GGE RESPONDE IME 2020 QUÍMICA (2ª FASE) GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 1 01. Calcule a variação de entalpia (em J) no processo de decomposição de 600 mg de nitroglicerina (C3H5N3O9) que produz nitrogênio, dióxido de carbono e oxigênio gasosos, além de água líquida. Dados: 0 f H (C3H5N3O9(ℓ)) = − 354 kJ/mol; 0 f H (H2O(ℓ)) = − 286 kJ/mol; 0 f H (CO2(g)) = − 394 kJ/mol. Resolução: 3 5 3 9(L) 2(g) 2(g) 2 (g) 2(g) 3 5 3 9 4C H N O 6N 12CO 10H O O M(C HN O ) 227g / mol o o o o o c f 2(g) f 2(g) f 2 f 2(g) f 3 5 3 9(L) o c o c H [6 H (N ) 12 H (CO ) 10 H (H O) H (O )] [4 H (C H N O )] H [6 (0) 12 ( 394) 10 ( 286) 1 (0)] [4( 354)] H 6172 kJ 3 5 3 9 3 5 3 9 3 5 3 9 4molC H N O 6172kJ 4 227g C H N O 6172kJ 0,6gC H N O x 4 227x 0,6 6172 0,6 6172 x 4,0784kJ 4 227 x 4078,4J 02. Determine a massa de hidrogênio ionizado em 1 L de uma solução 0,1 molar de um ácido monoprótico em água com constante de ionização igual a 1,69 x 10 −3 . Resolução: (aq) HA H A + − 0 3 [HA] 0,1 M Ka (HA) 1,69 10 V 1L − = = = (aq) (aq) (aq) HA H A ; Ka i 0,1 0 0 R/F x x x EQ 0,1 x x x 0,1 x 0,1 + − + − + + − − ˆˆˆ† ‡ˆˆˆ
12
Embed
GGE RESPONDE IME 2020 QUÍMICA (2ª FASE) · GGE RESPONDE IME 2020 QUÍMICA (2ª FASE) GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 4 04. Os compostos A e B sofrem Esterificação
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 1
01. Calcule a variação de entalpia (em J) no processo de decomposição de 600 mg de nitroglicerina (C3H5N3O9) que produz nitrogênio, dióxido de carbono e oxigênio gasosos, além de água líquida.
Dados:
0
fH (C3H5N3O9(ℓ)) = − 354 kJ/mol; 0
fH (H2O(ℓ)) = − 286 kJ/mol; 0
fH (CO2(g)) = − 394 kJ/mol.
Resolução:
3 5 3 9(L) 2(g) 2(g) 2 (g) 2(g) 3 5 3 94C H N O 6N 12CO 10H O O M(C H N O ) 227g / mol
o o o o oc f 2(g) f 2(g) f 2 f 2(g) f 3 5 3 9(L)
oc
oc
H [6 H (N ) 12 H (CO ) 10 H (H O) H (O )] [4 H (C H N O )]
H [6 (0) 12 ( 394) 10 ( 286) 1 (0)] [4( 354)]
H 6172 kJ
3 5 3 9
3 5 3 9
3 5 3 9
4molC H N O 6172kJ
4 227g C H N O 6172kJ
0,6gC H N O x
4 227x 0,6 6172
0,6 6172x 4,0784kJ
4 227
x 4078,4J
02. Determine a massa de hidrogênio ionizado em 1 L de uma solução 0,1 molar de um ácido monoprótico em água
com constante de ionização igual a 1,69 x 10−3. Resolução:
(aq)HA
H A+ −
0
3
[HA] 0,1M
Ka (HA) 1,69 10
V 1L
−
=
=
=
(aq) (aq) (aq)HA H A ; Ka
i 0,1 0 0
R / F x x x
EQ 0,1 x x x
0,1 x 0,1
+ −+
− + +
−
−
ˆ ˆ †̂‡ ˆ ˆ̂
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 2
23
1
2 4 3 2 3 4
3 3 2 4
3 22 2
H H
H H
[H ] [A ] xKa 1,69 10
[HA] 10 x
x 1,69 10 1,69 10 x x 1,69 10 x 1,69 10 0
1,69 10 x (1,69 10 ) 4 1,69 10x
2
1,69 10 2,6 10x x 1,21 10 [H ] 1,21 10 M
2
n [H ] V m [
m n m(H )
+ +
+ +
+ −−
−
− − − −
− − −
− −− + −
+
+
= =−
= − + − =
− + + =
− + = = =
= =
= 22
HH
H ] V M (H )
m 1,21 10 gm 1,21 10 1 1 ++
+ +
−−
= =
03. Considere a reação de decomposição da nitramida em solução aquosa:
NH2NO2(aq) → N2O(g) + H2O(ℓ)
Sabendo-se que a lei de velocidade, determinada experimentalmente, é dada pela expressão foram propostos três possíveis mecanismos para a reação:
Com base nas informações acima, determine se cada mecanismo proposto é compatível com a expressão da velocidade experimental, fundamentando suas respostas. Resolução: MECANISMO I:
1. 1
1
K
2 2 2 2 3KNH NO H O NHNO H O
−
− ++ +ˆ ˆ ˆ †̂‡ ˆ ˆ ˆ̂ (Equilíbrio rápido)
2. 2K
2 2 2NH NO N O OH− +⎯⎯ + (Etapa Lenta)
3. 3K
3 2H O OH 2H O+ −+ ⎯⎯→ (Etapa Rápida)
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 3
ETAPA DETERMINANTE SERÁ A LENTA:
2 2v K [ NHNO ]−=
Usando a aproximação do equilíbrio rápido:
1 2 2 2
1 2 2 2 1 2 3 2
1 3
K [NH NO ] [H O]K [NH NO ] [H O] K [NHNO ] [H O ] [ NHNO ]
K [H O ]
− + −
− +
−
= =
Logo:
1 2 2 1
2 2 2 2
1 13
2 2
3
K [NH NO ] Kv K [H O] Onde : K K [H O]
K K[H O ]
[NH NO ]v K
[H O ]
+
− −
+
= =
=
Está de acordo! MECANISMO II:
2 2 2 2NH NO N O H O⎯⎯→ + (Etapa Elementar)
Como a reação é elementar:
2 2v K [NH NO ]= Não está de acordo!
MECANISMO III:
1
2
K
2 2 3 3 2 2KNH NO H O NH NO H O+ ++ +ˆ ˆ ˆ †‡ ˆ ˆ ˆ (Equilíbrio Rápido)
2K
3 2 2 2NH NO N O H O+ + +⎯⎯→ + (Etapa Lenta)
Etapa determinante será a lenta:
2 3 2v K [ NH NO ]+=
Usando a aproximação do equilíbrio rápido:
2 2 31
1 2 2 3 1 3 2 2 3 2
1 2
[NH NO ] [H O ]KK [NH NO ] [H O ] K [NH NO ] [ H O] [NH NO ]
K [H O]
+
+ + +
−
= =
Logo:
2 1 2 1
2 2 3
1 2 1 2
2 2 3
K K K Kv [NH NO ] [H O] Onde : K
K [H O] K [H O]
v K [NH NO ] [H O ]
− −
+
= =
=
Não está de acordo!
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 4
04. Os compostos A e B sofrem Esterificação de Fischer para produzir exclusivamente éster (C7H14O2) e água.
Sabendo que o composto A tem um átomo de carbono a menos que o composto B e que o átomo de oxigênio da água formada não provém do composto B, apresente as fórmulas estruturais planas de todos os ésteres que possam ser formados nessas condições. Resolução:
R C−
O=
− OH2H O+
HO R'−→
7 14 2C H O
R C−
O=
−O R'−
+
Se átomo da água formada não provém do composto B, então A é o ácido carboxílico e B é o álcool. Se A tem um átomo de carbono a menos que o composto B temos: A: CxH2xO2 e B: CyH2y+2O x + y = 7 y – x =1 → 2y = 8
y = 4 → x =3 A: C3H6O2 e C4H10O
+ → 2H O+
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 5
05. Na figura abaixo, é mostrado o diagrama de fases Temperatura versus Composição (fração molar) de dois
líquidos voláteis, hexano (P.E. = 69 ºC) e octano (P.E. = 126 ºC), para a pressão de 1 atm.
Considere uma mistura binária líquida ideal de hexano e octano, contendo 20% de hexano. Quando essa mistura é
aquecida, ela entra em ebulição, possibilitando a marcação do ponto A, que representa o líquido em ebulição e o
ponto B, que representa o vapor gerado pela vaporização do líquido .
Considere, agora, que o vapor seja condensado e em seguida vaporizado, gerando o vapor . Com base nessas informações, determine a:
a) composição no ponto B; b) temperatura aproximada de ebulição da mistura líquida de partida que contém 20% de hexano;
c) composição do líquido formado pela condensação do vapor ;
d) composição do vapor .
Resolução:
eb
A Líquido " " em ebulição
B Vapor " " formado
C Líquido " " (gerado pela condensação do vapor " ")
D Vapor " " formado
a)B %Hexano %Oc tano 50%
b)T 104ºC
c)C %Hexano %Oc tano 50%
d)D %Hexano 80%
%Octano 20%
→
→
→
→
→ = =
→ = =
→ =
=
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 6
06. O cloro comercial é comumente usado na maioria das piscinas com o objetivo de eliminar microrganismos. Uma das formas de aplicá-lo na água da piscina é a partir da adição de compostos contendo o íon hipoclorito ou de ácido tricloroisocianúrico, vulgarmente denominado tricloro, que reage com a água, formando ácido hipocloroso e ácido cianúrico. As estruturas do tricloro e do ácido cianúrico são apresentadas abaixo.
A soma das concentrações do ácido hipocloroso e do íon hipoclorito é chamada de “cloro livre”, e ambas estabelecem um equilíbrio dependente do pH, de acordo com o gráfico abaixo.
O ácido hipocloroso é oito vezes mais eficiente como agente biocida do que o íon hipoclorito. Quando o pH está baixo, o excesso de ácido hipocloroso favorece a formação de cloraminas, que são irritantes aos olhos dos banhistas. Quando o pH está alto, o poder de eliminação de microorganismos é reduzido. Costuma-se considerar que o pH ótimo para aplicação em piscinas é de 7,5. Uma das vantagens do uso do tricloro é que o ácido cianúrico retarda o processo de fotólise do “cloro livre” quando a água está exposta à ação dos raios ultravioleta. Sem o ácido cianúrico, a meia-vida do “cloro livre” é de 17 min. A adição do tricloro faz com que a perda de “cloro livre” ocorra a uma taxa de 15 % por dia. No entanto, o teor máximo recomendado de ácido cianúrico para piscinas é de 100 ppm. Já os teores do ácido hipocloroso e do íon hipoclorito devem ser mantidos, individualmente, entre 0,25 e 2,5 ppm. Em uma piscina residencial de 5000 L, foram medidos um pH de 8,5 e um teor de “cloro livre” de 0,5 ppm. Adicionaram-se então 23,25 g de tricloro, ajustando-se o pH para o valor ótimo. Com base nas informações acima: a) determine se, após essa adição, a piscina estará em condições de uso. b) calcule em quantos dias o limite mínimo de cloro livre será atingido, caso a piscina não seja mais usada. Dados: log (73) = 1,863; log(17) = 1,230; log(5) = 0,699.
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 7
Resolução:
a) M(HClO) 52,5g / mol
M(ClO ) 51,5g/mol
Como as massas molares são muito próximas, pode-se dizer que % molar % massa
3 3 3 3 3 3 3 3
3 3 3 3 3 3 3 3
tricloro tricloro
ativo
ativo
Tricloro C O N Cl M(C O N Cl ) 232,5g/ mol
Ác.Cianúrico C H O N M(C H O N ) 135g/ mol
m 23,25g n 0,1mol
Para um pH 8,5,tem se :%HClO 10%Cl
%ClO 90%Cl
Antes da adição do Tricloro:
LIVRE
pH 8,5
C 0,5ppm
V 5000L
10 3HClO HClO
3ClO ClO
3HClO
HClO HClO
C 10% 0,5 C 0,05ppm 0,05 10 g / L
C 90%0,5 C 0,45ppm 0,45 10 g / L
C V 0,05 10 5000n n 0,005 mol
M(HClO) 52,5
Após a adição e ajuste de pH
pH 7,5 %HC 50%
%C O 50%
V 5000L
3 3 323,25g C O N C
3 3 3 3 2 3 3 3 3C O N Cl 3H O C H O N 3HClO
I : 0,1 0 0,005
R / F : 0,1 0,1 0,03
F : 0 0,1 0,305
3
HClO HClO
3
HClO
n 0,305mol m 0,305 52,5 16g 16 10 mg
16 10 mgC 3,2mg / L 3,2ppm
5000L
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 8
Após a adição de Tricloro, o LIVRECl será:
ativoCl 3,2 0,45 3,65ppm
Após o ajuste de pH, as concentrações de HClO e ClO- serão iguais:
HClO ativo HClOClO ClOC C 50% Cl C C 1,865 ppm
Estão dentro
do limite
Analisando a concentração do ácido cianúrico (C3H3O3N3)
3 3 3 3 3 3 3 3
3 3 3 3 3 3 3 3
3
C H O N C H O N
3
C H O N C H O N
n 0,1mol m 0,1 135 13,5g 13,5 10 mg
V 5000L
13,5 10 mgC 2,7mg / L C 2,7ppm
5000LEstá dentro
do limite
b) O limite mínimo de CLIVRE ocorrerá quando CHCO = CCO- = 0,25ppm
07. Um minério de ferro, contendo Fe3O4, foi analisado a partir da dissolução de uma amostra de massa 1,161 g em
ácido. Na dissolução, todo o ferro proveniente do Fe3O4 foi reduzido a Fe2+. A seguir, a amostra foi titulada com 40 mL de uma solução 0,025 mol/L de KMnO4, tendo como produtos Mn2+ e Fe3+. Diante do exposto: a) escreva a equação iônica global simplificada de oxirredução, balanceada, ocorrida na titulação;
b) determine a porcentagem em massa de Fe3O4 no minério. Resolução: a)
2 3 2
4 25Fe 1MnO 8H 5Fe 1Mn 4H O
Nox 1 5 5
Nox 1 5 5 b) Admitindo n mols de Fe3O4:
2Fen 2n (após a redução em ácido).
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 9
Na titulação:
4
3 3
KMnO
moln 0,025 40 10 L 10 mols
L
Da estequiometria da reação:
2 3 2
4 2
3
5Fe MnO 8H 5Fe Mn 4H O
5mols 1mol
3n mols 10 mols
35 10n mols
3
Calculando a massa molar (M) do Fe3O4:
3 4
3 4
Fe O
3
Fe O
3 4
M 3 56 4 16 232g / mol
5 10n 232 0,387g
3
0,387%Fe O
1,161
= 33,33%
08. Estabeleça a relação entre os pares cujas estruturas estão representadas abaixo, identificando-os como
enantiômeros, diastereoisômeros, isômeros constitucionais ou representações diferentes de um mesmo composto.
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 10
Resolução: a) Ambos são trans-1,2-diclorociclopentano sendo um destrógiro e outro levógiro. Logo, enantiômeros. b) Representações diferentes do mesmo composto.
180
c)
H
H
H
H
cis cicloocteno trans cicloocteno
são diastereoisômeros
d) Isômeros de cadeia, logo são isômeros constitucionais. e)
180
representações diferentes do mesmo composto
09. O minério de bauxita é uma mistura de óxido de alumínio e outros compostos. Para obtenção do alumínio puro,
inicialmente a bauxita é aquecida em um reator, juntamente com uma solução de hidróxido de sódio, formando hidróxido de alumínio. Após purificação e calcinação, o hidróxido gera óxido de alumínio, que é então dissolvido em um eletrólito inerte e eletrolisado com anodos de carbono. Esses anodos reagem com o óxido, eliminando gás não tóxico. Uma indústria tem a capacidade de processar até 9 mil toneladas de bauxita por dia e, a cada 6 kg desse minério são obtidos 3,6 kg de óxido de alumínio. Atualmente, a indústria aplica à cuba eletrolítica uma corrente de 130 MA durante 24 horas. Supondo 100% de eficiência da corrente, calcule o percentual da capacidade máxima que é atualmente utilizado pela indústria. Resolução: Analisando a produção potencial da indústria em 24h, temos:
Massa de minério processada 39 10 ton. Se a cada 6kg de minério são obtidos 3,6kg de 2 3Al O , então:
2 3
2 3
2 3
3Al O
3Al O 2 3
9Al O
m ton 9 10 ton de minério
3,6kg 6kg de minério
m 5,4 10 ton de Al O
m 5,4 10 g/ dia
GGE RESPONDE
IME 2020
QUÍMICA (2ª FASE)
GGE RESPONDE IME 2020 – 2ª FASE Química 11
Analisando a produção real temos:
O alumínio está com 2 3Nox 3 no Al O , assim a semi-reação de redução durante a eletrólise:
3Al 3e Al
Assim: 3Al
i t iN
96500 3
Como cada mol de 2 3Al O gera 2 mols de 3Al e
2 3
6
Al O
i 130 MA 130 10 A
t 24h 24 3600s
M 2x27 3x16 102g / mol
Então:
2 3
69
Al O
130 10 24 3600 1M 102 1,979 10 g
3 96500 2
%capacidade máxima utilizada 9
9
1,979 10100 36,65%
5,4 10
10. Em um experimento em laboratório, tomaram-se duas amostras de 0,177 g de um composto de fórmula
CaHbOcNd. Uma das amostras foi completamente consumida por combustão, gerando 0,264 g de CO2 e 0,135 g de vapor de água. A outra reagiu totalmente com compostos não nitrogenados, gerando amônia como único produto nitrogenado, a qual necessitou de 3 cm3 de uma solução 0,5 mol/L de ácido sulfúrico para sua completa neutralização. Determine a fórmula empírica do composto. Resolução: Da combustão temos:
a b c d 2 2 2 2
b c b dC H O N a O aCO H O N
4 2 2 2
+ + − → + +
1 mol a mols b/2 mols Massa molar g 44a g 9b g 0,1777g 0,264g 0,135g Então: