Transcript
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
CONSTANTES Constante de Avogadro
= 6,02 × 1023 mol −1
Constante de Faraday (F) = 9,65 × 104 C 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 = 1,98 cal K −1 mol−1 DEFINIÇÕES Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0 ºC e 760 mmHg. Condições ambientes: 25 ºC e 1 atm. Condições-padrão: 25 ºC, 1 bar, concentração das soluções: 1 mol L–1 (rigorosamente: atividade unitária das espécies). (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 H He Li Be C N O F Na Mg Si P S CA
Número Atômico 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 14 15 16 17
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Massa Molar (g mol–1) 1,01 4,00 6,94 9,01 12,01 14,01 16,00 19,00 22,99 24,31 28,09 30,97 32,07 35,45
Elemento Químico K Ca Fe Ni Cu Zn Br Kr Ag Sn I Ba Hg Pb
Química
Número Atômico 19 20 26 28 29 30 35 36 47 50 53 56 80 82
Massa Molar (g mol–1) 39,10 40,08 55,85 58,69 63,55 65,41 79,91 83,80 107,87 118,71 126,90 137,33 200,59 207,21
1
Resolução
2007
ITA QUÍMICA
POLIEDRO
1. Amostras de massas iguais de duas substâncias, I e II, foram submetidas independentemente a um processo de aquecimento em atmosfera inerte e a pressão constante. O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura em função do calor trocado entre cada uma das amostras e a vizinhança. Dados: ∆Hf e ∆Hv representam as variações de entalpia de fusão e de vaporização, respectivamente, e cp é o calor específico.
A. ( B. ( C. ( D. ( E. (
) ∆Hf (I) < ∆Hf (II) ) ∆Hv (I) < ∆Hv (II) ) cp,I(s) < cp,II(s) ) cp,II(g) < cp,I(g) ) cp,II(l) < cp,I(l)
Temperatura
Assinale a opção ERRADA em relação à comparação das grandezas termodinâmicas. I II
Calor trocado
Alternativa: B A alternativa A está correta. O calor trocado na fusão de I é menor do que em II. Como o calor é trocado a pressão constante, trata-se do ∆H f . Portanto, ∆H f (I) < ∆H f (II) . A alternativa B está incorreta. O calor trocado na vaporização de I é maior do que em II. Com isso, ∆H v (II) < ∆H v (I) . A alternativa C está correta. O maior aumento de temperatura para uma mesma quantidade de calor trocado indica menor cp. Portanto, cp,I(s) < cp,II(s). A alternativa D está correta. Pela mesma razão do item C, cp,II( g ) < c p,I( g ) . A alternativa E está correta. Pela mesma razão do item C, cp,II( l ) < c p,I( l ) .
2. Um recipiente aberto contendo inicialmente 30 g de um líquido puro a 278 K, mantido à pressão constante de 1 atm, é colocado sobre uma balança. A seguir, é imersa no líquido uma resistência elétrica de 3 Ω conectada, por meio de uma chave S, a uma fonte que fornece uma corrente elétrica constante de 2 A. No instante em que a chave S é fechada, dispara-se um cronômetro. Após 100 s, a temperatura do líquido mantém-se constante a 330 K e verifica-se que a massa do líquido começa a diminuir a uma velocidade constante de 0,015 g/s. Considere a massa molar do líquido igual a M. Assinale a opção que apresenta a variação de entalpia de vaporização (em J/mol) do líquido. A. ( ) 500 M C. ( ) 700 M E. ( ) 900 M
B. ( ) 600 M D. ( ) 800 M
Alternativa: D
A potência da fonte é dada por P = Ri2. Portanto, P = 3 ⋅ (2)2 = 12 J/s. 2
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
ITA POLIEDRO
QUÍMICA
Resolução
2007
Como a velocidade de vaporização é de 0,015 g/s, podemos reescrevê-la em mol/s com valor 0, 015 . numérico M 0, 015 mol Logo, em 1 s, temos: 12 J : M ∆H v : 1 mol Operando, ∆H = 800 M J/mol .
3. Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que apresenta o valor do trabalho em módulo (em kJ) realizado no processo de vaporização após 180 s de aquecimento na temperatura de 330 K.
A. ( ) 4,4 / M C. ( ) 6,4 / M E. ( ) 8,4 / M
B. ( ) 5,4 / M D. ( ) 7,4 / M
Alternativa: D 0, 015 mol 2, 7 ⋅ ⋅180 s = mol. M s M 2, 7 7, 4 kJ O módulo do trabalho é dado por W = n (g) RT ⇒ W = ⋅ 8,31 ⋅10−3 ⋅ 330 ⇒ W = M M
A quantidade, em mols, de líquido vaporizado é dada por
4. Dois béqueres, X e Y, contêm, respectivamente, volumes iguais de soluções aquosas: concentrada e diluída de cloreto de sódio na mesma temperatura. Dois recipientes hermeticamente fechados, mantidos à mesma temperatura constante, são interconectados por uma válvula, inicialmente fechada, cada qual contendo um dos béqueres. Aberta a válvula, após o restabelecimento do equilíbrio químico, verifica-se que a pressão de vapor nos dois recipientes é Pf. Assinale a opção que indica, respectivamente, as comparações CORRETAS entre os volumes inicial (VXi) e final (VXf), da solução no béquer X e entre as pressões de vapor inicial (PYi) e final (Pf) no recipiente que contém o béquer Y. A. ( ) VXi < VXf e PYi = Pf C. ( ) VXi < VXf e PYi < Pf E. ( ) VXi > VXf e PYi < Pf
B. ( ) VXi < VXf e PYi > Pf D. ( ) VXi > VXf e PYi > Pf
Alternativa: B
Nessa situação, o solvente passa do meio menos concentrado (Y) para o meio mais concentrado (X), até que as concentrações de ambos se igualem – entrando o sistema em equilíbrio. Portanto: VXi < VX f e MX i > MX,Yequilíbrio > MYi Como a pressão de vapor no equilíbrio é tanto menor quanto maior for a molaridade da solução, então PYi > Pf.
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
3
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
5. Utilizando o enunciado da questão anterior, assinale a opção que indica a curva no gráfico abaixo que melhor representa a quantidade de massa de água transferida (Qágua) ao longo do tempo (t) de um recipiente para o outro desde o instante em que a válvula é aberta até o restabelecimento do equilíbrio químico. I IV Qágua
II
V
III
t
A. ( ) I C. ( ) III E. ( ) V
B. ( ) II D. ( ) IV
Alternativa: D
A massa de H2O transferida de um recipiente para outro é crescente com o tempo. No início, as moléculas de vapor no recipiente que contém Y demoram um tempo para atravessar a válvula e chegar a X. Uma vez passada essa etapa, a transferência de água gasosa se dá numa velocidade que é proporcional à diferença de concentrações, que, por sua vez, vai diminuindo até se anular no equilíbrio. A partir desse momento, a massa de H2O(v) transferida permanece constante. Logo a curva que melhor representa a situação é a IV.
6. Considere duas placas X e Y de mesma área e espessura. A placa X é constituída de ferro com uma das faces recoberta de zinco. A placa Y é constituída de ferro com uma das faces recoberta de cobre. As duas placas são mergulhadas em béqueres, ambos contendo água destilada aerada. Depois de um certo período, observa-se que as placas passaram por um processo de corrosão, mas não se verifica a corrosão total de nenhuma das faces dos metais. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações a respeito dos íons formados em cada um dos béqueres: I. II. III. IV. V.
Serão formados íons Zn2+ no béquer contendo a placa X. Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa X. Serão formados íons Fe2+ no béquer contendo a placa Y. Serão formados íons Fe3+ no béquer contendo a placa Y. Serão formados íons Cu2+ no béquer contendo a placa Y.
Então, das afirmações acima, estão CORRETAS A. ( ) apenas I, II e IV. C. ( ) apenas II, III e IV. E. ( ) apenas IV e V.
4
B. ( ) apenas I, III e IV. D. ( ) apenas II, III e V.
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Alternativa: B
Podemos representar o que foi dito no texto da seguinte maneira: Fe
Fe
Zn
Cu
Frasco (II) Y
Frasco (I) X
De acordo com a fila de reatividade dos metais, sabemos que:
E 0Re d O 2 / H 2 O > E 0Re d Cu 2 + / Cu 0 > E 0Re d Fe 2+ / Fe0 > E 0Re d Zn 2+ / Zn 0 E, no frasco (II), temos:
Então, no frasco (I), temos: Fe0 Zn 0
→
Fe2+
→
+
Zn 2+ +
Cu 0
2e− 2e −
Fe0 (recuperado)
corrosão
Fe0
→ →
Cu 2+ Fe 2+
2e −
+ +
2e−
Cu0 (recuperado)
corrosão
E, ainda, temos: Fe2+ → Fe3+ + e− Então, temos em X : Zn 2+ , Y : Fe 2+ e Fe3+
7. Embrulhar frutas verdes em papel jornal favorece o seu processo de amadurecimento devido ao acúmulo de um composto gasoso produzido pelas frutas. Assinale a opção que indica o composto responsável por esse fenômeno. A. ( ) Eteno. C. ( ) Dióxido de carbono. E. ( ) Amônia.
B. ( ) Metano. D. ( ) Monóxido de carbono.
Alternativa: A
O eteno (etileno) atua como hormônio vegetal; outros hidrocarbonetos, como o propeno e os butenos, têm a mesma atuação. O acetileno (etino), por exemplo, é o mais utilizado nos processos de maturação artificial de frutos.
8. Assinale a opção que apresenta um sal que, quando dissolvido em água, produz uma solução aquosa ácida. A. ( ) Na2CO3 C. ( ) CH3NH3CA E. ( ) NaF
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
B. ( ) CH3COONa D. ( ) Mg(CAO4)2
Química
5
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Alternativa: C
Um sal de base fraca e ácido forte, ao sofrer hidrólise, produz solução ácida: + + ZZX CH 3 NH 2(g) + H3O(aq) CH3 NH3(aq) + H 2 O( A) YZZ
Observação: O íon Mg2+ também poderia, por precipitação de Mg(OH)2(s), produzir solução ácida. Acreditamos que o aposto “quando dissolvido em água” despreza essa possibilidade.
9. Duas células (I e II) são montadas como mostrado na figura. A célula I consiste de uma placa
A(c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol L–1 em AX, que está interconectada por uma ponte salina a uma solução 1 mol L–1 em BX, na qual foi mergulhada a placa B(c). A célula II consiste de uma placa B(c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol L–1 em BX, que está interconectada por uma ponte salina à solução 1 mol L–1 em CX, na qual foi mergulhada a placa C(c). Considere que durante certo período as duas células são interconectadas por fios metálicos, de resistência elétrica desprezível. Assinale a opção que apresenta a afirmação ERRADA a respeito de fenômenos que ocorrerão no sistema descrito.
Dados eventualmente necessários: EºA + (aq)/A(c) = 0,400 V; EºB + (aq)/B(c) = – 0,700 V e EºC + (aq)/C(c) = 0,800 V. Ponte salina A
B
AX(1 mol/L)
BX(1 mol/L)
Ponte salina B
BX(1 mol/L)
CÉLULA I
A. ( B. ( C. ( D. ( E. (
C
CX(1 mol/L)
CÉLULA II
) A massa da placa C aumentará. ) A polaridade da semicélula B/B+(aq) da célula II será negativa. ) A massa da placa A diminuirá. ) A concentração de B+(aq) na célula I diminuirá. ) A semicélula A/A+(aq) será o cátodo.
Alternativa: E
A ordem decrescente dos potenciais de redução é, conforme os dados: (C+(aq)/C(c)) > (A+(aq)/A(c)) > (B+(aq)/B(c)). Essa ordem nos permite concluir que, na ligação entre as placas A(c) e C(c), o fluxo de elétrons irá no sentido da placa C(s). Dessa forma, a semicélula A(c)/A+(aq) atuará como ânodo. A placa B(c), na célula I, será o cátodo e, conseqüentemente, a concentração de B+(aq) nessa célula diminuirá. Na célula II, teremos C(c) como cátodo, daí haver depósito de massa sobre ela e B(c) como ânodo, ou seja, pólo negativo. Esquematicamente:
6
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO e−
Pólo
e−
Ponte salina A
e−
e−
B A+
AX(1 mol/L)
e−
e−
Pólo
e−
Pólo
Ponte salina
B
C B+
B+ BX(1 mol/L)
BX(1 mol/L)
CÉLULA I
e−
Pólo
C+ CX(1 mol/L)
CÉLULA II
10. Realizaram-se testes de solubilidade de pequenas porções de compostos orgânicos constituídos de cinco átomos de carbono, denominados de A, B, C, D e E. São fornecidos os seguintes resultados dos testes de solubilidade em vários solventes: Teste 1. Os compostos A, B, C, D e E são solúveis em éter etílico. Teste 2. Somente os compostos B, C e D são solúveis em água pura. Teste 3. Somente os compostos B, C e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de hidróxido de sódio. Teste 4. Somente os compostos D e E são solúveis em uma solução aquosa diluída de ácido clorídrico. Considere que sejam feitas as seguintes identificações: I. II. III. IV. V.
O composto A é o n-pentano. O composto B é o 1-pentanol. O composto C é o propionato de etila. O composto D é a pentilamina. O composto E é o ácido pentanóico.
Então, das identificações acima, estão ERRADAS A. ( ) apenas I, II e IV. C. ( ) apenas II e IV. E. ( ) apenas IV e V.
B. ( ) apenas I, III e IV. D. ( ) apenas III e V.
Alternativa: Sem alternativa
Considerando que as “pequenas porções” sejam da ordem de 2 g e que o teste solubilidade seja realizado a 25 ºC em um volume aproximado de 100 mL, temos que: • A identificação I está correta. O composto A pode ser o n-pentano, porque é solúvel em éter etílico e insolúvel em água ou em soluções aquosas. • A identificação II está incorreta. O composto B não pode ser o 1-pentanol, porque sua solubilidade em água é 2,2 g/100 g e não sofre alteração apreciável em solução diluída de NaOH ou de HCA. Dessa forma, deveria ser solúvel nos quatro testes. • A identificação III está incorreta. O composto C não pode ser o propionato de etila, pois, mesmo a solubilidade em água sendo menor (1,75 g/100 g), os resultados dos testes 3 e 4 deveriam ser positivos (solúvel) em função da hidrólise do éster. • A identificação IV está correta. O composto D pode ser a pentilamina, se considerarmos que sua solubilidade será menor numa solução aquosa de NaOH. • A identificação V está incorreta. O composto E não pode ser o ácido pentanóico, pois sua solubilidade em água é 2,4 g/100 g e, portanto, solúvel em água de acordo com os parâmetros do teste de solubilidade. SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
7
Resolução
2007
ITA QUÍMICA
POLIEDRO
Não encontramos alternativa correta para esta questão. Vale lembrar ainda que solubilidades da ordem de 2 g/100 g de água são consideradas parcialmente solúveis e não totalmente solúveis. Outra imprecisão na questão é o fato de as cinco identificações estarem afirmando que cada composto de cinco carbonos é um composto específico. Por exemplo, o composto A, de cinco carbonos, solúvel em éter, insolúvel em água e em soluções aquosas não precisa ser o n-pentano, pois poderia ser o metilbutano ou o dimetilpropano. Isso tornaria todas as identificações incorretas.
11. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações a respeito das formas cristalinas do carbono: I. As formas polimórficas do carbono são: diamante, grafite e fulerenos. II. O monocristal de grafite é bom condutor de corrente elétrica em uma direção, mas não o é na direção perpendicular à mesma. III. O diamante é uma forma polimórfica metaestável do carbono nas condições normais de temperatura e pressão. IV. No grafite, as ligações químicas entre os átomos de carbono são tetraédricas. Então, das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) A. ( ) apenas I, II e III. C. ( ) apenas II e IV. E. ( ) todas.
B. ( ) apenas I e III. D. ( ) apenas IV.
Alternativa: A
A afirmativa I está correta, pois as formas polimórficas (ou alotrópicas) citadas do carbono são: C(diamante), C(grafite) e fulerenos (por exemplo, C60 e C70). Vale lembrar ainda de outra forma polimórfica, os nanotubos de carbono. A afirmativa II está correta, pois, no carbono grafite, é possível a condução de corrente elétrica por causa das extensas nuvens eletrônicas π conjugadas dos carbonos sp2 que ocupam vértices de hexágonos. No entanto, devido à repulsão entre as nuvens eletrônicas, as camadas de carbono sp2 estão distantes entre si, o que impede a condução elétrica na direção perpendicular de um monocristal.
Grafite
A afirmativa III está correta, pois a formação de diamante, a partir de grafite, ocorre sob altas temperaturas e altas pressões. O diamante, assim formado, será metaestável nas condições normais de temperatura e de pressão. A afirmativa IV está incorreta, porque, no grafite, os átomos carbonos são todos sp2. Portanto, todos trigonais planos. 8
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
12. Em junho deste ano, foi noticiado que um caminhão transportando cilindros do composto t-butil mercaptana (2-metil-2-propanotiol) tombou na Marginal Pinheiros – cidade de São Paulo. Devido ao acidente, ocorreu o vazamento da substância. Quando adicionada ao gás de cozinha, tal substância fornece-lhe um odor desagradável. Assinale a opção que indica a fórmula molecular CORRETA desse composto.
A. ( ) (CH 3 )3 CNH 2 D. ( ) (CH 3 )3 CCH 2 NH 2
B. ( ) (CH 3 )3 CSH E. ( ) (CH 3 )3 CSCH 2 OH
C. ( ) (CH 3 )3 CNHCH3
Alternativa: B O t-butil mercaptana ou 2-metil-propanotiol é um composto pertencente à função Tiol (R–SH). As fórmulas do composto são: SH H3C
C
CH3
(CH3)3CSH
C4H10S
Fórmula estrutural condensada
Fórmula molecular
CH3 Fórmula estrutural
13. Assinale a opção que nomeia o cientista responsável pela descoberta do oxigênio. A. ( ) Dalton D. ( ) Lavoisier
B. ( ) Mendeleev E. ( ) Proust
C. ( ) Gay-Lussac
Alternativa: D
O cientista francês Antoine Laurent de Lavoisier isolava o gás oxigênio em decomposições de óxidos de mercúrio. Descrevia esse gás como melhor para a respiração de seres vivos do que o próprio ar atmosférico e o nomeou oxigênio por acreditar, erroneamente, que dava origem a ácidos (oxi = ácido, gênio = gerador).
14. Assinale a opção que indica a variação CORRETA de entalpia, em kJ/mol, da reação química a 298,15 K e 1 bar, representada pela seguinte equação: C4 H10(g) → C4 H8(g) + H 2(g) . Dados eventualmente necessários: ∆H θf (C4 H8(g) ) = −11, 4; ∆H θf (CO 2(g) ) = −393,5; ∆H θf (H 2O(l) ) = − 285,8 e
∆H θc (C4 H10(g) ) = − 2.877, 6, em que ∆H θf e ∆H θc , em kJ/mol, representam as variações de entalpia de formação e de combustão a 298,15 K e 1 bar, respectivamente. A. ( ) – 3.568,3 B. ( ) – 2.186,9 C. ( ) + 2.186,9 E. ( ) + 114,0 D. ( ) + 125,4 Alternativa: E
A equação pedida é: C4 H10 (g) → C4 H8 (g) + H 2 (g) Para calcularmos o ∆H dessa reação é necessário determinar primeiramente o ∆H θf do C4 H10 (g) por meio de sua combustão completa. C4 H10 (g) + x
13 O 2 (g) 2 zero
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
→ 4CO 2 (g) + 5H 2O(A) 4 ⋅ ( − 393,5)
∆H = −2877, 6 kJ / mol
5 ⋅ ( −285,8)
Química
9
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Podemos escrever: ∆H = ∑ H P − ∑ H R ∴ − 2877, 6 = (−1574) + (−1429) − (x) ∴ − x = −2877, 6 + 3003
∴ x = −125, 4 kJ/mol
Voltando à equação: C4 H10 (g)
→
(−125, 4)
C4 H8 (g) + H 2 (g) ( − 11, 4)
zero
∆H = ∑ H P − ∑ H R ∴ ∆H = (−11, 4) − (−125, 4) ∴ ∆H = +114 kJ/mol
15. Durante a utilização de um extintor de incêndio de dióxido de carbono, verifica-se formação de um aerossol esbranquiçado e também que a temperatura do gás ejetado é consideravelmente menor do que a temperatura ambiente. Considerando que o dióxido de carbono seja puro, assinale a opção que indica a(s) substância(s) que torna(m) o aerossol visível a olho nu. A. ( B. ( C. ( D. ( E. (
) Água no estado líquido. ) Dióxido de carbono no estado líquido. ) Dióxido de carbono no estado gasoso. ) Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado líquido. ) Dióxido de carbono no estado gasoso e água no estado gasoso.
Alternativa: A
O aerossol é observado a olho nu devido à formação de água no estado líquido e sólido, bem como à eventual formação de CO2 no estado sólido. O dióxido de carbono no estado gasoso não é possível de ser visualizado. O dióxido de carbono no estado líquido só ocorre sob pressões acima de 5,1 atm. Assim, a única alternativa possível é a da água no estado líquido.
16. Um recipiente fechado contendo a espécie química A é mantido a volume (V) e temperatura (T) constantes. Considere que essa espécie se decomponha de acordo com a equação: A(g) → B (g) + C (g).
A tabela abaixo mostra a variação da pressão total (Pt) do sistema em função do tempo (t): t (s) 0 55 200 380 Pt (mmHg) 55 60 70 80 Considere que sejam feitas as seguintes afirmações:
495 85
640 90
820 95
I. A reação química obedece à lei de velocidade de ordem zero. II. O tempo de meia-vida da espécie A independe da sua pressão parcial. III. Em um instante qualquer, a pressão parcial de A, PA, pode ser calculada pela equação: PA = 2 P0 − Pt , em que P0 é a pressão do sistema no instante inicial. IV. No tempo de 640 s, a pressão Pi é igual a 45 mmHg, em que Pi é a soma das pressões parciais de B e C. Então, das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S) A. ( ) apenas I e II. B. ( ) apenas I e IV. D. ( ) apenas II e IV. E. ( ) apenas IV. 10
Química
C. ( ) apenas II e III. SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Alternativa: C
Primeiramente, iremos calcular a pressão PA em função de Pt: Início: Reagiu: Final:
A(g) → P0 –x P0 – x
B(g) + 0 +x x
C(g) 0 +x x
Mas: PT = P0 − x + x + x ∴ x = PT − P0 Como PA = P0 − x : PA = P0 − (PT − P0 ) ∴ PA = 2P0 − PT Com isso, a afirmativa III está correta. A tabela de PA em função do tempo é dada por: t (s) PA (mmHg)
0 55
55 50
200 40
380 30
495 25
640 20
820 15
Nota-se que para PA se reduzir pela metade é necessário um tempo constante de 440 s. Isso se verifica observando os instantes 55 s e 495 s, 200 s e 640 s, 380 s e 820 s, o que caracteriza o período de meia-vida como constante e de valor 440 s. Com isso, percebe-se que a reação é de 1a ordem, o que implica no fato de a afirmativa I ser incorreta. Como a reação é de 1a ordem, o período de meia-vida é constante e independe da pressão parcial de A. Assim, a afirmativa II é correta. Para t = 640 s, PT = 90 mmHg. Como PA = 20 mmHg, então, Pi = 70 mmHg. Portanto, a afirmativa IV é incorreta.
17. Assinale a opção que indica a substância que, entre as cinco, apresenta a maior temperatura de ebulição à pressão de 1 atm. A. ( ) H 3CCHO D. ( ) H 3CCOOH
B. ( ) H 3CCOCH3 E. ( ) H 3CCOOCH3
C. ( ) H 3CCONH 2
Alternativa: C
Dentre as substâncias exibidas, a etanamida e ácido acético (figura a seguir) são as únicas capazes de formar pontes de hidrogênio e, portanto, apresentarão os maiores pontos de ebulição. O H3 C
C N
O H 3C
H H
C O
etanamida
H
ácido acético
A etanamida terá ponto de ebulição maior do que o ácido acético, pois pode formar ligações de hidrogênio em maior quantidade por molécula. Como as ligações de hidrogênio ocorrem entre um par de elétrons e um hidrogênio (ligado a F, O ou N), a etanamida poderá formar quatro ligações por molécula, enquanto o ácido etanóico apenas duas.
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
11
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
A tabela abaixo apresenta os pontos de ebulição das cinco substâncias. Substância H3CCHO H3CCOCH3 H3CCONH2 H3CCOOH H3CCOOCH3
PE (ºC) 20,2 7,4 222 118 57
18. Um indicador ácido-base monoprótico tem cor vermelha em meio ácido e cor laranja em meio básico. Considere que a constante de dissociação desse indicador seja igual a 8,0 x 10–5. Assinale a opção que indica a quantidade, em mols, do indicador que, quando adicionada a 1 L de água pura, seja suficiente para que 80% de suas moléculas apresentem a cor vermelha após alcançar o equilíbrio químico.
A. ( ) 1,3 x 10−5
B. ( ) 3, 2 x 10−5
D. ( ) 5, 2 x 10−4
E. ( ) 1, 6 x 10−3
C. ( ) 9, 4 x 10−5
Alternativa: E
Equacionando a ionização do ácido, temos: ZZX H + + X − HX YZZ Sua constante de ionização é dada por: [H + ] ⋅ [X − ] Ka = = 8, 0 ⋅10−5 [HX] Assim: Início Reage / Forma Equilíbrio
ZZX H + + HX YZZ n 0 −0, 2 n 0, 2 n 0,8 n 0,2 n
X− 0 0, 2 n 0,2 n
Se 80% ficará na forma de indicador, 20% irá ionizar, já que o composto de cor vermelha é HX. Substituindo as concentrações: 0, 2n ⋅ 0,2n = 8, 0 ⋅10−5 ∴ n = 160 ⋅10−5 ∴ n = 1, 6 ⋅10−3 mol/L 0,8n Como o volume é de 1 L: n = 1, 6 ⋅10−3 mol
19. Nas condições ambientes, a 1 L de água pura, adiciona-se 0,01 mol de cada uma das substâncias A e B descritas nas opções abaixo. Dentre elas, qual solução apresenta a maior condutividade elétrica? e B = AgNO3 A. ( ) A = NaCA e B = NaOH B. ( ) A = HCA e B = CH3COONa C. ( ) A = HCA D. ( ) A = KI
e
E. ( ) A = Cu(NO3 )2 e 12
B = Pb ( NO3 )2 B = ZnCA 2
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Alternativa: E
Considerando as espécies pouco solúveis ou pouco ionizadas na forma não-iônica e usando as proporções estequiométricas, teríamos, por litro, as seguintes quantidades de íons: A
Na + ( aq ) + CA −( aq ) + Ag + ( aq ) + NO3−( aq ) → AgCA ( s ) + Na + ( aq ) + NO3−( aq ) 0, 01 mol 0,01 mol
B
H + ( aq ) + CA −( aq ) + Na + ( aq ) + OH −( aq ) → Na + ( aq ) + CA −( aq ) + H 2 O ( A ) 0, 01 mol 0,01 mol
C
H + ( aq ) + CA −( aq ) + CH 3COO −( aq ) + Na + ( aq ) → CH 3COOH ( aq ) +
D
2K + ( aq ) + 2I −( aq ) + Pb 2+ ( aq ) + 2NO3− ( aq ) → PbI2( s ) + 2K + ( aq ) + 2NO3−( aq ) 0,005 0,01 mol 0,01 mol 0,01 mol mol
Na + ( aq ) + CA −( aq ) 0, 01 mol 0,01 mol
excedente
E
2+
−
Cu ( aq ) + 2NO3 ( aq ) + Zn 2+ ( aq ) + 2CA − ( aq ) → não há reação 0,01 mol 0,02 mol
0,01 mol 0,02 mol
A maior concentração de íons livres indica a solução melhor condutora, que é a da alternativa E, com concentração de 0,06 mols de íons livres por litro.
20. Considere a reação química representada pela equação abaixo e sua respectiva força eletromotriz nas condições-padrão: ZZX 2Br2 (g) + 2H 2 O(l), ∆E° = 0, 20 V. O 2 (g) + 4H + (aq) + 4Br − (aq) YZZ
Agora, considere que um recipiente contenha todas as espécies químicas dessa equação, de forma que todas as concentrações sejam iguais às das condições-padrão, exceto a de H+. Assinale a opção que indica a faixa de pH na qual a reação química ocorrerá espontaneamente. A. ( ) 2,8 < pH < 3, 4 D. ( ) 5,8 < pH < 6, 4
B. ( ) 3,8 < pH < 4, 4 E. ( ) 6,8 < pH < 7, 4
C. ( ) 4,8 < pH < 5, 4
Alternativa: A
A reação será espontânea para ∆E > 0. Pela equação de Nernst, temos: 0, 059 log Qc ∆E = ∆Eº − n 0, 059 Portanto, ∆Eº − log Qc > 0. n Mas, ∆Eº = + 0,20 V, o número de elétrons (n) envolvido na equação é 4 e todas as concentrações, exceto a de H+, valem 1 mol/L. Logo: 0, 059 1 0, 20 − log + 4 > 0 ∴ 0, 20 + 0, 059 log[H + ] > 0 ∴ 0, 059 log[H + ] > − 0, 20 4 [H ]
∴ − 0, 059 log[H + ] < 0, 20 ∴ 0, 059 pH < 0, 20 ∴ pH < 3, 4 A única faixa para a qual a reação é espontânea é 2,8 < pH < 3,4 . SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
13
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
As questões dissertativas, numeradas de 21 a 30, devem ser resolvidas e respondidas no caderno de soluções.
21. Uma amostra de 1,222 g de cloreto de bário hidratado (BaCA2⋅nH2O) é aquecida até a eliminação total da água de hidratação, resultando em uma massa de 1,042 g. Com base nas informações fornecidas e mostrando os cálculos efetuados, determine: (a) o número de mols de cloreto de bário, (b) o número de mols de água e (c) a fórmula molecular do sal hidratado.
Resolução:
A equação que representa o ocorrido é: BaCA 2 ⋅ nH 2O( s ) → BaCA 2( s ) + nH 2O( v ) ∆
1 mol 208, 23 + 18, 02 n (a) n BaCA 2 = ( anidro )
(b) n H2O = (c)
1 mol 208,23
1 mol 18,02 n
1, 042 g = 5 ⋅10−3 mol 208, 23 g / mol
0,18 g = 10−2 mol 18, 02 g / mol
BaCA 2 ⋅ nH 2O( s ) : nH 2O( v ) 1 mol 5 ⋅10
−3
mol
:
∴ n=2
n mol
: 10
−2
mol
Então, a fórmula do sal hidratado é BaCA 2 ⋅ 2H 2O .
22. O composto mostrado abaixo é um tipo de endorfina, um dos neurotransmissores produzidos pelo cérebro. (a) Transcreva a fórmula estrutural da molécula. (b) Circule todos os grupos funcionais. (c) Nomeie cada um dos grupos funcionais circulados.
O H2N
H N
N H
O N H
O
HO
H N O
O OH S CH3
Resolução:
(a), (b) e (c) Amida Amina
H2N
O N H
Amida
H N O
Amida
Ácido carboxílico
O
H N
N H
O Amida
O OH S CH3
HO
Tioéter
Fenol
14
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
23. Um dos métodos de síntese do clorato de potássio (KCAO3) é submeter uma solução de cloreto
de potássio (KCA) a um processo eletrolítico, utilizando eletrodos de platina. São mostradas abaixo as semi-equações que representam as semi-reações em cada um dos eletrodos e os respectivos potenciais elétricos na escala do eletrodo de hidrogênio nas condições-padrão (Eº): Eº (V) ELETRODO I:
ZZX CAO3− (aq) + 6H + (aq) + 6e − (CM) CA − (aq) + 3H 2 O(l) YZZ
ZZX 2H 2 O(1) + 2e− (CM) ELETRODO II: 2OH − (aq) + H 2 (g) YZZ (a) (b) (c) (d)
1, 45 −0,83
Faça um esquema da célula eletrolítica. Indique o cátodo. Indique a polaridade dos eletrodos. Escreva a equação que representa a reação química global balanceada.
Resolução:
O processo pode ser assim esquematizado:
K (+aq )
H 2O
CA −( aq )
Os EDred fornecidos indicam a redução da água e a oxidação do CA − , proveniente do KCA. Assim, temos:
6H 2O + 6e − CA −
→
+ 3H 2 O →
3H 2
+
6OH −
CAO3−
+
6H + +
E Dred = − 0,83 V 6e−
E Doxi = − 1, 45 V
____________________________________________________________________ Reação global: CA − + 3H 2 O → CAO3− + 3H 2 ∆ED = E Dred + EDoxi ∆E D = − 0,83 + ( −1, 45 ) ∆E D = − 2, 28 V Isso nos faz concluir que o processo é quimicamente forçado. Logo, é necessário um gerador que forneça um ∆Eº de, no mínimo, 2,28 V, que é o suficiente para iniciar o processo. Concluindo, temos: (a) e− e−
K (+aq ) H 2O
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
CA −( aq )
Química
15
Resolução
2007
ITA QUÍMICA
POLIEDRO
(b) Eletrodo II, pois sofre redução. (c) O eletrodo I e o pólo é positivo, enquanto o eletrodo II é o pólo negativo. (d) A reação global que representa o processo é: CA − + 3H 2O → CAO3− + 3H 2
24. Em um recipiente que contém 50,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em HCN foram adicionados 8,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em NaOH. Dado: Ka (HCN) = 6,2 x 10–10.
(a) Calcule a concentração de íons H+ da solução resultante, deixando claros os cálculos efetuados e as hipóteses simplificadoras. (b) Escreva a equação química que representa a reação de hidrólise dos íons CN − . Resolução:
(a) Dos dados do problema: NaOH HCN V = 8 mL V = 50 mL M = 0,1 mol/L M = 0,1 mol/L –3 n1 = 5 ⋅ 10 mol n1 = 0,8 ⋅ 10–3 mol Equacionando a neutralização: HCN + NaOH → NaCN + H2O Da estequiometria, há formação de 0,8 ⋅ 10–3 mol de sal e há excesso de 4,2 ⋅ 10–3 mol de ácido. Considerando a dissociação do sal e a ionização do ácido, temos: NaCN YZZ ZZX Na + + CN − ZZX H + + CN − HCN YZZ A constante de ionização do ácido é dada por: [H + ] ⋅ [CN − ] Ka = (I) [HCN] Hipótese simplificadora: [ CN − ] = [NaCN], pois o ácido HCN é fraco e a quantidade de CN − proveniente do ácido é muito pequena.
Portanto: 0,8 ⋅10−3 mol = 1, 4 ⋅10−2 mol/L −3 58 ⋅10 L 4, 2 ⋅10−3 mol [HCN] = = 7, 2 ⋅10−3 mol/L −3 58 ⋅10 L
[CN − ] =
Pela equação (I): [H + ] ⋅1,4 ⋅10−2 6, 2 ⋅10−10 = ∴ [H + ] = 3, 2 ⋅10−9 mol/L 7, 2 ⋅10−2 (b) A equação química que representa a reação de hidrólise dos íons CN − é dada por: − − ZZX HCN (aq) + OH (aq) CN(aq) + H 2O( A ) YZZ 16
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
ITA POLIEDRO
QUÍMICA
Resolução
2007
25. Prepara-se, a 25 ºC, uma solução por meio da mistura de 25 mL de n-pentano e 45 mL de n-hexano. Dados: massa específica do n-pentano = 0,63 g/mL; massa específica do n-hexano = 0,66 g/mL; pressão de vapor do n-pentano = 511 torr; pressão de vapor do n-hexano = 150 torr. Determine os seguintes valores, mostrando os cálculos efetuados: (a) Fração molar do n-pentano na solução. (b) Pressão de vapor da solução. (c) Fração molar do n-pentano no vapor em equilíbrio com a solução.
Resolução: Na mistura, consideramos o n-hexano (C6H14) como solvente (maior quantidade) e o n-pentano (C5H12) como soluto. Cálculo das massas: msoluto = 0, 63 g/mL ⋅ 25 mL = 15,75 g m solvente = 0, 66 g/mL ⋅ 45 mL = 29, 70 g
Cálculo das quantidades de matéria: 15, 75 g n soluto = = 0, 22 mol 72,17 g/mol 29, 70g n solvente = = 0,34 mol 86, 20 g/mol n 0, 22 mol (a) X soluto = soluto = = 0,39 ou 39% n total (0, 22 mol + 0, 34 mol) (b) A pressão de vapor da solução é calculada por: P = (Psoluto ⋅ X soluto ) + (Psolvente ⋅ X solvente ) P = (511 torr ⋅ 0,39) + (150 torr ⋅ 0, 61) ∴ P = 291 torr Obs.: O cálculo acima leva em conta o fato de a solução não ser ideal (ambos os componentes têm volatilidades próximas). (c) Sabendo que: Psoluto ⋅ X soluto,( A ) 511 torr ⋅ 0, 39 X soluto,( v ) = ∴ X soluto,( v ) = ∴ Xsoluto,( v ) = 0, 68 ou 68% P 291 torr
26. A tabela abaixo apresenta os valores das temperaturas de fusão (Tf) e de ebulição (Te) de halogênios e haletos de hidrogênio.
Tf (ºC) Te (ºC) F2 – 220 – 188 CA2 – 101 – 35 Br2 –7 59 114 184 I2 HF – 83 20 – 115 – 85 HCA HBr – 89 – 67 HI – 51 – 35 (a) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do F2 ao I2. (b) Justifique a escala decrescente das temperaturas Tf e Te do HF ao HCA. (c) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do HCA ao HI. SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
17
Resolução
2007
ITA QUÍMICA
POLIEDRO
Resolução:
(a) As substâncias simples diatômicas relacionadas apresentam o mesmo tipo de interação molecular. Nessa situação, o aumento das temperaturas de fusão (Tf) e ebulição (Te) pode ser explicado pelo aumento das massas molares. (b) As moléculas de HF se unem por ligações de hidrogênio, uma interação molecular mais intensa do que a observada entre as moléculas de HCA. (c) HCA, HBr e HI têm, entre suas moléculas, interações do tipo dipolo-dipolo. Em caso análogo ao abordado no item (a), o aumento das massas molares justifica a ordem apresentada.
27. Utilizando uma placa polida de cobre puro, são realizados os seguintes experimentos: I. A placa é colocada diretamente na chama do bico de Bunsen. Após um certo período, observa-se o escurecimento da superfície dessa placa. II. Em seguida, submete-se a placa ainda quente a um fluxo de hidrogênio puro, verificando-se que a placa volta a apresentar a aparência original. III. A seguir, submete-se a placa a um fluxo de sulfeto de hidrogênio puro, observando-se novamente o escurecimento da placa, devido à formação de Cu2S. IV. Finalmente, a placa é colocada novamente na chama do bico de Bunsen, readquirindo a sua aparência original. Por meio das equações químicas balanceadas, explique os fenômenos observados nos quatro experimentos descritos. Resolução:
A placa polida de cobre puro é formada apenas por átomos de cobre, Cu(s). I.
O escurecimento da placa é causado pelo aparecimento de uma camada de óxido de cobre (II) na superfície da mesma: 1 ∆ → CuO(s) Cu (s) + O 2(g) 2 II. O hidrogênio, forte redutor, faz o cobre voltar ao estado original: CuO(s) + H 2(g) → Cu (s) + H 2O( v) III. A formação de sulfeto de cobre (I), sólido negro como o óxido de cobre (II), é dada segundo a equação: 2Cu (s) + H 2S(g) → Cu 2S(s) + H 2(g) IV. Finalmente, o aquecimento promove a formação de dióxido de enxofre: ∆ Cu 2S(s) + O 2(g) → 2Cu (s) + SO 2(g) Obs.: É de se esperar que a etapa IV não dê o efeito relatado após um intervalo de tempo considerável porque, depois da eliminação da camada de sulfeto de cobre (I), o cobre da placa voltaria a formar óxido, conforme o experimento I.
28. Um cilindro de volume V contém as espécies A e B em equilíbrio químico representado pela seguinte equação: A(g) U 2B(g). Inicialmente, os números de mols de A e de B são, respectivamente, iguais a nA1 e nB1. Realiza-se, então, uma expansão isotérmica do sistema até que o seu volume duplique (2V) de forma que os números de mols de A e de B passem a ser, respectivamente, nA2 e nB2. Demonstrando o seu raciocínio, apresente a expressão algébrica que relaciona o número final de mols de B (nB2) unicamente com nA1, nA2 e nB1. 18
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Resolução:
Equacionando a reação, temos: A ( g ) R 2B( g ) Para esta equação, a constante de equilíbrio, em termos de concentração, é dada por: 2 B] [ Kc = [ A]
Sendo a expansão isotérmica, temos que Kc permanece constante. Portanto:
( n B1 / V ) = ( n B2 / 2V )2 ( n A1 / V ) ( n A2 / 2V ) 2
∴ n B2 = n B1
2n A2 n A1
29. Dois recipientes contêm soluções aquosas diluídas de estearato de sódio (CH3(CH2)16COONa). Em um deles é adicionada uma porção de n-octano e no outro, uma porção de glicose, ambos sob agitação. Faça um esquema mostrando as interações químicas entre as espécies presentes em cada um dos recipientes. Resolução:
O estearato de sódio é um sal de ácido graxo (sabão), que pode ser representado esquematicamente pela figura a seguir: O
O − Na +
cabeça hidrofílica
cauda hidrofóbica (apolar)
A adição de pequenas quantidades desse composto em água leva a uma dispersão coloidal devido à formação de micelas:
Micelas
Caso 1: Adição de n-octano
A adição de uma porção de n-octano (apolar) nessa mistura irá promover interações do tipo dispersão de London entre a cauda hidrofóbica do sabão e o n-octano.
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
Química
octano
Micelas
octano
19
Resolução
ITA
2007
QUÍMICA
POLIEDRO
Caso 2: Adição de glicose CH2HO
A adição de uma porção de glicose (poliidroxialdeído) nessa mistura irá promover a dissolução da glicose na água por formação de ligações de hidrogênio sem interação apreciável entre a glicose e o sabão.
H HO
O
H OH
H
H
OH
OH H
Glicose
30. Dois frascos, A e B, contêm soluções aquosas concentradas em HCA e NH3, respectivamente.
Os frascos são mantidos aproximadamente a um metro de distância entre si, à mesma temperatura ambiente. Abertos os frascos, observa-se a formação de um aerossol branco entre os mesmos. Descreva o fenômeno e justifique por que o aerossol branco se forma em uma posição mais próxima a um dos frascos do que ao outro.
Resolução:
Os dois gases, NH3 e HCA, sofrem efusão e, posteriormente, difusão pelo ambiente, com velocidades que obedecem a Lei de Graham, dada por: M NH3 v HCA = . Portanto, como M NH3 < M HCA , então v NH3 > v HCA . v NH3 M HCA A reação que ocorre entre ambos os gases pode ser equacionada da seguinte forma: NH3(g) + HCA (g) → NH 4+ CA − (s)
aerossol branco
O encontro desses gases ocorrerá mais próximo do frasco que contém HCA, já que é o gás mais lento, percorrendo em um mesmo intervalo de tempo um caminho menor. Esse ponto de encontro será observado pela formação do aerossol branco. Comentário da prova de Química A prova de Química deste ano apresentou um conceito de avaliação muito favorável à seleção dos seus alunos. Porém, lamentamos que algumas imprecisões tenham prejudicado alunos bem preparados. São elas: 1) Na questão 8, desconsiderou-se a hidrólise do cátion magnésio, que ocorreria por precipitação de seu respectivo hidróxido. 2) Na questão 10, não há alternativa correta. Há, ainda, uma confusão lógica entre “é” e “pode ser”, já comentada na resolução da questão. Lamentamos, também, o fato de não terem sido fornecidas as condições em que foram realizados os testes de solubilidade. As solubilidades da ordem de 2 g/ 100 g de solvente foram consideradas como sendo típicas de compostos solúveis. 3) A questão 12 pede a fórmula molecular e as alternativas trazem apenas fórmulas estruturais condensadas. 4) A questão 21 pede a fórmula molecular do sal, que não é uma molécula. Esta mesma prova, sem estas imprecisões, teria sido um excelente vestibular, e lembraria a prova do ano passado, que continua sendo a melhor prova de Química que o ITA fez nos últimos tempos. De qualquer maneira, um aluno bem preparado, que soube lidar com esses problemas, foi beneficiado pela boa escolha dos temas e de suas abordagens. Apesar de tudo, não houve diminuição do brilho da prova. Parabéns à Banca Examinadora.
20
Química
SISTEMA DE ENSINO POLIEDRO
