caderno de questÕes · 2017-12-12 · metálico e gás oxigênio durante um dia ... 8,95 f x 1 mol...
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CADERNO DE QUESTÕES
Instruções:
VOCÊ ESTÁ RECEBENDO UM CADERNO DE PROVA CONTENDO 05 (CINCO) QUESTÕES E 05 FOLHAS DE RESPOSTA QUE DEVERÃO SER IDENTIFICADAS COM O CÓDIGO ATRIBUÍDO PELO PPGQUI AO CANDIDATO.
RESOLVA CADA QUESTÃO NA FOLHA CORRESPONDENTE À MESMA NO
CADERNO DE RESPOSTAS (NÃO SERÁ CONSIDERADA NENHUMA RESPOSTA ASSINALADA NO CADERNO DE QUESTÕES).
A RESOLUÇÃO DA PROVA DEVE OBRIGATORIAMENTE SER REALIZADA A CANETA AZUL OU PRETA.
É EXPRESSAMENTE PROIBIDO FAZER QUALQUER ANOTAÇÃO E/OU MARCA QUE PERMITA SUA IDENTIFICAÇÃO NAS DEMAIS FOLHAS DESTA PROVA.
NÃO É PERMITIDO O USO DE CELULAR DURANTE A PROVA. PORTANTO, ESTE DEVE PERMANECER GUARDADO E DESLIGADO. É PERMITIDO APENAS O USO DE CALCULADORA.
A PROVA TERÁ DURAÇÃO DE 3 (TRÊS) HORAS.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
Centro de Ciências Exatas
Programa de Pós-Graduação em Química
Prova de Conhecimentos em Química
Código: Data: 30/11/2017
Valor
Máximo
10,00
desp. desp.
Questão 1 (valor 2,00). Quais as concentrações de hidrônio, acetato de sódio e ácido
acético, em equilíbrio, em uma solução preparada pela mistura de 8,5 g de NaC2H3O2
com 12 mL de ácido acético glacial ( 05,1 1mLg ) em água suficiente para obter
um volume final de 1,00 L ? Dados: Ka a 25 °C = 5108,1 ; Kw a 25°C = 14100,1 .
Resposta.
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 → 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂− + 𝑁𝑎+
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂 (𝑙) ⇄ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−(𝑎𝑞) + 𝐻3𝑂+(𝑎𝑞)
𝐾𝑎 = [𝐻3𝑂+] [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−]
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻]
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑀)𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 = 60,05 𝑔/𝑚𝑜𝑙;
𝑉 = 12 𝑚𝐿; 𝜌 = 1,05𝑔
𝑚𝐿
𝜌 =𝑚
𝑣 ∴ 1,05 =
𝑚
12 ∴ 𝑚 = 12,6 𝑔
𝑛 = 𝑚
𝑀 ∴ 𝑛 =
12,6
60,05 ∴ 𝑛 = 0,2098 𝑚𝑜𝑙
𝑒𝑚 1 𝐿 ∴ 𝐶 = 0,2098𝑚𝑜𝑙
𝐿
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑀)𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 = 82,03 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑚 = 8,5 𝑔
𝑛 = 𝑚
𝑀 ∴ 𝑛 =
8,5
82,03 ∴ 𝑛 = 0,1036 𝑚𝑜𝑙
𝑒𝑚 1 𝐿 ∴ 𝐶 = 0,1036𝑚𝑜𝑙
𝐿
B.M.
[𝑁𝑎+]=0,1036 mol/L
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻] + [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−] = 0,3134 𝑚𝑜𝑙/𝐿
B.C.
[𝑁𝑎+] + [𝐻3𝑂+] = [𝑂𝐻−] + [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−]
[𝑁𝑎+] = [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−] = 0,1036 mol/L
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻] = 0,3134 − [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−]
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻] = 0,2098𝑚𝑜𝑙
𝐿
desp. desp.
1,8𝑥10−5 = [𝐻3𝑂+] 0,1036
0,2098 ∴ [𝐻3𝑂+] = 3,6 𝑥 10−5
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Ou
Equação química balanceada:
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 (𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂 (𝑙) ⇄ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−(𝑎𝑞) + 𝐻3𝑂+(𝑎𝑞)
Quantidades iniciais
0,2098 0,1036 -
Quantidades que reagem e formam
X X X
Quantidades no equilíbrio
0,2098 - X 0,1036 + X X
1,8𝑥10−5 = 𝑋 ∙ 0,1036
0,2098 ∴ 𝑋 = 3,6 𝑥 10−5
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Respostas :
[𝐻3𝑂+] = 3,6𝑥10−5𝑚𝑜𝑙
𝐿
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻] = 0,21𝑚𝑜𝑙
𝐿
[𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−] = 0,10𝑚𝑜𝑙
𝐿
Questão 2 (valor 2,00). Na indústria de galvanoplastia o custo energético é muito
elevado devido ao alto consumo de energia elétrica dos processos de eletrolisações.
Em uma determinada unidade de galvanoplastia, sabe-se que são produzidos cobre
metálico e gás oxigênio durante um dia inteiro (24 h) de operação da célula eletrolítica
com uma corrente de 10,0 A e tensão de 12,0 V. Com base nessas informações:
a) Escreva as reações químicas que ocorrem nos eletrodos inertes;
b) Calcule a quantidade de Cu e O2 produzidos, em gramas, durante um dia inteiro;
c) Calcule o custo em energia elétrica (em reais) de um processo que precisa eletrolisar
uma solução aquosa de sulfato de cobre usando eletrodos de platina.
Dados: 1 kWh = R$ 0,80 ; F = 96500 C; 1 V = 1 J/C.
Resposta.
a) (0,50) Cátodo: Cu2+(aq) + 2e- à Cu(s)
Ânodo: 2H2O(l) à O2(g) + 4H+(aq) + 4e-
b) (0,50) (10,0 C/s) x (60 s/min) x (60 min/h) x 24h = 864.000 C
864.000 C x 1F/96500 = 8,95 F
(0,50)
8,95 F x 1 mol Cu/ 2F x 63,5 g Cu/1 mol Cu = 284,2 g de Cu
8,95 F x 1 mol O2/ 4F x 32,0 g O2/1 mol O2 = 71,6 g de O2
c) (0,50) Potência é corrente x potencial à P = I x E
P = 10 A x 12 V = 120 W
Energia é potência x tempo à E = P x t
E = 120 W x 24 h = 2880 Wh ou 2,88 kWh
2,88 kWh x 0,80 real / 1kWh = 2,30 reais.
Resumindo:
10 A x 12 V x 24 h x 0,80 real/1 kWh = 2,3 reais.
Questão 3 (valor 2,00). O diazeno (N2H2) é um gás a temperatura ambiente, sua
estrutura espacial é planar, mas não é linear, e pode existir como isômeros cis e trans.
Em relação ao diazeno:
a) Construa a estrutura de Lewis representativa para a molécula.
b) Qual a hibridização do átomo de nitrogênio na estrutura?
c) Por que os dois isômeros (cis/trans) não sofrem rápida interconversão a
temperatura ambiente?
Resposta.
a) (0,75) Configuração eletrônica:
H = 1s1
N = 1s2 2s2 2p3
Total de elétrons de valência = 12
b) (0,50) hibridização sp2
c) (0,75) A ligação dupla existente entre os átomos de nitrogênio impossibilita a rápida
interconversão das espécies cis e trans.
Questão 4 (valor 2,00). Uma amostra de 7,685 g de hidróxido de bário foi dissolvida e
diluída até a marca de 250,0 mL em um balão volumétrico. Foram necessários 12,57
mL dessa solução para atingir o ponto estequiométrico na titulação de 25,00 mL de
uma solução de ácido nítrico.
a) (valor 1,5) Determine a concentração, em 1Lmol , da solução de HNO3.
b) (valor 0,5) Determine a massa, em gramas, de HNO3 na solução inicial.
Resposta. Dados: Massa molar dos elementos, conforme Tabela Periódica em anexo:
1111 01,14008,100,1633,137 molgMmolgMmolgMmolgM NHOBa
a) (valor 1,5) Determine a molaridade da solução de NHO3. Equilíbrio envolvido
)(3)(2 2)(aqaq
HNOOHBa )(23)(2 )(2
aql NOBaOH (1) (+ 0,1)
No equilíbrio
balãoOHBaHNO
OHBaOHBa
HNO
HNO
OHBaOHBa
HNO
HNOHNOOHBaOHBa
HNOOHBa
VMV
mVC
V
CVC
VCVC
nn
23
22
3
3
22
3
3322
32
)(
)()(
)()(
)()(
)(
2
22
12
1
(2) (+ 1,2)
1
11804,0
0,250346,17100,25
685,757,1223
Lmol
mLmolgmL
gmLCHNO (3) (+ 0,2)
(Caso o número de algarismos significativos não esteja correto em (3) descontar 0,1) (b. Valor 0,50) Determine a massa de HNO3 na solução inicial.
3333
33
3
3
HNOHNOHNOHNO
HNOHNO
HNO
HNO
VMCm
VM
mC
(4) (+ 0,2)
2
322
3
)(
)()(2
OHBabalão
HNOOHBaOHBa
HNOMV
MmVm
(5) ( +0,2)
gmolgmL
molggmLmHNO 2842,0
346,1710,250
018,63685,757,1221
1
3
(6) (+ 0,1)
(Caso o número de algarismos significativos não esteja correto em (6) descontar 0,1)
Questão 5 (valor 2,00). Em um experimento 2,00 mol de Ar(g) foram comprimidos
irreversivelmente de 5,00 L para 2,00 L por um pistão e, no processo, a temperatura
do sistema aumentou de 19,0 °C para 26,5 °C. Qual foi a variação de entropia do gás?
Considere o Ar como um gás ideal e que 1147,12 molJKvC é constante na faixa de
temperatura considerada. Utilize 113145,8 molJKR .
Resposta. A entropia ( S ) é uma função de estado. Assim, podemos usar um caminho
reversível para determinar a variação total de entropia ( S ) para o processo
irreversível acima. O processo pode ser dividido em duas etapas como mostrado na
figura abaixo. A entropia total é igual a soma das entropias em cada uma das duas
etapas.
1ª Etapa. Isoterma.
Vi
VfnRS ln1
1ª Etapa. Isocórica.
Ti
TfvCnS ln2
Ti
TfvCn
Vi
VfnRSSS lnln21
K
KmolJKmol
L
LmolJKmolS
15,292
65,299ln47,1200,2
00,5
00,2ln3145,800,2 1111
111 6,14632,0237,15 JKJKJKS
Volume (L)
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
5,002,00
26,5
19,0
1ª Etapareversível
2ª Etap
areversível
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