de Iodo-131 e Césio-137. Assinale a opção CORRETA que melhor apresenta os respectivos períodos 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 Césio-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.

(9)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 9 Alternativa: B

Cálculo do tempo necessário para que a radioatividade decaia para 1% de seu valor inicial:

kt 0 A A e₌ _⋅ − _. Como t t1/2 1/2 1/2 ln 2 t t t ln 2 1 t 1/2 0 0 0 1 kt ln 2 A A e A A e 100 2 100 − − ⋅ − − = ∴ = ⋅ ∴ = ⋅ ∴ = 1/2 1/2 1/2 t t 20 ln100 ln 2 4,6 0,69 t t t t 3 ∴ − = − ∴ = ⋅ ∴ =

Para o Iodo-131: t 20 8,1 t 54dias 3

= ⋅ ∴ =

Para o Césio-137: t 20 30 t 200anos 3

= ⋅ ∴ =

13.

Assumindo um comportamento ideal dos gases, assinale a opção com a afirmação CORRETA. A. ( ) De acordo com a Lei de Charles, o volume de um gás torna-se maior quanto menor for

a sua temperatura.

B. ( ) Numa mistura de gases contendo somente moléculas de oxigênio e nitrogênio, a velocidade média das moléculas de oxigênio é menor do que as de nitrogênio.

C. ( ) Mantendo-se a pressão constante, ao aquecer um mol de gás nitrogênio sua densidade irá aumentar.

D. ( ) Volumes iguais dos gases metano e dióxido de carbono, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam as mesmas densidades.

E. ( ) Comprimindo-se um gás a temperatura constante, sua densidade deve diminuir. Alternativa: B

A. Incorreta. A Lei de Charles afirma que volume e temperatura de uma dada massa de gás variam linearmente.

B. Correta. Em uma mistura de gases, todos estão em uma mesma temperatura. Então podemos admitir que suas moléculas têm a mesma energia cinética média. Dessa forma, como a massa molar do oxigênio é maior, a velocidade média de suas moléculas será menor.

C. Incorreta. A expressão que permite calcular a densidade de um gás ideal, em dada pressão e temperatura, é: d P M R= ⋅ ⋅ −1⋅T .−1 Então, ao aquecer um mol de nitrogênio, sob pressão constante, sua densidade diminui.

D. Incorreta. Conforme o princípio de Avogadro: “volumes iguais de gases, nas mesmas condições de pressão e temperatura, encerram o mesmo número de moléculas”. Os gases metano e dióxido de carbono não apresentariam as mesmas densidades, uma vez que suas massas molares são diferentes.

E. Incorreta. Usando a mesma expressão da alternativa C, se a pressão aumenta em temperatura constante, a densidade também aumenta.

(10)

14.

Um estudante imergiu a extremidade de um fio de níquel-crômio limpo em uma solução aquosa de ácido clorídrico e, a seguir, colocou esta extremidade em contato com uma amostra de um sal iônico puro. Em seguida, expôs esta extremidade à chama azulada de um bico de Bunsen, observando uma coloração amarela na chama. Assinale a opção que contém o elemento químico responsável pela coloração amarelada observada.

A. ( ) Bário. B. ( ) Cobre.

C. ( ) Lítio. D. ( ) Potássio.

E. ( ) Sódio. Alternativa: E

A questão faz referência ao “teste de chama” para a identificação de alguns elementos químicos. As cores observadas para os elementos citados são:

bário: verde cobre: verde lítio: magenta potássio: lilás sódio: amarelo

15.

Considere os seguintes sais:

I. Al NO

(

_{3 3}

)

II. NaCl III. ZnCl ₂ IV. CaCl ₂

Assinale a opção que apresenta o(s) sal(is) que causa(m) a desestabilização de uma suspensão coloidal estável de sulfeto de arsênio

(

As S_{2 3}

)

em água.

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.

Alternativa: E

A suspensão coloidal de sulfeto de arsênio em água caracteriza um colóide tipo sol negativo, cuja desestabilização se dá por adição de íons de carga oposta. Uma vez que os quatro eletrólitos relacionados são solúveis em água, todos irão desestabilizar a suspensão coloidal.

16.

Uma solução aquosa de um ácido fraco monoprótico é mantida à temperatura de 25 ºC. Na condição de equilíbrio, este ácido está 2,0 % dissociado. Assinale a opção CORRETA que apresenta, respectivamente, os valores numéricos do pH e da concentração molar (expressa

emmol L−1) do íon hidroxila nesta solução aquosa. Dados: pKa 25 C

(

°

)

=4,0 ; log 5 0,7.=

A. ( ) 0,7 e 5,0 10× −14 B. ( ) 1,0 e 1,0 10× −13 C. ( ) 1,7 e 5,0 10× −13 D. ( ) 2,3 e 2,0 10× −12 E. ( ) 4,0 e 1,0 10× −10

(11)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 11 Alternativa: D Pelo enunciado: HA H O2 → ← H+ + A− Início: M 0 0 Reagiu: −α ⋅ M +α ⋅ M +α ⋅ M Equilíbrio: M− α ⋅M α ⋅ M α ⋅ M Temos:

[ ]

2 a a H A K K HA (1 ) + −   ⋅  _{α ⋅}     = ∴ = − α M

Sabemos que: pK_a = −log K 4_a ∴ = −log K K_a ∴ _a =10−4

Mas, como HA é ácido fraco: K_a = α ⋅2 M =(2 10 )⋅ −2 2⋅M

Assim: 10 4 (2 10 )2 2 10 4₄ 0, 25 mol/L 4 10 − − − − = ⋅ ⋅ ∴ = = ⋅ M M Então: 2 3 H+ H+ 2 10− 0, 25 H+ 5 10 mol/L−  = α ⋅ ∴  = ⋅ ⋅ ∴  = ⋅   M     3 3

pH= −log H_ +_ pH∴ = −log 5 10⋅ − = −(log 5 log10 ) pH+ − ∴ = 2,3

14 3 12

w

K =_H+_{ } ⋅ OH−_ 10∴ − = ⋅5 10− ⋅_OH−_ OH∴ _ −_= ⋅2 10− mol/L

17.

Foi observada a reação entre um composto X e uma solução aquosa de permanganato de potássio, a quente, ocorrendo o aumento do pH da solução e a formação de um composto Y sólido. Após a separação do composto Y e a neutralização da solução resultante, verificou-se a formação de um composto Z pouco solúvel em água. Assinale a opção que melhor representa o grupo funcional do composto orgânico X.

A. ( ) álcool B. ( ) amida

C. ( ) amina D. ( ) éster

E. ( ) éter Alternativa: A

Reações de oxidação empregando permanganato de potássio

(

KMnO₄

)

em água formam (além do produto oxidado) hidróxido de potássio (KOH) e bióxido de manganês

(

MnO .₂

)

KOH é o responsável pelo aumento de pH e MnO é o composto sólido Y. ₂

4 2 2

2 KMnO +H O→2 MnO +2 KOH 3 [O]+

Sendo o composto X um álcool primário de cadeia média (5 a 10 carbonos), sua oxidação por

4(aq)

KMnO formará um sal de ácido carboxílico solúvel em água.

R CH2 OH [O] R C

O O

álcool primário sal de ácido

carboxílico

A posterior neutralização da solução resultante levará à formação do ácido carboxílico (composto Z) pouco solúvel, devido ao tamanho da cadeia carbônica.

(12)

18.

Nos gráficos abaixo, cada eixo representa uma propriedade termodinâmica de um gás que se comporta idealmente.

III II

I

Com relação a estes gráficos, é CORRETO afirmar que A. ( ) I pode representar a curva de pressão versus volume.

B. ( ) II pode representar a curva de pressão versus inverso do volume. C. ( ) II pode representar a curva de capacidade calorífica 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 pressão pelo volume. Alternativas: A B C

Justificando cada uma das alternativas, temos:

a) Correta. Por Clapeyron, PV nRT.= Se considerarmos T kV ,= 2 então

2

PV knRV P knRV,= ∴ = com knR constante. Logo, a pressão pode variar linearmente, de forma crescente, em função do volume.

b) Correta. Sabemos que P nR T 1. V

= ⋅ ⋅ Como nR é constante e não há menção sobre a variação T, então II pode ser a curva que representa a pressão versus o inverso do volume.

c) Correta. Para gases, o aumento da temperatura aumenta significativamente a rotação e a vibração de gases não monoatômicos, o que provoca incremento da capacidade calorífica.

d) Errada. A energia interna é dada por U knRT.= Portanto, U varia linearmente, de forma crescente, em função de T.

e) Errada. Sabemos que:

(

)

H U PV H knRT PV kPV PV= + ∴ = + = + = k 1 PV H k 'PV+ ∴ = Com isso, H varia linearmente, de forma crescente, em função do produto PV.

19.

A 20 °C, a pressão de vapor da água em equilíbrio com uma solução aquosa de açúcar é igual a 16,34 mmHg. Sabendo que a 20 °C a pressão de vapor da água pura é igual a 17,54 mmHg, assinale a opção com a concentração CORRETA da solução aquosa de açúcar.

A. ( ) 7% (m/m) B. ( ) 93% (m/m) C. ( ) 0,93 mol L–1

D. ( ) A fração molar do açúcar é igual a 0,07 E. ( ) A fração molar do açúcar é igual a 0,93

(13)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 13 Alternativa: D

Pela Lei de Raoult, temos:

1 1 1

P 17,54 16,34

X X X 0,07

Po 17,54

∆ ₌ _∴ − ₌ _∴ ₌

20.

Um elemento galvânico é constituído pelos eletrodos abaixo especificados, ligados por uma ponte salina e conectados a um voltímetro de alta impedância.

Eletrodo I: fio de platina em contato com 500 mL de solução aquosa 0,010 mol L –1 de hidróxido de potássio;

Eletrodo II: fio de platina em contato com 180 mL de solução aquosa 0,225 mol L–1 de ácido perclórico adicionado a 320 mL de solução aquosa 0,125 mol L–1 de hidróxido de sódio.

Admite-se que a temperatura desse sistema eletroquímico é mantida constante e igual a 25 °C e que a pressão parcial do oxigênio gasoso

( )

2

O

P dissolvido é igual a 1 atm. Assinale a opção CORRETA com o valor calculado na escala do eletrodo padrão de hidrogênio (EPH) da força eletromotriz, em volt, desse elemento galvânico. Dados: Eo_{O / H O}₂ ₂ =1, 23V EPH

(

)

;

(

)

2 o O / OH E − =0, 40 V EPH A. ( ) 1,17 B. ( ) 0,89 C. ( ) 0,75 D. ( ) 0,53 E. ( ) 0,46 Alternativas: D

Cálculo dos potenciais de redução na escala do EPH: Eletrodo I: 1O₂ H O 2e₂ 2OH 2 − − + + →

( )

2

( )

2 2 ₂ o I I 1 I 2 O 10 OH 0,059 0,059 E E log E 0, 40 log n _P 2 1 − −     = − ∴ = − I E =0,518V Eletrodo II: 1O₂ 2H 2e H O₂ 2 + − + + →

( )

2 0 II II ₂ 1 2 O 0,059 1 E E log n _H+ _P = −    

Cálculo de _H+_{ para o eletrodo II:}

2 H H H 2 OH OH OH n V 0, 225 0,18 n 4,05 10 mol n V 0,125 0,32 n 4 10 mol + + + − − − − − = = ⋅ ∴ = ⋅ = = ⋅ ∴ = ⋅ M M Portanto,

( )

4 H sobra 3 n _{5 10} H 10 mol / L V 0,5 + − + ⋅ −   = = =  

(14)

14 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO Logo,

( )

II ₃ 2 1 2 0,059 1 E 1, 23 log 2 ₁₀− ₁ = − ∴ ⋅ EII=1,053V Portanto, o eletrodo II é o cátodo e o eletrodo I é o ânodo. Com isso, ∆ =E E_II−E E 0,53V_I ∴ ∆ =

21.

Escreva a equação química balanceada da combustão completa do iso-octano com o ar atmosférico. Considere que o ar é seco e composto por 21% de oxigênio gasoso e 79% de nitrogênio gasoso.

Resolução:

A equação de reação de combustão completa do iso-octano é dada por:

8 18 2 2 2

25

C H O 8CO 9H O

2

+ → +

Mas o que se pede é a reação com o ar. Portanto:

2 ar 25 mol O : 21% ar 2 n : 100% ar ∴ n_ar =59,5 mol Como n_ar =n_N₂ +n 59,5 n_O₂ ∴ = _N₂ +12,5 n∴ _N₂ =47 mol Logo: 8 18 2 2 2 C H +59,5ar→8CO +9H O 47N+

22.

São fornecidas as seguintes informações relativas aos cinco compostos amínicos: A, B, C, D e E. Os compostos A e B são muito solúveis em água, enquanto que os compostos C, D e E são pouco solúveis. Os valores das constantes de basicidade dos compostos A, B, C, D e E são, respectivamente, 1,0 10 ; 4,5 10 ; 2,6 10× −3 × −4 × −10; 3,0 10× −12 e 6,0 10 .× −15

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

Justifique a sua resposta. Resolução:

Das aminas apresentadas, apenas a metilamina e a dietilamina são muito solúveis em água, pois os grupos orgânicos presos ao nitrogênio, em ambos os casos, são pequenos. Já as aminas aromáticas apresentadas (2-nitroanilina, 2-metilanilina e 2-bromoanilina) são pouco solúveis em água, pois os grupos orgânicos presos ao nitrogênio são grandes. Sabe-se também que aminas arílicas (aromáticas) são bases muito mais fracas do que aminas alquílicas. Dessa forma, podemos concluir que os compostos A e B são, ambos, aminas alquílicas (metilamina e dietilamina) e os compostos C, D e E são aminas arílicas (2-nitroanilina, 2-metilanilina e 2-bromoanilina).

Comparando as aminas alquílicas, atribuímos o Kb de 1,0 10× −3 para a dietilamina e o Kb de

4

4,5 10× − para a metilamina, pois aminas alquílicas secundárias são mais fortes que aminas alquílicas primárias.

(15)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 15 A 2-metilanilina será a base mais forte, pois possui efeito indutivo positivo, disponibilizando mais elétrons para o nitrogênio (K_b =2,6 10× −10).

A 2-nitroanilina será a base mais fraca, pois o grupo nitro é fortemente retirador de elétrons

(K_b =6,0 10× −15). Portanto: A – dietilamina B – metilamina C – 2-metilanilina D – 2-bromoanilina E – 2-nitroanilina

23.

A 25 ºC, realizam-se estes dois experimentos (Exp I e Exp II) de titulação ácido-base medindo-se o pH da solução aquosa em função do volume da base adicionada:

Exp I: Titulação de 50 mL de ácido clorídrico 0,10 mol L–1 com hidróxido de sódio 0,10 mol L–1. Exp II: Titulação de 50 mL de ácido acético 0,10 mol L–1 com hidróxido de sódio 0,10 mol L–1. a) Esboce em um mesmo gráfico (pH versus volume de hidróxido de sódio) a curva que

representa a titulação do Exp I e a curva que representa a titulação do Exp II. Deixe claro no gráfico os valores aproximados do pH nos pontos de equivalência.

b) O volume da base correspondente ao ponto de equivalência de uma titulação ácido-base pode ser determinado experimentalmente observando-se o ponto de viragem de um indicador. Em laboratório, dispõem-se das soluções aquosas do ácido e da base devidamente preparados nas concentrações propostas, de indicador, de água destilada e dos seguintes instrumentos: balão volumétrico, bico de Bunsen, bureta, cronômetro, dessecador, erlenmeyer, funil, kitassato, pipeta volumétrica, termômetro e tubo de ensaio. Desses instrumentos, cite os três mais adequados para a realização desse experimento.

Resolução: a)

pH 1>

pH 1=

50 Volume NaOH (mL)

Ponto de equivalência (II) pH 7>

Ponto de equivalência (I) pH 7=

curva II

curva I pH

(16)

16 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO Em (I), temos uma titulação de ácido forte com base forte, o que justifica pH 7.= Não ocorre hidrólise do sal.

Em (II), temos uma titulação de ácido fraco com base forte, o que justifica pH 7,> por haver hidrólise do sal.

b) Dentre os instrumentos citados, os mais usados em uma titulação ácido-base são: • Pipeta volumétrica

• Bureta graduada • Erlenmeyer

24.

Um elemento galvânico é constituído por uma placa de ferro e por uma placa de estanho, de mesmas dimensões, imersas em uma solução aquosa 0,10 mol L–1 de ácido cítrico. Considere que esta solução: contém íons ferrosos e estanosos; é ajustada para pH = 2; é isenta de oxigênio; e é mantida nas condições ambientes. Sabendo-se que o ânion citrato reage quimicamente com o cátion Sn2+(aq), diminuindo o valor do potencial de eletrodo do estanho, determine o valor numérico da relação entre as concentrações dos cátions

(

)

2 2 2 2

Sn (aq) e Fe (aq), [Sn ] [Fe ] ,+ + + + a partir do qual o estanho passa a se comportar como o anodo do par galvânico.

Dados: Potenciais de eletrodo em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio nas condições-padrão:

2 2 o o Sn / Sn Fe / Fe E + = −0, 44V; E + = −0,14V Resolução:

Nas condições-padrão, é natural que o ferro seja o ânodo e o estanho, o cátodo. Para que o estanho se comporte como ânodo, a equação global do processo deve ser:

2 2 0 Sn Fe+ + →Sn ++Fe , com E 0∆ > Mas 2 2 o 2 2 Sn Sn 0,059 0,059 E E log 0,30 log 0 n Fe 2 Fe + + + +         ∆ = ∆ − ∴ − − >         2 2 2 10,17 2 2 2 Sn Sn Sn 0,059 log 0,30 log 10,17 10 2 Fe Fe Fe + + + − + + +             ∴ < − ∴ < − ∴ <            

Portanto, para valores de

2 2 Sn Fe + +         menores do que 10,17

10− _{, o estanho passa a se comportar como}

ânodo.

Observação: o meio é isento de O para evitar oxidação de ₂ _Fe2+_a_Fe3+_.

(17)

25.

a) Considerando que a pressão osmótica da sacarose (C H O ) a 25 ºC é igual a 15 atm, ₁₂ _{22 11} calcule a massa de sacarose necessária para preparar 1,0 L de sua solução aquosa a temperatura ambiente.

b) Calcule a temperatura do ponto de congelamento de uma solução contendo 5,0 g de glicose

6 12 6

(C H O ) em 25 g de água. Sabe-se que a constante do ponto de congelamento da água é igual a 1,86 º C kg mol .−1

c) Determine a fração molar de hidróxido de sódio em uma solução aquosa contendo 50% em massa desta espécie.

Resolução: a) 1 1 m RT RT M V π = ∴ π= ⋅ ⋅ M 2 1 1 m 15 8, 21 10 298 m 209,68g 342 1 − = ⋅ ⋅ ⋅ ∴ = ⋅ b) 1 C C 0 C 1 2 m t K W t t K M m (kg) ∆ = ⋅ ∴ − = ⋅ ⋅

(

)

5,0 0 t 1,86 t 2,07 ºC 180 0,025 ∴ − = ⋅ ∴ = − ⋅

c) Considerando que a massa total da solução seja “x”, em gramas:

(

)

NaOH 0,5 x n 0,0125 x 40 ⋅ = = ⋅

(

)

2 H O 0,5 x n 0,0278 x 18 ⋅ = = ⋅

(

NaOH ₂

)

(

)

NaOH NaOH NaOH H O n 0,0125 x X X 0,31 0,0125 0,0278 x n n ⋅ = = ∴ = + ⋅ +

(18)

26.

São dadas as seguintes informações:

I.

O polietileno é estável até aproximadamente 340 °C. Acima de 350 °C ele entra em combustão.

II.

Para reduzir ou retardar a propagação de chama em casos de incêndio, são adicionados retardantes de chama à formulação dos polímeros.

III.

O A OHA

( )

₃ pode ser usado como retardante de chama. A aproximadamente 220 °C, ele se decompõe, segundo a reação2A OH (s)A

( )

₃ →A O (s) 3H O(g),A_{2 3} + ₂ cuja variação de entalpia

( )

∆H envolvida é igual a 1170 J g−1.

IV.

Os três requisitos de combustão de um polímero são: calor de combustão, combustível e oxigênio. Os retardantes de chama interferem no fornecimento de um ou mais desses requisitos.

SeA OHA

( )

₃ for adicionado a polietileno, cite um dos requisitos de combustão que será influenciado por cada um dos parâmetros abaixo quando a temperatura próxima ao polietileno atingir 350 °C. Justifique resumidamente sua resposta.

a) Formação de A O (s)A_{2 3} b) Formação de H O(g) ₂

c) ∆Η de decomposição doA OHA

( )

₃ Resolução:

Considerando que a temperatura próxima ao polietileno irá atingir 350 °C pela aproximação de uma fonte de calor externa e não pelo aquecimento da amostra de polietileno, teremos:

a) diminuição da velocidade da combustão do polietileno, uma vez que a formação de A OA₂ _3(s) contamina e, conseqüentemente, diminui a concentração do combustível.

b) diminuição da velocidade da combustão do polietileno, pois o vapor de água formado, ao se expandir, provoca redução da concentração do oxigênio (comburente) em contato com o polímero.

c) retardamento do processo de combustão, já que a decomposição do A OHA

( )

₃tem H∆ positivo, isto é, absorve calor das vizinhanças.

(19)

27.

Sabendo que a constante de dissociação do hidróxido de amônio e a do ácido cianídrico em água são, respectivamente, K_b =1,76 10× −5

(

pK_b =4,75

)

e K_a =6, 20 10× −10

(

pK_a =9, 21 ,

)

determine a constante de hidrólise e o valor do pH de uma solução aquosa 0,1 mol L−1 de cianeto de amônio.

Resolução:

A hidrólise do cianeto de amônio é dada pela equação: 4 2 4 NH + CN H O + − + _←→α HCN NH OH+ Início: 0,1 0,1 0 0 Reagiu: –0,1α –0,1α +0,1α +0,1α Equilíbrio: 0,1(1– α) 0,1(1– α) 0,1α 0,1α A constante de hidrólise é dada por:

14 w h h ₁₀ ₅ h a b K 10 K K K 0,92 K K 6, 2 10 1,76 10 − − − = ∴ = ∴ = ⋅ ⋅ ⋅

Para cálculo do pH, temos:

2 1 w a 2 2 h w w 4 2 4 3 h b w a 4 2 4 1 2 3 b H O H OH K K K 1 HCN OH CN H O K K K K NH H O NH OH H K K K K K NH HCN H O 2H CN NH OH K K K K K + − − − + + + + − + = + + = = + + = = + + + + = = R R R R

Como [NH ] [CN ]₄+ = − e [HCN] [NH OH],= ₄ temos:

14 10 2 w a 10 5 b K K 10 6, 2 10 [H ] [H ] [H ] 5,94 10 mol/L K 1,76 10 − − + + + − − ⋅ ⋅ ⋅ = ∴ = ∴ = ⋅ ⋅ pH= −log[H ] pH 9, 23+ ∴ =

28.

Considere duas reações químicas (I e II) envolvendo um reagente X. A primeira (I) é de primeira ordem em relação a X e tem tempo de meia-vida igual a 50 s. A segunda (II) é de segunda ordem em relação a X e tem tempo de meia-vida igual à metade da primeira reação. Considere que a concentração inicial de X nas duas reações é igual a 1,00 mol L .−1 Em um gráfico de concentração de X (mol L−1) versus tempo (de 0 até 200 s), em escala, trace as curvas de consumo de X para as duas reações. Indique com I a curva que representa a reação de primeira ordem e, com II, a que representa a reação de segunda ordem.

(20)

20 SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO Resolução:

Para reações de 1ª ordem, o período de meia-vida é constante e, segundo os dados, vale 50 s.

Para reações de 2ª ordem, o período de meia-vida

(

n 1+

)

é o dobro do período de meia-vida (n), sendo n o número de vezes em que a concentração da amostra de X foi reduzida pela metade desde o instante inicial. Com isso:

1ª ordem:

[ ]

0

[ ]

0

[ ]

0

[ ]

0 0 X X X X 50s 50s 50s 50s X 2 4 8 16 → → → → 2ª ordem:

[ ]

0

[ ]

0

[ ]

0 0 X X X 25s 50s 100s X 2 4 8 → → →

Mas o problema quer o valor de

[ ]

X ₂₀₀. Portanto, para a reação de 2ª ordem:

[ ] [ ]

0

[ ]

0

[ ]

0

[ ]

0 1 1 2 1 1 kt k25 k L/mol X = X + ∴ X = X + ∴ = 25 X

[ ] [ ]

0

[ ]

200

[ ]

0

[ ]

0 1 1 1 1 1 kt 200 X = X + ∴ X = X +25 X ⋅

[ ]

0 200 X X 9 = Logo: 1 1 2 1 16 25 50 75 100 150 175 200 t(s) [x] (mol/L) I II 1 4 1 8 1 9

(21)

29.

Um tanque de estocagem de produtos químicos foi revestido internamente com níquel puro para resistir ao efeito corrosivo de uma solução aquosa ácida contida em seu interior. Para manter o líquido aquecido, foi acoplado junto ao tanque um conjunto de resistores elétricos alimentados por um gerador de corrente contínua. Entretanto, uma falha no isolamento elétrico do circuito dos resistores promoveu a eletrificação do tanque, ocasionando um fluxo de corrente residual de intensidade suficiente para desencadear o processo de corrosão eletrolítica do revestimento metálico.

Admitindo-se que a superfície do tanque é constituída por uma monocamada de níquel com densidade atômica igual a 1,61 10× 19 átomos m−2 e que a área superficial do tanque exposta à solução ácida é de 5,0 m , calcule: 2

a) a massa, expressa em gramas, de átomos de níquel que constituem a monocamada atômica do revestimento metálico.

b) o tempo necessário, expresso em segundos, para que a massa de níquel da monocamada atômica seja consumida no processo de dissolução anódica pela passagem da densidade de corrente de corrosão de 7,0 A µ cm .−2

Resolução:

a) número de átomos Ni 1,61 10= ⋅ 19⋅5,0 8,05 10 átomos= ⋅ 19 A massa de Ni é calculada por:

19 3 Ni 23 Ni 58,69 m 8,05 10 m 7,85 10 g 6,02 10 − = ⋅ ⋅ ∴ = ⋅ ⋅

b) Sendo o níquel bivalente, cada mol de níquel está associado a 2 mols de elétrons (2 Faraday):

1 4 1 3 58,69 g mol : 2 9,65 10 A s mol 7,85 10 g : x − − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ x 25,8 A s= ⋅

A carga x, necessária no processo de dissolução anódica descrito, está distribuída em uma área de 5,0 m . Então, a densidade de carga pode ser calculada por: 2

1 4 2 4 2,58 10 5,16 10 A s cm 5,0 10 − − ⋅ ₌ _⋅ _{⋅ ⋅} ⋅ Finalmente: 4 carg a 6 corrente d _{5,16 10} t t 74 s d 7,0 10 − − ⋅ = = ∴ = ⋅

(22)

30.

É descrita uma seqüência de várias etapas experimentais com suas respectivas observações: I. Dissolução completa de um fio de cobre em água de bromo em excesso com formação de

uma solução azulada A.

II. Evaporação completa da solução A e formação de um sólido marrom B.

III. Aquecimento do sólido B a 500 ºC, com formação de um sólido branco de CuBr e um gás marrom C.

IV. Dissolução de CuBr em uma solução aquosa concentrada de ácido nítrico, formando uma nova solução azulada D e liberação de dois gases: C e E.

V. Evaporação da solução azulada D com formação de um sólido preto F e liberação de dois gases: E e G.

VI. Reação a quente do sólido F com hidrogênio gasoso e na ausência de ar, formando um sólido avermelhado H e liberando água.

Baseando-se nesta descrição, apresente as fórmulas moleculares das substâncias B, C, E, F, G e H. Resolução:

As fórmulas serão apresentadas com as respectivas equações:

I. O fio de cobre em água de bromo produzirá brometo de cobre (II), sendo os íons cobre (II) os responsáveis pela coloração azulada:

(s) 2(aq) 2(aq)

Cu Br CuBr

Solução A

+ →

Observação:

O que se chama “água de bromo” é uma solução em que existe o equilíbrio:

2(aq) 2 ( ) (aq) (aq)

Br +H O_A UHBr +HBrO

O cobre metálico não reage com ácidos do equilíbrio anterior a frio, daí a equação do item I. II. CuBr_2(aq) →CuBr_2(s)

Sólido Marrom B III. 2CuBr_2(s)→∆ 2CuBr_(s)+Br_2(g)

Sólido Gás Marrom C Branco

IV. Ao ser dissolvido em solução concentrada de ácido nítrico, o brometo de cobre (I) será transformado em nitrato de cobre (II), daí novamente aparecerá a cor azul na solução:

(

)

(s) 3(aq) 3 _2(aq) 2(g) 2(g) 2 ( )

2CuBr 8HNO 2Cu NO Br 4NO 4H O

Solução Gás Gás

Castanho E Marrom C

Azulada D

+ → + + + _A

V. Ao evaporar a solução D, haverá decomposição do nitrato de cobre (II):

(

3

)

_2(aq) (s) 2(g) 2(g)

2Cu NO 2CuO 4NO O

G E Gás Gás Sólido Preto F → + + VI. CuO H_(s) _2(g) Cu H O_(s) ₂ _(v) Sólido Avermelhado H + → +

(23)

SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO 23 Comentário:

A banca examinadora do ITA apresentou uma prova de Química bem superior à prova do ano passado. Com questões bem elaboradas, abrangendo quase todo o conteúdo programático, o aluno pôde ser adequadamente avaliado.

Lamentamos apenas a imprecisão no enunciado da questão 18, o que não tirou o brilho da prova.

(24)