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