CONSTANTES
23
−1
Constante de Avogadro = 6,02 x 10 mol
Constante de Faraday (F) = 9,65 x 104 C mol −1
Volume molar de gás ideal = 22,4 L (CNTP)
Carga elementar = 1,602 x 10−19 C
Constante dos gases (R) =
= 8,21 x 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 mol −1 K −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 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) = (l) = líquido;
(g) = gás; (aq) = aquoso; (CM) = circuito metálico; [A] = concentração da espécie química A
em mol L−1 e (ua) = unidades arbitrárias.
MASSAS MOLARES
Elemento
Químico
H
C
N
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Ti
Número
Atômico
1
6
7
8
9
11
13
14
15
16
17
18
19
20
22
Massa Molar
(g mol −1)
1,01
12,01
14,01
16,00
19,00
22,99
26,98
28,09
30,97
32,06
35,45
39,95
39,10
40,08
47,88
Cr
Mn
Fe
Zn
Br
Ag
Sb
I
Xe
Ba
Pt
Hg
Pb
24
25
26
30
35
47
51
53
54
56
78
80
82
52,00
54,94
55,85
65,37
79,91
107,87
121,75
126,90
131,30
137,34
195,09
200,59
207,21
As questões de 01 a 20 NÃO devem ser resolvidas no caderno de soluções. Para respondê-las, marque a opção escolhida para cada questão na folha de leitura óptica e na reprodução da folha de leitura óptica (que se encontra na última página do caderno de soluções).
Questão 1
O abaixamento da temperatura de congelamento da água numa solução aquosa com concentração molal de soluto igual a 0,100 mol kg −1 é
0,55 oC. Sabe-se que a constante crioscópica
da água é igual a 1,86 oC kg mol −1 . Qual das
opções abaixo contém a fórmula molecular
CORRETA do soluto?
a) [Ag(NH 3 )]Cl.
b) [Pt(NH 3 )4 Cl2 ]Cl2 .
c) Na[Al(OH)4 ].
d) K 3 [Fe(CN)6 ].
e) K4 [Fe(CN)6 ].
alternativa B
O fenômeno crioscópico pode ser descrito pela lei:
∆TS = K S ⋅ W ⋅ i
Aplicando os dados do exercício temos:
0,55 = 1,86 ⋅ 0,100 ⋅ i ∴ i ≅ 3
Considerando que as substâncias apresentadas
estão totalmente dissociadas, somente o complexo da alternativa B tem i ≅ 3:
1[Pt(NH3 )4 Cl 2 ]Cl 2
H2O
H2O
2+
1[Pt(NH3 )4 Cl 2 ](aq)
+ 2 Cl−(aq)
química 2
Questão 2
Qual das opções apresenta uma substância
que ao reagir com um agente oxidante ([O]),
em excesso, produz um ácido carboxílico?
a) 2-propanol.
b) 2-metil-2-propanol.
c) ciclobutano.
d) propanona.
e) etanol.
alternativa E
Na oxidação do etanol, temos:
Sendo assim, a fração molar de B na fase gasosa
será:
pB
76,2
xB =
=
= 0,52 .
p A + pB
69,2 + 76,2
Questão 4
Uma mistura de azoteto de sódio, NaN 3 (c), e
de óxido de ferro (III), Fe2O 3 (c), submetida a
uma centelha elétrica reage muito rapidamente produzindo, entre outras substâncias, nitrogênio gasoso e ferro metálico. Na reação entre
o azoteto de sódio e o óxido de ferro (III) misturados em proporções estequiométricas, a relação (em mol/mol) N2 (g)/Fe2O 3 (c) é igual a
a)
1
.
2
b) 1.
c)
3
.
2
d) 3.
e) 9.
alternativa E
Questão 3
Uma solução líquida é constituída de
1,2-dibromo etileno (C2 H2 Br2 ) e 2,3-dibromo
propeno (C3 H4 Br2 ). A 85 o C, a concentração do
1,2-dibromo etileno nesta solução é igual a
0,40 (mol/mol). Nessa temperatura as pressões
de vapor saturantes do 1,2-dibromo etileno e do
2,3-dibromo propeno puros são, respectivamente, iguais a 173 mmHg e 127 mmHg. Admitindo que a solução tem comportamento ideal, é
CORRETO afirmar que a concentração (em
mol/mol) de 2,3-dibromo propeno na fase gasosa é igual a
a) 0,40.
b) 0,42.
c) 0,48.
d) 0,52.
e) 0,60.
alternativa D
A = 1,2-dibromo etileno
B = 2,3-dibromo propeno
Então:
Numa solução a soma das frações molares é 1:
x A + xB = 1
0,4 + xB = 1
∴ xB = 0,6
Aplicando a lei de Raoult:
p(solução) = x(solvente) ⋅ p(solvente) , temos:
p A = 0,4 ⋅ 173 = 69,2 mmHg
pB = 0,6 ⋅ 127 = 76,2 mmHg
Cálculo da relação mol/mol entre N 2(g) / Fe 2 O3 (c),
não considerando as demais substâncias formadas:
Através do balanceamento por redox temos:
0
6 NaN3(c) + 1 Fe 2 O3(c) → 9 N 2(g) + 2 Fe(s)
+K
Logo a relação N 2(g) / Fe 2 O3(c) =
9
.
1
Questão 5
Uma determinada substância cristaliza no
sistema cúbico. A aresta da célula unitária
dessa substância é representada por z, a
massa específica por µ e a massa molar por
M. Sendo Nav igual ao número de Avogadro,
qual é a expressão algébrica que permite determinar o número de espécies que formam a
célula unitária desta substância?
a)
z3 µ
M
b)
z3 M
µ
d)
z 3 M Nav
µ
e)
z 3 µ Nav
M
alternativa E
Temos: V =
n =
m
µ
(I)
m
⇒ m = n ⋅M
M
(II)
c)
z3
µ
química 3
x
(III)
Nav
onde x é o número de espécies.
n =
n ⋅M
(IV)
µ
x
⋅M
Substituindo (III) em (IV): V = Nav
µ
Substituindo (II) em (I): V =
3
Como em uma célula unitária V = z , conclui-se
x
⋅M
z 3 µNav
3
Nav
que z =
.
⇒ x =
µ
M
Questão 6
Sabendo que o estado fundamental do átomo
de hidrogênio tem energia igual a −13,6 eV,
considere as seguintes afirmações:
I. O potencial de ionização do átomo de hidrogênio é igual a 13,6 eV.
II. A energia do orbital 1s no átomo de hidrogênio é igual a −13,6 eV.
III. A afinidade eletrônica do átomo de hidrogênio é igual a −13,6 eV.
IV. A energia do estado fundamental da molécula de hidrogênio, H2 (g), é igual a
−(2 × 13,6) eV.
V. A energia necessária para excitar o elétron
do átomo de hidrogênio do estado fundamental para o orbital 2s é menor do que 13,6 eV.
Das afirmações feitas, estão ERRADAS
a) apenas I, II e III.
b) apenas I e III.
c) apenas II e V.
d) apenas III e IV.
e) apenas III, IV e V.
alternativa D
I e II. Corretas. Observe o gráfico:
III. Errada. A afinidade eletrônica é a energia envolvida quando adiciona-se um elétron a um átomo gasoso e isolado.
A afinidade eletrônica é diferente do potencial de
ionização porque a energia do orbital 1s muda em
função do número de elétrons:
E
1s1
≠ E 2
1s
IV. Errada. Na molécula H 2 , os elétrons encontram-se em um orbital molecular de energia diferente do orbital atômico 1s.
V. Correta. A energia para excitar um elétron de
1s para 2s (n = 2) é menor que a energia de ionização (n = ∞).
Questão 7
Qual das substâncias abaixo apresenta o
menor valor de pressão de vapor saturante
na temperatura ambiente?
a) CCl4 .
b) CHCl 3 .
c) C2Cl6 .
d) CH2Cl2 .
e) C2 H 5Cl.
alternativa C
De modo geral, a pressão de vapor a temperatura
ambiente diminui com o aumento de duas grandezas:
1ª) A massa molecular.
2ª) A intensidade de forças de atração intermoleculares.
O C 2 Cl6 apresenta a menor pressão de vapor a
temperatura ambiente porque:
• apresenta uma massa molecular muito maior
que os demais compostos;
• apesar do fato de suas moléculas serem apolares, as dimensões moleculares e o número de
elétrons permitem a formação de apreciáveis dipolos induzidos e, em decorrência, forças intermoleculares de atração que dificultam a mudança
de estado físico.
Questão 8
Considere as seguintes espécies químicas no
estado gasoso, bem como os respectivos átomos assinalados pelos algarismos romanos:
I
II
III
IV
↓
↓
↓
↓
ONNO2 ,
FClO2 ,
ICl 3
e
F4ClO −
Os orbitais híbridos dos átomos assinalados
por I, II, III e IV são respectivamente:
química 4
a) sp2 , sp 3 , dsp 3 e d2 sp 3 .
2
2
3
3
b) sp , sp , sp e dsp .
c) sp 3 , dsp 3 , d2 sp 3 e sp 3 .
d) sp 3 , sp2 , dsp 3 e d2 sp 3 .
e) sp, dsp 3 , sp 3 e dsp 3 .
d) Na temperatura de 195 K e pressões menores do que 1 atm, tem-se que o estado mais
estável do CO2 é o sólido.
e) Na temperatura de 298 K e pressões maiores do que 67 atm, tem-se que o estado mais
estável do CO2 é o gasoso.
alternativa A
alternativa A
Uma estrutura possível e a hibridação correspondente ao átomo indicado são:
Com os dados fornecidos, podemos construir o
seguinte diagrama genérico de fases:
Assim, podemos observar que a pressão do ponto triplo está acima de 1 atm.
Questão 10
Considere os equilíbrios químicos abaixo e
seus respectivos valores de pK (pK = −log K),
válidos para a temperatura de 25 oC (K representa constante de equilíbrio químico).
pK
Fenol:
Questão 9
Na pressão de 1 atm, a temperatura de sublimação do CO2 é igual a 195 K. Na pressão de
67 atm, a temperatura de ebulição é igual a
298 K. Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA sobre as propriedades do
CO2 .
a) A pressão do ponto triplo está acima de
1 atm.
b) A temperatura do ponto triplo está acima
de 298 K.
c) A uma temperatura acima de 298 K e na
pressão de 67 atm, tem-se que o estado mais
estável do CO2 é o líquido.
9,89
C6 H 5 OH (aq)
+
−
H (aq) + C6 H 5 O (aq)
Anilina: C6 H 5 NH2 ( l ) + H2O( l )
C6 H 5 NH 3+ (aq)
9,34
−
+ OH (aq)
4,74
Ácido
CH 3COOH(aq)
acético:
CH 3COO − (aq) + H + (aq)
Amônia: NH 3 (g) + H2O( l )
NH4+ (aq)
o
4,74
−
+ OH (aq)
Na temperatura de 25 C e numa razão de
volumes ≤ 10, misturam-se pares de soluções
aquosas de mesma concentração. Assinale a
opção que apresenta o par de soluções aquosas que ao serem misturadas formam uma
solução tampão com pH próximo de 10.
química 5
alternativa B
a) C6 H 5 OH(aq) / C6 H 5 NH2 (aq).
b) C6 H 5 NH2 (aq) / C6 H 5 NH 3Cl(aq).
Para a situação descrita, temos:
c) CH 3COOH(aq) / NaCH 3COO(aq).
v I = k I [A]0
(I)
d) NH 3 (aq) / NH4Cl(aq).
v II = k II [A]0
(II)
e) NaCH 3COO(aq) / NH4Cl(aq).
A concentração de meia-vida é metade da inicial:
[A]1/ 2 =
alternativa D
A 25 o C , misturando-se volumes iguais (razão entre volumes menor que 10) de soluções de mesma concentração de NH3(aq) e NH4Cl(aq) , teremos a seguinte situação:
NH +
NH3(aq) + H 2 O( l)
[OH − ] =
[NH3 ]
[NH4+ ]
4(aq)
−
+ OH(aq)
[A]0
2
Substituindo em (I) e (II) e resolvendo, temos:
ln2
(t1/ 2 )I =
(III)
kI
(t1/ 2 )II =
ln2
k II
(IV)
Então, a razão entre (III) e (IV) é:
⋅ K b , como [NH3 ] ≅ [NH4+ ]
(t1/ 2 )II
kI
.
=
k II
(t1/ 2 )I
temos:
[OH − ] ≅ K b ≅ 10 − pK b ≅ 1,82 ⋅ 10 −5
Questão 12
[OH − ] ⋅ [H + ] = 10 −14
[H + ] ≅
10 −14
1,82 ⋅ 10 −5
≅ 5,5 ⋅ 10 −10
pH ≅ −log [H + ] = −log 5,5 ⋅ 10 −10
pH ≅ 9,3 (valor próximo de 10)
Questão 11
A decomposição química de um determinado gás A (g) é representada pela equação:
A (g) → B (g) + C (g). A reação pode ocorrer
numa mesma temperatura por dois caminhos
diferentes (I e II), ambos com lei de velocidade de primeira ordem. Sendo v a velocidade
da reação, k a constante de velocidade, ∆H a
variação de entalpia da reação e t1/ 2 o tempo
de meia-vida da espécie A, é CORRETO
afirmar que
a) ∆HI < ∆HII .
c) kI =
e)
[B][C]
.
[A]
vI
k
= II .
vII
kI
b)
kI
(t
)
= 1 / 2 II .
kII
(t1 / 2 )I
d) vII = kII
[B][C]
.
[A]
Para minimizar a possibilidade de ocorrência de superaquecimento da água durante o
processo de aquecimento, na pressão ambiente, uma prática comum é adicionar pedaços
de cerâmica porosa ao recipiente que contém a água a ser aquecida. Os poros da cerâmica são preenchidos com ar atmosférico,
que é vagarosamente substituído por água
antes e durante o aquecimento. A respeito
do papel desempenhado pelos pedaços de
cerâmica porosa no processo de aquecimento da água são feitas as seguintes afirmações:
I. a temperatura de ebulição da água é aumentada.
II. a energia de ativação para o processo de
formação de bolhas de vapor de água é diminuída.
III. a pressão de vapor da água não é aumentada.
IV. o valor da variação de entalpia de vaporização da água é diminuído.
Das afirmações acima está(ão) ERRADA(S)
a) apenas I e III.
b) apenas I, III e IV.
c) apenas II.
d) apenas II e IV.
e) todas.
química 6
alternativa B
Um líquido pode ser aquecido momentaneamente
a uma temperatura superior à sua Te sem entrar
em ebulição. Esse fenômeno é conhecido como
superaquecimento. Nessas condições, pode ocorrer a formação de bolhas grandes, o que é inconveniente para os procedimentos de laboratório.
A colocação de cacos de cerâmica porosa ou outros materiais permite uma formação mais fácil de
pequenas e numerosas bolhas de vapor de água
(diminuição da energia de ativação). Portanto, a
afirmação II é correta.
A temperatura de ebulição e o ∆H de vaporização
não são alterados pela presença da cerâmica
(afirmações I e IV são erradas).
Durante o aquecimento da água e o conseqüente
aumento da temperatura ocorre um aumento da
pressão de vapor (afirmação III está errada).
Questão 13
Considere as seguintes comparações de calores específicos dos respectivos pares das
substâncias indicadas.
I. tetracloreto de carbono (l, 25 oC) > metanol
(l, 25 oC).
II. água pura (l, −5 oC) > água pura (s, −5 oC).
III. alumina (s, 25 oC) > alumínio (s, 25 oC).
IV. isopor (s, 25 oC) > vidro de janela (s, 25 oC).
Das comparações feitas, está(ão) CORRETA(S)
a) apenas I e II.
b) apenas I, II e III.
c) apenas II.
d) apenas III e IV.
e) apenas IV.
alternativa E
O calor específico (J/g ⋅ oC ) de um material depende fundamentalmente da composição, da estrutura e do relacionamento entre as partículas
existentes.
Então:
I. Incorreta. O metanol apresenta atrações intermoleculares (ligações de hidrogênio) mais fortes
que o CCl4 .
II. Incorreta. O gelo apresenta um número maior
de ligações de hidrogênio que a água líquida.
III. Incorreta. Os cristais iônicos (Al 2 O3 ) apresentam, tipicamente, menores calores específicos
que os cristais metálicos (Al).
IV. Correta. O isopor é constituído de macromoléculas ao passo que o vidro é um material amorfo
formado de partículas menores.
Questão 14
Considere a reação representada pela equação química 3A(g) + 2B(g) → 4E(g). Esta
reação ocorre em várias etapas, sendo que a
etapa mais lenta corresponde à reação representada pela seguinte equação química:
A(g) + C(g) → D(g). A velocidade inicial desta
última reação pode ser expressa por
∆[ A ]
−
= 5,0 mol s−1 . Qual é a velocidade ini∆t
cial da reação (mol s−1 ) em relação à espécie
E?
a) 3,8.
b) 5,0.
c) 6,7.
d) 20.
e) 60.
alternativa C
Em um processo químico com várias etapas, a
etapa mais lenta é a determinante da velocidade
de todo o processo. Então, ocorre o consumo de
5 mols de A por segundo.
Usando-se os coeficientes estequiométricos, temos:
5 mols A 4 mols E
mols E
⋅
≅ 6,7
s
3 mols A
s
∆[A ]
do enunciaObs.: considerando a notação −
∆t
do, a unidade de velocidade seria mol ⋅ l−1 ⋅ s −1 .
Questão 15
Indique a opção que contém a equação química de uma reação ácido-base na qual a
água se comporta como base.
a) NH 3 + H2O
NH4OH.
b) NaNH2 + H2O
NH 3 + NaOH.
c) Na2CO 3 + H2O
NaHCO 3 + NaOH.
d) P2O 5 + 3H2O
2H 3 PO4 .
e) TiCl4 + 2H2O
TiO2 + 4HCl.
alternativa D
Um esquema para visualizar a água comportando-se como base (doador de par de elétrons) é:
química 7
Questão 16
Dois compartimentos, 1 e 2, têm volumes
iguais e estão separados por uma membrana
de paládio, permeável apenas à passagem de
hidrogênio. Inicialmente, o compartimento 1
contém hidrogênio puro (gasoso) na pressão
PH2 , puro = 1 atm, enquanto que o compartimento 2 contém uma mistura de hidrogênio
e nitrogênio, ambos no estado gasoso, com
pressão total Pmist = (PH2 + PN2 ) = 1 atm.
Após o equilíbrio termodinâmico entre os
dois compartimentos ter sido atingido, é
CORRETO afirmar que:
a) PH2 , puro = 0.
e) Durante a realização do Experimento 1, a
concentração de íons manganês presentes no
sólido diminui.
alternativa D
No experimento 1, temos:
MnO 2(s) + 4 HCl(aq) →
→ MnCl 2(aq) + Cl 2(g) + 2 H 2 O( l)
O gás liberado foi Cl 2 .
No experimento 2, temos:
Cl 2(g) + 2 KI(aq) → I 2(g) + 2 KCl(aq)
(violeta)
Portanto a concentração de iodeto diminui.
b) PH2 , puro = PN2 , mist .
Questão 18
d) PH2 , puro = PH2 , mist .
Duas soluções aquosas (I e II) contêm, respectivamente, quantidades iguais (em mol) e
desconhecidas de um ácido forte, K >> 1, e de
um ácido fraco, K ≅ 10−10 (K = constante de
dissociação do ácido). Na temperatura constante de 25 o C, essas soluções são tituladas
com uma solução aquosa 0,1 mol L−1 de
NaOH. A titulação é acompanhada pela medição das respectivas condutâncias elétricas
das soluções resultantes. Qual das opções
abaixo contém a figura com o par de curvas
que melhor representa a variação da condutância elétrica (Cond.) com o volume de
NaOH (VNaOH ) adicionado às soluções I e II,
respectivamente?
a)
b)
c) PH2 , puro = Pmist .
e) Pcompartimento 2 = 2 atm.
alternativa D
Haverá passagem de H 2(g) do compartimento 1
para o compartimento 2 até a pressão de H 2 puro
(PH 2 , puro) igualar-se à pressão parcial do H 2 na
mistura (PH 2 , mist .).
Questão 17
A uma determinada quantidade de dióxido de
manganês sólido, adicionou-se um certo volume de ácido clorídrico concentrado até o desaparecimento completo do sólido. Durante a
reação química do sólido com o ácido observou-se a liberação de um gás (Experimento
1). O gás liberado no Experimento 1 foi borbulhado em uma solução aquosa ácida de iodeto de potássio, observando-se a liberação de
um outro gás com coloração violeta (Experimento 2). Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA relativa às observações
realizadas nos experimentos acima descritos.
a) No Experimento 1, ocorre formação de
H2 (g).
b) No Experimento 1, ocorre formação de
O2 (g).
c) No Experimento 2, o pH da solução aumenta.
d) No Experimento 2, a concentração de iodeto na solução diminui.
c)
e)
d)
química 8
alternativa C
As curvas de titulação devem ter pontos de inflexão num mesmo volume de base, já que as titulações são feitas nas mesmas condições (exclui-se
a alternativa B).
Após a inflexão das curvas as condutividades aumentam devido ao excesso de íons Na + e OH −
que não reagem (excluem-se as alternativas D e E).
Um ácido forte tem alta condutividade e um ácido
fraco tem baixa condutividade (exclui-se a alternativa A).
Questão 19
Num cilindro, provido de um pistão móvel sem
atrito, é realizada a combustão completa de
carbono (grafita). A temperatura no interior
do cilindro é mantida constante desde a introdução dos reagentes até o final da reação.
Considere as seguintes afirmações:
I. A variação da energia interna do sistema é
igual a zero.
II. O trabalho realizado pelo sistema é igual
a zero.
III. A quantidade de calor trocada entre o sistema e a vizinhança é igual a zero.
IV. A variação da entalpia do sistema é igual
à variação da energia interna.
Destas afirmações, está(ão) CORRETA(S)
a) apenas I.
b) apenas I e IV.
c) apenas I, II e III.
d) apenas II e IV.
e) apenas III e IV.
alternativa D
Questão 20
Considere o elemento galvânico mostrado
na figura a seguir. O semi-elemento A contém uma solução aquosa, isenta de oxigênio, 0,3 mol L −1 em Fe2 + e 0,2 mol L −1
em Fe 3 + . O semi-elemento B contém uma
solução aquosa, também isenta de oxigênio,
0,2 mol L−1 em Fe2 + e 0,3 mol L−1 em Fe 3 + .
M é um condutor metálico (platina). A temperatura do elemento galvânico é mantida constante num valor igual a 25 oC. A partir do
instante em que a chave “S” é fechada, considere as seguintes afirmações:
I. O sentido convencional de corrente elétrica
ocorre do semi-elemento B para o semi-elemento A.
II. Quando a corrente elétrica for igual a
zero, a relação de concentrações [Fe 3 + (aq)] /
[Fe2 + (aq)] tem o mesmo valor tanto no semielemento A como no semi-elemento B.
III. Quando a corrente elétrica for igual a zero,
a concentração de Fe2 + (aq) no semi-elemento
A será menor do que 0,3 mol L−1 .
IV. Enquanto o valor da corrente elétrica for
diferente de zero, a diferença de potencial entre os dois semi-elementos será maior do que
0,118 log (3/2).
V. Enquanto corrente elétrica fluir pelo circuito, a relação entre as concentrações
[Fe 3 + (aq)] / [Fe2 + (aq)] permanece constante
nos dois semi-elementos.
A combustão completa (total) da grafite é representada por:
C(s) + O 2(g) → CO 2(g)
A relação entre as grandezas termodinâmicas,
energia interna (∆U), variação de entalpia (∆H) e o
trabalho realizado é expressa pela relação:
∆H = ∆U + τ
Nas condições do experimento, o trabalho (τ) é
exercido em função da variação do número de
mols de gás (∆n). Observando a equação química, concluímos que ∆n = 0 (1 mol O 2 → 1 mol
CO 2 ).
Então:
τ=0
∆U = ∆H
As únicas afirmações corretas são II e IV.
Das afirmações feitas, estão CORRETAS
a) apenas I, II e III.
b) apenas I, II e IV.
c) apenas III e V.
d) apenas IV e V.
e) todas.
química 9
alternativa A
o
3+
2+
Como o E red
. do Fe(aq) é maior que o do Fe(aq) e
como o valor do potencial depende da concentração molar da espécie, a semi-célula que tiver a
3+
maior concentração molar de íons Fe(aq)
será o
cátodo da pilha. Nesse caso, o eletrodo B atuará
como cátodo e o eletrodo A como ânodo.
As semi-reações de eletrodo serão:
3+
Catódica: Fe(aq)
+ 1e −
2+
Anódica: Fe(aq)
oxi.
red.
2+
Fe(aq)
3+
Fe(aq)
+ 1e −
(B)
(A)
I. Correta. Numa pilha o sentido convencional da
corrente é do cátodo (B) para o ânodo (A).
II. Correta. Quando a corrente for nula, a célula
entrou em equilíbrio, desse modo, o E red. (A) é
igual ao E red. (B). Assim sendo, aplicando-se a
equação de Nernst tem-se que:
o
E red. (B) = E red.
+ 0,0592 log
o
E oxi. (A) = E oxi.
− 0,0592 log
o
E red. (A) = E red.
+ 0,0592 log
[Fe
3+
]
[Fe 2 + ]
[Fe3 + ]
(II) ou
[Fe 2 + ]
[Fe
3+
(I)
]
[Fe 2 + ]
(III)
Para que (I) seja igual a (III), a relação
[Fe3 + ]/ [Fe 2 + ] deve ser a mesma nas duas
equações.
III. Correta. No eletrodo A ocorrerá consumo dos
íons Fe 2 + até que o sistema entre em equilíbrio
(i = 0). Desse modo, a [Fe 2 + ] , no equilíbrio, será
menor que no início, ou seja, inferior a 0,3 mol ⋅ L−1 .
IV. Incorreta. O cálculo da ddp entre os eletrodos
pode ser feito usando-se a expressão:
ddp = E red.(B) − E red.(A) =
= 0,0592 log
= 0,0592 log
[Fe3 + ]B
[Fe
2+
]B
− 0,0592 log
[Fe3 + ] A
[Fe 2 + ] A
=
[Fe3 + ]B ⋅ [Fe 2 + ] A
[Fe 2 + ]B ⋅ [Fe3 + ] A
Substituindo os valores das concentrações iniciais
tem-se:
0,3 ⋅ 0,3
3
ddp = 0,0592 log
= 0,1184 log
V
0,2 ⋅ 0,2
2
Como a ddp diminui com o funcionamento da pi3
lha, ela nunca será maior do que 0,1184 log
V.
2
V. Incorreta. Até o equilíbrio ser atingido, a relação
[Fe3 + ]/ [Fe 2 + ] aumenta em A e diminui em B.
As questões dissertativas, numeradas de
21 a 30, devem ser respondidas no caderno de soluções.
Questão 21
Quando submersos em “águas profundas”, os
mergulhadores necessitam voltar lentamente
à superfície para evitar a formação de bolhas
de gás no sangue.
i) Explique o motivo da NÃO formação de bolhas de gás no sangue quando o mergulhador
desloca-se de regiões próximas à superfície
para as regiões de “águas profundas”.
ii) Explique o motivo da NÃO formação de
bolhas de gás no sangue quando o mergulhador desloca-se muito lentamente de regiões
de “águas profundas” para as regiões próximas da superfície.
iii) Explique o motivo da FORMAÇÃO de bolhas de gás no sangue quando o mergulhador
desloca-se muito rapidamente de regiões de
“águas profundas” para as regiões próximas
da superfície.
Resposta
I. O deslocamento da superfície para a região das
águas profundas aumenta a pressão sobre o mergulhador ( p = patm. + págua ). Em decorrência
disso, a quantidade de N 2 dissolvido no sangue
aumenta devido à maior solubilidade de N 2 no
sangue.
II. Devido à maior presença de gases dissolvidos
no sangue, o mergulhador precisa voltar lentamente de modo que ocorram as trocas gasosas,
permitindo o decréscimo gradativo de N 2 dissolvido sem atingir a saturação.
III. Em "águas profundas", a quantidade de gases
dissolvidos no sangue é significativamente maior
(devido à maior solubilidade de gases a altas
pressões) do que na superfície.
O deslocamento rápido para superfície impõe um
decréscimo na pressão sobre o mergulhador e,
portanto, na solubilidade, provocando saturação e
formação das bolhas.
química 10
Questão 22
Descreva um processo que possa ser utilizado
na preparação de álcool etílico absoluto, 99,5 %
(m/m), a partir de álcool etílico comercial,
95,6 % (m/m). Sua descrição deve conter:
i) A justificativa para o fato da concentração
de álcool etílico comercial ser 95,6 % (m/m).
ii) O esquema da aparelhagem utilizada e a
função de cada um dos componentes desta
aparelhagem.
iii) Os reagentes utilizados na obtenção do álcool etílico absoluto.
iv) As equações químicas balanceadas para
as reações químicas envolvidas na preparação do álcool etílico absoluto.
v) Seqüência das etapas envolvidas no processo de obtenção do álcool etílico absoluto.
(4) No condensador ocorre a condensação dos
vapores de cada uma das frações.
(5) Este recipiente contém a mistura álcool comercial mais benzeno, a ser destilada (balão de destilação).
(6) Balão que contém a fração destilada.
iii) Após a destilação com benzeno, a fração rica
em álcool é colocada para reagir CaO(s) ou outro
reagente que combine-se rapidamente com a
água residual.
iv) CaO + H 2 O → Ca(OH) 2
v)
Resposta
i) O álcool etílico comercial 95,6% (m/m) é uma
mistura azeotrópica que não pode ser desdobrada por uma destilação comum.
ii) A operação básica é a destilação fracionada
com adição de benzeno, que forma um azeótropo
novo (água, álcool e benzeno) com temperatura
de ebulição menor que o álcool:
Questão 23
Determine a massa específica do ar úmido, a
25 o C e pressão de 1 atm, quando a umidade
relativa do ar for igual a 60 %. Nessa temperatura, a pressão de vapor saturante da
água é igual a 23,8 mmHg. Assuma que o ar
seco é constituído por N2 (g) e O2 (g) e que as
concentrações dessas espécies no ar seco são
iguais a 79 e 21 % (v/v), respectivamente.
Resposta
(1) Leitura de temperatura para identificação das
frações:
Tmenor : fração azeótropo.
Tmaior : fração álcool com teor maior que 95,6%.
(2) Permite um resfriamento prévio que leva a fração de maior Te (álcool) de volta ao estado líquido
e, por gravidade, ao frasco de destilação.
(3) Água de refrigeração.
Na mistura gasosa que constitui o ar atmosférico
úmido (N 2 , O 2 e H 2 O ) as pressões parciais das
espécies são:
60
pH 2 O =
⋅ 23,8 = 14,28 mmHg
100
79
pN 2 =
⋅ (760 − 14,28) = 589,12 mmHg
100
21
pO 2 =
⋅ (760 − 14,28) = 156,60 mmHg
100
Na mistura, essas pressões apresentam as seguintes porcentagens:
14,28
% pH 2 O =
⋅ 100% = 1,88%
760
589,12
% pN 2 =
⋅ 100% = 77,52%
760
química 11
% pO 2 =
156,60
⋅ 100% = 20,60%
760
Sendo a pressão parcial de um gás na mistura diretamente proporcional ao seu número de mols,
temos que a massa molar média do ar atmosférico úmido será:
1,88% M H 2 O + 77,52% M N 2 + 20,60% M O 2 =
= 1,88% ⋅ 18,02 + 77,52% ⋅ 28,02 +
g
+ 20,60% ⋅ 32 = 28,65
mol
Assim:
m
onde M = massa molar média do
pV =
RT
M
ar atmosférico úmido
pM
d =
RT
760 ⋅ 28,65
d =
= 1,17 g L−1
62,4 ⋅ 298
Questão 24
A figura a seguir apresenta esboços de curvas
representativas da dependência da velocidade de reações químicas com a temperatura.
Na Figura A é mostrado como a velocidade de
uma reação de combustão de explosivos depende da temperatura. Na Figura B é mostrado como a velocidade de uma reação catalisada por enzimas depende da temperatura. Justifique, para cada uma das Figuras, o efeito
da temperatura sobre a velocidade das respectivas reações químicas.
Resposta
a) A velocidade da reação aumenta lentamente
até atingir a temperatura de explosão. A partir
desse ponto, a velocidade cresce bruscamente
devido à energia fornecida pela própria reação e
ao aumento da superfície de contato com o oxigênio do ar.
b) As enzimas são proteínas e dependem de uma
temperatura ótima para realizar as reações. Antes
de atingir o ponto ótimo (maior velocidade) a velocidade cresce conforme aumento da temperatura.
Após atingir o ponto máximo, a enzima tem sua
estrutura protéica alterada pela temperatura (desnaturação) de modo que perde eficiência na catálise da reação, ocorrendo decréscimo na velocidade.
Questão 25
A corrosão da ferragem de estruturas de
concreto ocorre devido à penetração de água
através da estrutura, que dissolve cloretos
e/ou sais provenientes da atmosfera ou da
própria decomposição do concreto. Essa solução eletrolítica em contacto com a ferragem
forma uma célula de corrosão.
A Figura A, a seguir, ilustra esquematicamente a célula de corrosão, formada.
No caderno de soluções, faça uma cópia desta
figura no espaço correspondente à resposta a
esta questão. Nesta cópia
i) identifique os componentes da célula de
corrosão que funcionam como anodo e catodo
durante o processo de corrosão e
ii) escreva as meia-reações balanceadas para
as reações anódicas e catódicas.
A Figura B, a seguir, ilustra um dos métodos
utilizados para a proteção da ferragem metálica contra corrosão.
No caderno de soluções, faça uma cópia desta
figura, no espaço correspondente à resposta a
esta questão. Nesta cópia
i) identifique os componentes da célula eletrolítica que funcionam como anodo e catodo
durante o processo de proteção contra corrosão e
ii) escreva as meia-reações balanceadas para
as reações anódicas e catódicas.
química 12
•
Reação catódica:
Fe 2 + + 2 e − → Fe
• Reação anódica: nas baterias e/ou 2 Cl− →
→ Cl 2 + 2 e − .
Outra maneira de proteção contra corrosão está
esquematizada a seguir:
Sugira um método alternativo para proteção
da ferragem de estruturas de concreto contra
corrosão.
Resposta
Questão 26
Escreva a estrutura de Lewis para cada uma
das moléculas abaixo, prevendo a geometria
molecular (incluindo os ângulos de ligação) e
os orbitais híbridos no átomo central.
a) XeOF4
b) XeOF2
c) XeO4
d) XeF4
Resposta
Dependendo da concentração de oxigênio e impurezas, serão formadas áreas de oxidação e redução ao longo da estrutura de Fe.
• Áreas anódicas: baixa concentração de O 2(g) e
alta concentração de íons.
Equação anódica: Fe(s) →
2+
Fe(aq)
+ 2e
A estrutura possível, a geometria e a hibridação
correspondentes ao átomo central para cada
composto é:
a)
−
• Áreas catódicas: alta concentração de O 2(g) e
baixa concentração de íons.
Equação catódica: O 2 + 2 H 2 O + 4 e − → 4 OH −
•
geometria quadrado piramidal
• hibridação
sp3 d 2
b)
•
•
geometria em T
hibridação sp3 d
c)
•
geometria tetraédrica
• hibridação sp3
d)
Nessa figura, temos representada uma proteção
catódica, isto é, uma fonte de tensão é instalada
na estrutura e impõe sobre ela uma sobrevoltagem, fornecendo elétrons no lugar do Fe.
•
geometria quadrado planar
hibridação
sp3 d 2
química 13
II. 40
19 K +
Questão 27
Explique por que a temperatura de hidrogenação de ciclo-alcanos, catalisada por níquel
metálico, aumenta com o aumento da quantidade de átomos de carbono presentes nos ciclo-alcanos.
Resposta
Os ciclo-alcanos tornam-se mais estáveis conforme aumenta o número de átomos de carbono no
ciclo. Deste modo, a temperatura necessária para
a hidrogenação catalisada por níquel metálico
será maior nos ciclo-alcanos superiores. A explicação destes fatos pode ser encontrada nos ângulos de ligação dos átomos de carbono nos ciclos. Lembrando que um carbono saturado (sp3 )
é mais estável com ângulos de ligação de109o 28’
temos:
O processo representado pela equação I é responsável por 89,3 % do decaimento radioativo
do 40
19 K , enquanto que o representado pela
equação II contribui com os 10,7 % restantes.
Sabe-se, também, que a razão em massa de
40
40
18 Ar e 19 K pode ser utilizada para a datação
de materiais geológicos.
Determine a idade de uma rocha, cuja razão
40
em massa de 40
18 Ar/19 K é igual a 0,95. Mostre
os cálculos e raciocínios utilizados.
Resposta
A cada tempo de meia-vida, 10,7% da metade da
40
massa do potássio é convertida em 18
Ar. Dessa
forma, pode-se montar uma tabela relacionando a
40
40
massa de 19
K e a massa formada de 18
Ar.
t1
0
1
2
3
40
19 K
M
M
2
M
4
M
8
40
18 Ar
O
0,107
2
A partir do ciclo-butano, as moléculas não são
planas permitindo que os átomos de carbono
apresentem ângulos de ligação mais próximos do
valor mais estável (109o 28' ).
Por exemplo, no ciclo-hexano temos dois isômeros conformacionais
nos quais os ângulos de ligação conferem à estrutura uma maior estabilidade.
0
40
−1 e → 18 Ar
M
2
0,107
0,107
M
8
Passados n tempos de meia-vida, a massa de
40
18 Ar total na rocha é a soma de uma PG de terM
1
e razão
, isto é,
mo inicial 0,107
2
2
  1 n

   −1
M 2 
 =
m Ar = 0,107
⋅
2  1 −1 
 2




1
= 0,107M ⋅ 1 − 
2




n



e a massa de potássio é mK =
Questão 28
M
4
M
2n
.
Logo:
m Ar
= 0,107 ⋅ (2 n − 1)
mK
O tempo de meia-vida (t 1/2 ) do decaimento
radioativo do potássio 40 ( 40
19 K) é igual a
Para
1,27 x 109 anos. Seu decaimento envolve os
dois processos representados pelas equações
seguintes:
⇔ 8,88 = 2 n − 1 ⇔ 2 n = 9,88 ⇔ n = log 2 9,88 ~
~ 3,3 tempos de meia-vida.
I. 40
19 K →
0
40
20 Ca + −1 e
m Ar
= 0,95 , temos 0,95 = 0,107 (2 n − 1) ⇔
mK
Logo, a rocha tem aproximadamente 3,3 ⋅ 1,27 =
= 4,19 bilhões de anos.
química 14
iii) Adicionando-se, gota a gota, NH4OH(aq) à mistura final, observa-se a formação de um precipitado gelatinoso verde-azulado de Cr(OH)3 :
Questão 29
Os seguintes experimentos foram realizados
para determinar se os cátions Ag+ , Pb2 + ,
Sb2 + , Ba2 + e Cr 3 + eram espécies constituintes de um sólido de origem desconhecida e
solúvel em água.
a) Uma porção do sólido foi dissolvida em
água, obtendo-se uma solução aquosa chamada de X.
b) A uma alíquota de X foram adicionadas algumas gotas de solução aquosa concentrada
em ácido clorídrico, não sendo observada nenhuma alteração visível na solução.
c) Sulfeto de hidrogênio gasoso, em quantidade suficiente para garantir a saturação da
mistura, foi borbulhado na mistura resultante do Experimento B, não sendo observada
nenhuma alteração visível nessa mistura.
d) A uma segunda alíquota de X foi adicionada, gota a gota, solução aquosa concentrada
em hidróxido de amônio. Inicialmente, foi observada a turvação da mistura e posterior desaparecimento dessa turvação por adição de
mais gotas da solução de hidróxido de amônio.
A respeito da presença ou ausência dos cátions
Ag+ , Pb2 + , Sb2 + , Ba2 + e Cr 3 + , o que se pode
concluir após as observações realizadas no
i) Experimento B?
ii) Experimento C?
iii) Experimento D?
Sua resposta deve incluir equações químicas
balanceadas para as reações químicas observadas e mostrar os raciocínios utilizados.
Qual(ais) dentre os cátions Ag+ , Pb2 + , Sb2 + ,
Ba2 + e Cr 3 + está(ão) presente(s) no sólido?
Resposta
Analisando-se a seqüência feita, têm-se:
i) A adição de HCl(aq) à mistura de cátions provocaria a precipitação dos cloretos de prata e de
chumbo (II). Como isso não foi observado, conclui-se que não há Ag + ou Pb 2 + na mistura inicial.
ii) A ausência de um precipitado após a adição de
H 2 S(g) à mistura resultante indica que a solução
não contém íons de antimônio, pois estes formam
sulfetos alaranjados insolúveis. Já os sulfetos de
bário e cromo (III) são solúveis ou não se formam
em presença de água.
3+
Cr(aq)
+ 3 NH4OH(aq)
+
Cr(OH)3(s) + 3 NH4(aq)
Em excesso de solução amoniacal, ocorre a dissolução do precipitado devido à formação de
complexos amoniacais solúveis de cromo violeta
ou rosado:
Cr(OH)3(s) + 6 NH4OH(aq) →
→ [Cr(NH3 )6 ](OH)3(aq) + 6 H 2 O ( l )
Já os íons Ba 2 + não precipitam em meio amoniacal. Logo, o único íon presente na amostra inicial
é o Cr 3 + .
Comentário: a literatura afirma que as formas
mais comuns dos íons de antimônio são Sb3 + e
Sb5 + e não Sb 2 + como indicado no enunciado
do exercício.
Questão 30
Um elemento galvânico, chamado de I, é
constituído pelos dois eletrodos seguintes,
separados por uma membrana porosa:
IA. Chapa de prata metálica, praticamente
pura, mergulhada em uma solução 1 mol L−1
de nitrato de prata.
IB. Chapa de zinco metálico, praticamente
puro, mergulhada em uma solução 1 mol L−1
de sulfato de zinco.
Um outro elemento galvânico, chamado de II,
é constituído pelos dois seguintes eletrodos,
também separados por uma membrana porosa:
IIA. Chapa de cobre metálico, praticamente
puro, mergulhada em uma solução 1 mol L−1
de sulfato de cobre.
IIB. Chapa de zinco metálico, praticamente
puro, mergulhada em uma solução 1 mol L−1
de sulfato de zinco.
Os elementos galvânicos I e II são ligados em
série de tal forma que o eletrodo IA é conectado ao IIA, enquanto que o eletrodo IB é conectado ao IIB. As conexões são feitas através de fios de cobre. A respeito desta montagem
i) faça um desenho esquemático dos elementos galvânicos I e II ligados em série. Neste
desenho indique:
química 15
ii) quem é o elemento ativo (aquele que fornece energia elétrica) e quem é o elemento passivo (aquele que recebe energia elétrica),
iii) o sentido do fluxo de elétrons,
iv) a polaridade de cada um dos eletrodos: IA,
IB, IIA e IIB e
v) as meia-reações eletroquímicas balanceadas para cada um dos eletrodos.
Resposta
O esquema representativo desta associação em
série é:
+
v) IA : 2 Ag (aq)
+ 2 e−
oxi .
IB : Zn(s)
oxi .
IIA : Cu (s)
red .
2 Ag (s)
2+
Zn(aq)
+ 2 e−
2+
Cu (aq)
+ 2 e−
2+
IIB : Zn(aq)
+ 2 e−
red .
Zn(s)