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EXAME DE CAPACIDADE - IQ-USP
PROVA DE CONHECIMENTOS GERAIS EM QUÍMICA
2 o^ SEMESTRE / 2007
Questão 1
A Figura abaixo ilustra uma célula voltaica envolvida na determinação do potencial normal do par Me2+/Me^0. Está definido que houve corrosão de Me^0 sobre a barra metálica. O que ocorre nas posições numeradas de 1 a 10? Aponte na tabela a opção correta (sim ou não):
a) Tabela de esclarecimento (marque com X a opção correta):
b) Escreva as equações das semi-reações e equação de reação global envolvidas.
c) Um recipiente formado com esse metal poderia ser utilizado em um laboratório para armazenar uma solução aquosa de CuSO 4?
Dado:
No^ Opção Sim Não No^ Opção Sim Não
(1) redução (2) oxidação
(3) anodo (4) catodo
(5) pólo (6) pólo
(7) (8) migração do K+
(9) Há liberação de H 2 (10) E^0 > 0
E^0 Cu^ 2+/Cu 0 = +0,34V
E Me /Me^0
(10) o 2+ 0 = _ _ _
Potenciômetro
~ ~ ~
f.e.m.
~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~
e-
Há corrosão
Me^0 Mex+
e-
ou
(8)
H 2
~ ~ ~ ~^ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
H 2 2H+
~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
H H 22 2H2H++
~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~
K+^ Cl-
MeMe^00 MeMex2++
K+^ ou Cl-
~ ~ ~ ~ ~
célula voltaica
E Me /Me^0
(10) E^ o 2+ 0 = _ _ _
Me /Me^0
(10) o 2+ 0 = _ _ _
Potenciômetro
~ ~ ~
f.e.m.
~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~
e-
Há corrosão
MeMe^00 MeMexx++
e-
ou
(8)
H 2
~ ~ ~ ~^ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
H H 22 2H2H++
~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
H H H H 2222 2H2H2H2H++++
~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~ ~
~ ~
K+^ Cl-
MeMe^00 MeMex2++
K+^ ou Cl-
~ ~ ~ ~ ~
célula voltaica
e-
Explique, justificando sua resposta, os resultados experimentais encontrados:
a) A geometria do pentacloreto de fósforo é uma bipirâmide trigonal.
b) No carbonato de sódio, o íon carbonato é planar e todas as ligações são iguais.
c) O valor do momento dipolar da água é 1,84 D, da amônia 1,46 D, do trifluoreto de nitrogênio é 0,24 D e do dióxido de carbono é zero.
Dados: Números atômicos: 1 H; 6 C; 7 N; 8 O; 9 F; 15 P; 17 Cl
Questão 3
i) Um reservatório contendo 10.000 L de água destilada (pH = 7) recebeu uma descarga de 2.000 L de água oriunda de chuva ácida (derivada de ácidos fortes). Após algum tempo observou-se que o pH desse novo volume de água era igual a 5,4. Pergunta-se:
a) Qual era o pH dessa chuva ácida?
b) Se o objetivo for reajustar o pH do reservatório para 7, qual a massa de NaOH deve ser adicionada?
Dados de Massas Molares: H...1; O...16; Na...
Três ligantes A, B e C foram utilizados para preparar complexos octaédricos de um metal Mn+. As concentrações de metal e ligantes foram idênticas em todos os casos. Os espectros de absorção UV-Vis de soluções aquosas dos complexos foram obtidos em cubetas de 1 cm, e estão apresentados abaixo.
300 400 500 600 700 800
0,
0,
0,
0,
0,
0,
[MB 6 ]
n+
[MC 6 ]
n+
Absorbância
Comprimento de onda (nm)
[MA 6 ]
n+
Com base nesses espectros, responda:
a) Qual dos três ligantes (A, B, C) induz o desdobramento de campo cristalino ( ∆o) de maior energia? Explique.
b) Sabendo-se que a máxima absortividade molar do complexo [MC 6 ]n+^ é ε = 100 mol-1.cm-1.L, calcule a concentração desse complexo na solução utilizada para obter o espectro de absorção.
c) Para o equilíbrio: Mn+^ + 6 A [MA 6 ]n+, K = 5,0× 1015. Preveja a direção da reação (no sentido de formação de produtos ou de reagentes) quando as concentrações de Mn+^ = A = [MA 6 ]n+^ = 1,0× 10 -3^ mol L-1.
O “gás mostarda”, ou sulfeto de bis(2-cloroetila), ClCH 2 CH 2 SCH 2 CH 2 Cl, foi largamente empregado na I Guerra Mundial como arma química. É um poderoso agente vesicante (forma bolhas de líquido na pele e membranas mucosas). Apesar do nome “gás mostarda”, ele é um líquido oleoso amarelado/amarronzado (P.F.= 14,5oC, P.E.= 217,5oC a 760 mm Hg, densidade 1,27 g mL-1^ a 20oC). Apresenta leve odor de alho ou mostarda (limite de percepção de odor = 0,6 mg m-3) e seus vapores são mais densos que o ar (5,5 vezes em média). É pouco solúvel em água (0,8 g L-1, a 20oC) e tem baixa pressão de vapor (0,11 mmHg a 25oC; ∆Hvap=59,8 kJ mol-1). Sofre hidrólise em solução aquosa diluída à 25oC (contendo 5% acetona):
0 5 10 15 20 25 30
0,
0,
0,
0,
0,
1,
[gás mostarda], mmol L
tempo, min
Pergunta-se: a) Qual é a ordem dessa reação? Qual é o valor da constante de velocidade de hidrólise e o tempo de meia-vida do gás mostarda nessas condições? Explique como determinou os valores. Caso haja necessidade, utilize o “papel milimetrado” no caderno de resposta. b) Explique porque, apesar de hidrolisar rapidamente quando em solução aquosa bem diluída, o “gás mostarda” permanece no local onde foi disperso por longos períodos, mantendo sua atividade por semanas ou mesmo décadas. c) Determine a pressão de vapor do gás mostarda a 15 oC e a 40 oC. Calcule a concentração de gás mostarda, em mg m-3, em ar saturado com seu vapor, nessas duas temperaturas (considere o vapor de gás mostarda como um gás ideal). Seria possível perceber o cheiro da substância nessas temperaturas?
2 1
0
1
ln 2 1 1
R T T
H
p
p vap
;
R=8,31 J K-1.mol ou R=62,4 L.mmHg K-1.mol-1; MMgás mostarda = 159,08 g mol-
t (min)
[gás mostarda] mmol L- 0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 0, 10 0, 12 0, 14 0, 16 0, 18 0, 20 0, 22 0, 24 0, 26 0, 28 0, 30 0,
Os elétrons π da molécula do benzeno podem ser considerados como tendo um movimento rotacional bidimensional. Suponha que a transição eletrônica entre os estados com os números quânticos n = 3 e n = 4 ocorra a 260 nm.
a) Calcule a freqüência do fóton;
b) Calcule a energia dessa transição; c) Determine o diâmetro do “anel de elétrons” do benzeno.
Dados:
c (velocidade da luz) = 2,9979 x 10^8 m.s-1;
2 π
h =^ h , onde: h (constante de Planck)= 6,626 x 10-34^ J.s;
2
2 2
2 mr
n
E
e
h
= , onde me (massa do elétron)= 9,109 x 10-31^ kg;
r = raio da molécula.
Questão 9
Com relação à molécula do benzeno, considere os seguintes fatos:
Kekulé propôs uma estrutura cíclica para a molécula de benzeno, em que haveria alternância de duplas e simples ligações. Assim, sabendo-se que ligações simples e duplas possuem diferentes comprimentos de ligação, a molécula proposta por Kekulé poderia ser representada por :
0,034nm
0,054nm
No entanto, as ligações no benzeno têm o mesmo comprimento ( 0,039 nm). Além disso, outros dois fatos experimentais demonstram que esta não deve ser a estrutura molecular do benzeno, quais sejam :
(i) em presença de um catalisador, o benzeno pode ser hidrogenado a cicloexano, em uma reação exotérmica. No entanto, a liberação de calor é menor do que a esperada para uma tri-olefina. (ii) bromo se adiciona à dupla ligação do cicloexeno, produzindo 1,2-dibromo cicloexano. No entanto, a reação de bromo com benzeno produz bromobenzeno.
a) Complete o diagrama abaixo, colocando, em cada patamar de energia, a letra correspondente ao composto que, em uma reação de hidrogenação, liberará a energia indicada.
Energia
28,6 kcal
49,8 kcal
85,8 kcal
57,2 kcal
A B^ C^ D
b) Explique, sucintamente, porque 1 mol de benzeno, ao reagir com 1 mol de bromo, se transforma em bromobenzeno e não em 5,6-dibromocicloexa-1,3-dieno.
c) Mostre as estruturas canônicas de ressonância mais estáveis para cada um dos possíveis intermediários catiônicos, formados na reação de bromo com metoxibenzeno. Qual destes intermediários é o menos estável? Justifique.
Questão 10
A figura ao lado, de uma obra do século XVI, ilustra um procedimento tradicional para a obtenção de zinco, chumbo ou cobre. O minério, que consistia nos óxidos metálicos (A), era misturado ao carvão (B) e levado à fornalha (C). Dispondo das informações contidas no diagrama abaixo, responda às seguintes questões:
a) Por que este processo é termodinamicamente viável? b) Apesar de antigo, ainda hoje esse procedimento tem importância econômica. Equacione a obtenção de estanho (Sn) através da reação do seu óxido com carvão e indique a temperatura necessária. c) Metais como o alumínio só foram descobertos muito tempo depois. Por que o procedimento metalúrgico antigo não é eficiente para a produção de AlO?
d) Na obtenção de ferro metálico em alto-forno, o óxido de ferro (FeO) é reduzido, na região central do forno (T=700-1000 K), por CO e não por carvão. Explique.
Gráfico da variação da energia livre padrão de formação de óxidos (kJ/mol O 2 ) em função da temperatura
Georgius Agricola, De Re Metallica (1556)
