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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
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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)
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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!
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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+
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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%
→
→
→
→
→ = =
→ = =
→ =
=
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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.
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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
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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
(ClLIVRE)min = 0,50ppm
(ClLIVRE)f = (ClLIVRE)0 · (0,85)t (ClLIVRE)f = 0,50ppm (ClLIVRE)0 = 3,65ppm
t t100,50 3,65 (0,85) (0,85)
73
10 5 17log t log
73 100
log10 log73 t log5 log17 log100
1 1,863 t(0,669 1,230 2)
0,863 t ( 0,071)
t 12,15 dias
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).
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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.
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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
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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:
44a 9b a bb 2,5a
0,264 0,135 6 15= → = → =
e
Massa molar 44a Massa molar aMassa molar 29,5a
0,177 0,264 177 b= = → =
Da reação com compostos não nitrogenados:
a b c d 3
compostos nãoC H O N A d NH
nitrogenados+ → +
1mol d mols
Massa molar d mols
0,177 d0,177g z mols z
Massa molar
→ =
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Da neutralização temos:
3 2 4 4 2 4
3 3
3
2NH H SO (NH ) SO
2mols 1mol
zmols 0,5 3 10 mols z 3 10 mols
0,177 d3 10 Massa molar 59d
Massa molar
− −
−
+ →
→ =
= → =
b 2,5a
Massa molar 29,5a
Massa molar 59d
Massa molar 12a b 16C 14 V
=
=
= = + + +
De II e III:
a59d 29,5a d
2= → =
De II e IV: 12a b 16c 14d 29,5a
14a12a 2,5a 16c 29,5a
2
16c 21,5a 29,5a
a16c 8a c
2
+ + + =
+ + + =
+ =
= =
a 2,5a 0,5a 0,5a
2 5
C H O N fazendo a 2
C H ON
=
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