Química
ETAPA
DADOS
R = 0,082 atm.L.mol −1 .K −1
log(2) = 0,30
log(3) = 0,48
Massas atômicas:
log(5) = 0,70
Al
C
Fe
H
N
O
Zn
27,0
12,0
55,8
1,0
14,0
16,0
65,4
Eletronegatividades:
Questão 2
Para cada molécula abaixo:
1) BeH2
2) BCl 3
B
Be
Cl
F
H
O
S
Sb
2,0
1,5
3,0
4,0
2,1
3,5
2,5
1,9
Potenciais padrão de redução em solução
aquosa (meio ácido) a 25oC (em volts):
+
+
+
+
2−
Al 3(aq)
Al (s) 2CO 2(g) C 2O4(aq)
Fe 3(aq)
Fe 2(aq)
Fe 2(aq)
Fe (s)
− 0,20
−1,66
Logo, o número atômico do halogênio é 35, enquanto o número atômico de X é 18.
b) Z X representa o gás nobre argônio: 18 Ar.
0,77
− 0,44
−
+
MnO4(aq)
MnO 2(aq)
+
+
Sn4(aq)
Sn 2(aq)
+
Zn 2(aq)
Zn (s)
1,52
− 0,14
− 0,76
3) ácido fluorídrico
4) H2 S
5) pentacloreto de antimônio
a) desenhe a fórmula estrutural, indicando a
direção e o sentido dos vetores momento dipolar correspondentes a cada ligação química; e
b) responda se a molécula é polar ou apolar,
justificando.
Resposta
a) 1) H
2)
Be
B
A
ZX
é [X ]. Determine:
a) os valores de Z e de n, para que a configuração eletrônica [X ] ns2 ( n − 1) d10 np (n + 1)
represente um elemento químico da família
dos halogênios; e
b) o elemento químico representado por X.
Resposta
a) Um elemento químico da família dos halogênios tem a seguinte configuração na sua camada de valência:
ns 2 np5
Logo, n + 1 = 5 ⇒ n = 4.
Portanto, a configuração do halogênio pode ser
escrita como:
[X] 4s 2 3d10 4p5
ou
1s 2 2s 2 2p6 3s 2 3p6 4s 2 3d10 4p5
C
mR
=0
mR
=0
C
3) H
4)
F
S
H
5)
=0
C
Questão 1
A configuração eletrônica de um átomo é
mR
H
mR
H
C
C
Sb
C
=0
C
mR
=0
C
b) As moléculas que apresentam mR
léculas apolares; se mR
logo:
• BeH 2 : apolar
• BCl 3 : apolar
• HF: polar
• H 2 S: polar
• SbCl5 : apolar
= 0 são mo-
= 0 , a molécula é polar,
IME
ETAPA
química 2
Questão 3
Nas combustões completas de x gramas de
acetileno e de y gramas de benzeno são liberadas, respectivamente, Q1 kcal e Q2 kcal.
Determine o calor liberado, em kcal, na formação de z gramas de benzeno a partir do
acetileno.
Prepara-se uma solução diluída com 30,60 g
deste polímero em 2000 g de tetrahidrofurano (THF). O gráfico abaixo apresenta os diagramas de fase (sólido-líquido-vapor) desta
solução diluída e de THF puro.
P (Pa)
O
P0
Solução
diluída
0,99982 P0
Resposta
Calor de combustão é o calor liberado na combustão completa de 1 mol do composto. As reações de combustão e os respectivos calores de
combustão são mostrados a seguir:
5
I. C 2 H 2(g) + O2(g) → 2 CO2(g) + H 2O(g)
2
−26Q1
kcal
ΔHc(C H ) =
2 2
x
15
II. C6 H6( l) +
O
→ 6 CO2(g) + 3 H 2O(g)
2 2(g)
−78Q2
kcal
ΔHc(C H ) =
6 6
y
A reação de formação de 1 mol de benzeno a partir do acetileno e seu respectivo ΔH pode ser dada
por:
3 C 2 H 2(g) → C6 H6( l)
298
A partir dessas informações, determine:
a) o efeito coligativo numericamente evidenciado pelo gráfico;
b) a função orgânica formada na reação de
polimerização;
c) a fórmula estrutural plana do mero (unidade repetitiva do polímero);
d) a massa molar média deste polímero na solução especificada; e
e) quantos gramas de água serão gerados na
produção de 1 mol do polímero.
ΔHr = 3 ΔHc(C H ) − ΔHc(C H )
2 2
6 6
Logo, na formação de 1 mol de benzeno a partir
do acetileno, o calor liberado é:
−26Q1
78Q2
ΔHr = 3 ⋅
+
x
y
⎛Q
Q ⎞
ΔHr = 78 ⎜ 2 − 1 ⎟ kcal/mol
x ⎠
⎝ y
Na formação de z gramas de benzeno a partir do
acetileno, temos que o calor liberado é Q3 :
Q3 =
⎛Q
−z ⋅ ΔHr
Q ⎞
, logo Q3 = z ⎜ 1 − 2 ⎟ kcal.
78
y ⎠
⎝ x
T (K)
Resposta
a) O gráfico mostra o abaixamento da pressão de
vapor do solvente em uma solução diluída do polímero em relação à pressão de vapor do solvente
puro. Esse efeito coligativo é chamado de tonoscopia.
b) Na reação de polimerização os grupos ácidos
carboxílicos reagem com os grupos álcoois, formando a função éster e ocorrendo a liberação de
moléculas de água, portanto é formado um poliéster a partir de uma polimerização por condensação.
c)
O
n HO
Questão 4
Considere o polímero bio-absorvível obtido
pela reação de polimerização do monômero a
seguir:
O
HO
CH
C
OH
CH3
CH
C
OH
CH3
O
O
CH
CH3
+ n H 2O
C
n
unidade repetitiva do polímero
IME
d) Através da Lei de Raoult, temos:
Questão 6
P = P0 ⋅ xsolvente
0,99982 P0 = P0 ⋅ xsolvente
A um reator isotérmico com capacidade de
100 L são adicionados 10 mols do gás X
e 15 mols do gás Y, ocorrendo formação do
gás Z segundo a reação elementar
X (g) + Y(g)
Z (g)
xsolvente = 0,99982 ⇒
⇒
ETAPA
química 3
nsolvente
= 0,99982
nsolvente + nsoluto
⎛ 2 000 g ⎞
⎟
⎜
⎝ 72 g/mol ⎠
⎛ 2 000 g
⎞
30,60 g
+
⎜
⎟
massa molar polímero ⎠
⎝ 72 g/mol
= 0,99982
2 000 ⋅ massa molar =
= 0,99982 ⋅ (2 000 ⋅ massa molar + 72 ⋅ 30,60)
0,36 ⋅ massa molar ≅ 2 202,8
massa molar ≅ 6 119 g/mol
A tabela abaixo apresenta dados cinéticos da
reação, onde ω representa a diferença entre
as velocidades das reações direta e inversa.
Determine a concentração máxima de Z que
pode ser obtida.
X
(mol)
0
10
0,450
10
8
0,212
e) massa molar = n ⋅ massa molar
( polímero )
( mero )
6 119 = n ⋅ 72 ⇒ n ≅ 85
Para cada mol de polímero formado são liberados
46 mol de moléculas de água, logo:
18 g H 2O
m H 2O = 85 mol ⋅
= 1 530 g
1 mol H 2O
ω
Tempo
(min)
(mol.L
−1
.min −1 )
Resposta
Seja a reação elementar:
X (g ) + Y(g )
Kd
Z (g )
Ki
Questão 5
Logo, podemos escrever as seguintes leis de velocidade:
v d = K d ⋅ [X] ⋅ [Y]
Calcule o pH de uma solução aquosa 0,5 molar de NH4 CN. As constantes de ionização
são KHCN = 7,0x10−10 e K NH3 = 1,75x10−5 .
v i = K i ⋅ [Z]
Quando o equilíbrio for atingido, v d = v i e, portanto, a concentração de Z será máxima.
O produto iônico da água é K w = 1,0x10−14 .
Considere que, no equilíbrio, as concentrações dos íons [NH4+ ] e [CN − ] são iguais.
Resposta
A concentração de H 3O + na solução de NH4CN é
dada por:
[H 3O + ] =
[H 3O + ] =
K w ⋅ K HCN
K NH 3
1 ⋅ 10
−14
⋅ 7,0 ⋅ 10
1,75 ⋅ 10 −5
pH = −log [H 3O + ]
pH = −log 6,32 ⋅ 10 −10
pH = 9,20
ω
Tempo
[X]
[Y]
[Z]
(min) (mol/L) (mol/L) (mol/L) (mol ⋅ L−1 ⋅ min −1 )
0
0,10
0,15
0
0,450
10
0,08
0,13
0,02
0,212
x
0
equilíbrio 0,10 − x 0,15 − x
•
Para t = 0 min:
ω = v d − v i ⇒ 0,450 = K d ⋅ [X] ⋅ [Y] − K i ⋅ [Z]
0,450 = K d ⋅ 0,1 ⋅ 0,15
−10
K d = 30 L ⋅ mol −1 ⋅ min −1
= 6,32 ⋅ 10 −10
• Para t = 10 min:
ω = vd − vi
0,212 = K d ⋅ [X] ⋅ [Y] − K i ⋅ [Z]
0,212 = 30 ⋅ 0,08 ⋅ 0,13 − K i ⋅ 0,02
0,212 = 0,312 − K i ⋅ 0,02
K i = 5 min −1
0
IME
ETAPA
química 4
• No equilíbrio:
ω = 0, logo v d = v i
K d ⋅ [X] ⋅ [Y] = K i ⋅ [Z]
p A ⋅ VA = n H 2 ⋅ R ⋅ T
0,60 atm ⋅ 0,40 L = n H 2 ⋅ 0,082
atm ⋅ L
⋅ 298K
mol ⋅ K
30(0,1 − x)(0,15 − x) = 5 ⋅ x
n H 2 = 0,010 mol
30x 2 − 12,5x + 0,45 = 0
x’ = 0,04 M
x’’ = 0,38 M (não convém como solução do
problema)
Logo, a concentração máxima de Z é 0,04 mol/L.
n H 2 (total) = n H 2 (Al) + n H 2 (Zn)
Questão 7
0,010 = 1,5
m Al
m Zn
+
M Al
M Zn
m Al
m Zn
⎧
(I)
⎪0,010 = 1,5 27 + 65,41
⎨
⎪m Al + m Zn = 0,512
(II)
⎩
(0,512 − m Al)
m Al
0,010 = 1,5
+
27
65,41
Uma amostra de 0,512 g de uma liga metáli- 17,661 = 98,115 m Al + 13,824 − 27 m Al
ca Al-Zn reage com HCl, recolhendo-se o gás
formado. Após a total dissolução da amostra, 3,837 = 71,115 m Al ⇒ m Al ≅ 0,054 g
m Al
0,054 g
o gás recolhido é seco, resfriado e submetido
% Al =
⋅ 100 =
⋅ 100 = 10,5%
a um processo de compressão representado
m total
0,512 g
pela reta AB no diagrama P-V. Sabendo que
a temperatura máxima ao longo do processo
de compressão é 298 K, determine o teor de
alumínio nesta amostra. Considere que o gás Questão 8
se comporta idealmente.
A hematita (Fe2 O 3 ), a magnetita (Fe 3 O4 ) e a
P(atm)
limonita (2Fe 2 O 3 .3H 2 O), são os principais
minérios de ferro encontrados na natureza.
B
0,90
Estes minérios contêm, normalmente, pequenas quantidades de impurezas.
Um frasco sem rótulo contém um dos três minérios citados. Para se determinar qual, pesou-se uma amostra de 0,500 g. Esta amostra
0,60
A
reagiu com HCl concentrado sob aquecimento. Após a dissolução completa da amostra,
0,25
0,40
V (L)
um pequeno excesso de HCl foi adicionado à
solução remanescente. A seguir, a solução foi
Resposta
tratada com cloreto de estanho(II). Considere
Alumínio e zinco reagem com HCl de acordo com que as impurezas não foram reduzidas pelos
as reações balanceadas mostradas a seguir:
íons estanho(II). O pequeno excesso de clore3
to de estanho(II) foi eliminado através da adiAl(s) + 3 HCl(aq) → AlCl 3(aq) +
H 2(g)
2
ção de cloreto mercúrico, formando um preciZn(s) + 2 HCl(aq) → Zn Cl 2(aq) + H 2(g)
pitado branco que não interferiu nas reações
Portanto são observadas as seguintes relações subseqüentes. Logo em seguida, a mistura foi
molares:
titulada por 12,80 mL de uma solução de per1 mol Al : 1,5 mol H 2
manganato de potássio até a formação de
1 mol Zn : 1 mol H 2
uma coloração violeta persistente.
O processo de compressão não ocorre a uma
Sabendo que 10,00 mL dessa mesma solução
temperatura constante, pois o produto p ⋅ V não é
de permanganato foram titulados por 5,00 mL
constante. Como
de solução de oxalato de sódio 0,5 M, determip AVA > pBVB ,
pode-se dizer que a temperatura máxima ao lon- ne qual dos minérios está contido no frasco
sem rótulo. Justifique a sua resposta.
go do processo de compressão será no ponto A.
IME
Resposta
A reação que ocorre entre a solução de permanganato e a solução de oxalato é:
2−
−
+
+ 5 C 2O4(aq)
+ 16 H(aq)
→
2 MnO4(aq)
2+
→ 2 Mn(aq)
+ 10 CO2(g) + 8 H 2O( l)
n MnO4− =
⋅
2 mol MnO4−
5 mol C 2O42 −
⋅
0,5 mol C 2O42 −
⋅ 5 ⋅ 10 −3 L solução
1 L solução
n MnO4− = 1 ⋅ 10 −3 mol
[MnO4− ] =
ETAPA
química 5
1 ⋅ 10 −3 mol
10 −2 L solução
= 0,1 mol/L
A solução de Fe 3 + em contato com a solução de
Sn 2 + provoca o seguinte processo redox:
Questão 9
A combustão completa de 3,0 g de um certo
composto orgânico X produz, exclusivamente,
6,6 g de CO2 e 3,6 g de H2 O. A 100 oC, 5,3 g
de X (que se encontra no estado gasoso a esta
temperatura) são misturados com 14 g de N2
em um recipiente de volume 3,0 litros. A
pressão medida no interior do recipiente, nestas condições, é igual a 6,0 atm. Considere
que os gases, no interior do recipiente, se
comportam idealmente.
Sabendo que a reação de X com dicromato de
potássio em ácido sulfúrico aquoso gera uma
cetona, determine a composição centesimal
do composto X, suas fórmulas mínima, molecular e estrutural, e dê a sua nomenclatura
IUPAC.
3+
2+
2+
4+
2 Fe(aq)
+ Sn(aq)
→ 2 Fe(aq)
+ Sn(aq)
Logo em seguida os íons Fe 2 + reagem com a solução de permanganato de acordo com a reação
balanceada mostrada a seguir:
2+
−
+
5 Fe(aq)
+ MnO4(aq)
+ 8 H(aq)
→
3+
2+
→ 5 Fe(aq)
+ Mn(aq)
+ 4 H 2O( l)
n MnO4− = 12,8 ⋅ 10 −3 L ⋅ 0,1 mol /L = 1,28 ⋅ 10 −3 mol
3+
n Fe 2 + = n Feminério
= 5 n MnO4− = 6,4 ⋅10 −3 mol
Calculando-se a quantidade máxima de ferro presente nas amostras dos minérios, temos:
• hematita (Fe 2O3 )
n Fe =
1 mol Fe
0,5 g minério
⋅
=
1 mol Fe 2O3 159,69 g/mol
= 3,13 ⋅ 10 −3 mol
•
magnetita (Fe 3O4 )
n Fe =
0,5 g minério
3 mol Fe
⋅
=
1 mol Fe 3O4 231,54 g/mol
= 6,5 ⋅ 10 −3 mol
•
limonita (2 Fe 2O3 ⋅ 3 H 2O)
n Fe =
0,5 g minério
4 mol Fe
⋅
=
1 mol [2 Fe 2O3 ⋅ 3 H 2O] 385,38 g/mol
= 5,19 ⋅ 10 −3 mol
Logo, considerando-se o número de mol de ferro e uma pequena quantidade de impurezas, podemos dizer que o minério do frasco é a magnetita.
Resposta
3,0 g X + y O2 → 6,6 g CO2 + 3,6 g H 2O
6,6 g CO2
n Ccomposto X = n CO2 =
= 0,15 mol
44 g/mol
3,6 g H 2O
n Hcomposto X = 2n H 2O = 2 ⋅
=
18 g/mol
= 0,4 mol
12 g C
m C X = 0,15 mol C ⋅
= 1,8 g
1 mol C
1gH
m H X = 0,4 mol H ⋅
= 0,4 g
1 mol H
m X = m C X + m H X + m OX
3,0 g = 1,8 g + 0,4 g + m OX
m Ox = 0,8 g
mCx
1,8 g
%C =
⋅ 100 =
⋅ 100 = 60%
3,0 g
mX
m
0,4 g
% H = Hx ⋅ 100 =
⋅ 100 = 13,3%
3,0 g
mX
m
0,8 g
% O = Ox ⋅ 100 =
⋅ 100 = 26,7%
3,0 g
mX
Logo o composto X apresenta a seguinte composição centesimal: 60% C, 13,3% H e 26,7% O.
• Cálculo da fórmula mínima de X:
1 mol O
nOx = 0,8 g O ⋅
= 0,05 mol
16 g O
Logo, em 3,0 g X existe a seguinte relação molar:
0,15 mol C : 0,4 mol H : 0,05 mol O
Portanto a fórmula mínima de X é:
C 3 H8O (massa molar da fórmula mínima = 60 g/mol)
IME
ETAPA
química 6
• Aplicando-se a Equação Geral dos Gases, temos:
pT ⋅ VT = nT ⋅ R ⋅ T
⎞
⎛ 14 g N 2
5,3 g X
6,0 atm ⋅ 3,0 L = ⎜
+
⎟ ⋅
massa molar X ⎠
⎝ 28 g/mol
atm L
⋅ 0,082
⋅ 373 K
mol ⋅ K
massa molar X = 60 g/mol
Logo, a fórmula molecular corresponde à fórmula
mínima.
A fórmula molecular do composto X é: C 3 H8O.
Assim sendo, o composto X é um álcool secundário, pois sua reação com K 2Cr2O7 /H 2 SO4 produz
uma cetona, conseqüentemente sua fórmula estrutural é:
H
OH
H
C
C
C
H
H
H
O composto I pode ainda sofrer mais três outras biotransformações, independentes umas
das outras.
Na primeira, o seu grupo éster de metila sofre hidrólise, dando origem ao metanol e ao
composto IV. Na segunda, sua amina terciária é reduzida à amina secundária heterocíclica, originando o composto V. Na terceira,
um de seus grupos éster sofre hidrólise, dando origem ao ácido benzóico e ao composto VI.
Com base nas informações anteriores e a partir da estrutura do composto I dada abaixo,
desenhe as estruturas dos compostos II, III,
IV, V e VI.
H 3C
O
N
CH3
C
H
H
O
O
Nome Iupac: propan-2-ol ou 2-propanol.
O
Composto I
Questão 10
Dá-se o nome de biotransformação à transformação de um fármaco, droga ou qualquer
substância potencialmente tóxica, pelo organismo, em outra(s) substância(s), por meio de
alterações químicas. Esta transformação, geralmente, processa-se sob ação de enzimas
específicas, e ocorre, principalmente, no fígado, nos rins, nos pulmões e no tecido nervoso.
Os principais objetivos da biotransformação
são reduzir a toxidez da substância e lhe conferir solubilidade em água, para facilitar sua
posterior excreção.
O composto I a seguir é uma conhecida droga
de abuso que, ao ser consumida pelo ser humano, pode ser biotransformada através da
conversão do seu éster de metila em éster de
etila, dando origem ao composto II. A hidrólise subseqüente de um dos grupos éster do
composto II leva à formação do ácido benzóico
e do composto III.
Resposta
H 3C
N
O
OCH3
O
O
composto I
CH3CH2OH enzima
H 3C
N
O
OCH2CH3
O
O
composto II
+
CH3OH
IME
ETAPA
química 7
H3C
N
H3C
O
N
O
OCH2CH3
OCH3
O
O
O
O
composto II
composto I
redução
H 2O
H3C
N
H
O
N
O
OCH2CH3
OCH3
OH
O
composto III
O
composto V
+
O
OH
H3C
H 3C
N
N
O
O
OCH3
O
OCH3
O
O
composto I
O
H 2O
composto I
H 2O
H 3C
N
H3C
N
O
O
OCH3
OH
OH
O
O
composto IV
+
CH3OH
composto VI
+
O
OH