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1º Simulado Comentado – ITA Química

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1º Simulado Comentado –

ITA Química

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Questões Resolvidas

Questão 31

O pentacloreto de fósforo se dissocia em cloro e tricloreto de fósforo, em uma reação, cujo Kp = 0,015 nas condições do experimento. Um recipiente fechado inicialmente contém apenas PC5 (g) e PC3 (g), cada um com uma pressão parcial de 2,7 bar. Depois que o sistema alcança o equilíbrio, assumindo que a quantidade de cloro produzida seja muito pequena, qual é a pressão parcial de C2(g)?

a) 0,015 bar b) 0,12 bar c) 0,20 bar d) 2,7 bar e) 3,6 bar

Comentários:

Façamos a tabela de equilíbrio para a reação:

𝑷𝑪𝒍𝟓 + 𝑷𝑪𝒍𝟑 → 𝑷𝑪𝒍𝟐

Início 2,7 𝑚𝑜𝑙

2,7 𝑚𝑜𝑙

0 𝑚𝑜𝑙

Reage −𝑥

+𝑥

+𝑥

Equilíbrio 2,7 − 𝑥

2,7 + 𝑥

𝑥 Podemos escrever a constante de equilíbrio de pressão.

𝐾𝑃 = 𝑃𝑃𝐶𝑙3

. 𝑃𝑪𝒍𝟐

𝑃𝑷𝑪𝒍𝟓

Substituindo os valores fornecidos no enunciado.

𝐾𝑃 =(2,7 + 𝑥). 𝑥

2,7 − 𝑥 = 0,015

Supondo que o valor de x seja muito pequeno, temos que (2,7 + 𝑥) ≅ 2,7 e que (2,7 − 𝑥) ≅2,7, podemos escrever que:

𝐾𝑃 =(2,7 + 𝑥). 𝑥

(2,7 − 𝑥)= 0,015

𝑥 ≅ 0,015 Logo, a pressão parcial de cloro.

𝑥 = 𝑃𝑪𝒍𝟐= 0,015 𝑏𝑎𝑟.

Gabarito: A

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Questão 32

Um núcleo de Tório (228Th), inicialmente em repouso, se desintegra com a emissão de uma

partícula . Na desintegração, a partícula α é emitida com uma energia cinética de igual a 3 × 10–

13 J. Qual é a energia cinética aproximada do nuclídeo filho?

a) 5,4 × 10–15 J. b) 8,4 × 10–15 J. c) 9,0 × 10–15 J. d) 6,0 × 10–14 J. e) 3,0 × 10–13 J. Comentários Na verdade, é uma questão de Física que foi cobrada na prova de Química. Na desintegração do nuclídeo, devemos considerar a Conservação da Quantidade de Movimento.

𝑄𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝑄𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠

Para facilitar o estudo da questão, vamos convencionar que a velocidade seja positiva para a direita e negativa para a esquerda. Na situação inicial, havia somente o núcleo de thório, que estava parado (v = 0). Na situação final, havia a partícula alfa com velocidade para a direita (positiva) e o núcleo de rádio com velocidade para a esquerda (negativa). Logo, temos:

𝑚𝑇ℎ. 𝑣𝑇ℎ = −𝑚𝑅𝑎 . 𝑣𝑅𝑎 + 𝑚𝛼 . 𝑣𝛼 Vamos usar que as massas atômicas são aproximadamente iguais ao número de massa.

0 = −224. 𝑣𝑅𝑎 + 4. 𝑣𝛼 ∴ 𝑣𝑅𝑎 =4𝑣𝛼

224=

𝑣𝛼

56

A velocidade da partícula alfa pode ser calculada pela sua energia cinética. Para isso, devemos utilizar que a massa de 1 mol de partículas alfa é igual a 4 gramas, mas a massa de uma única partícula é dada pela massa molar dividida pelo número de Avogadro.

𝐸𝛼 = 𝑚𝛼 .𝑣𝛼

2

2=

4

6.1023⋅

𝑣𝛼2

2= 3.10−13

∴ 𝑣𝛼2 =

2.3.10−13. 6.1023

4= 9.1010 ∴ 𝑣𝛼 = √9.1010 = 3.105

Com isso, podemos calcular a velocidade do rádio.

𝑣𝑅𝑎 =𝑣𝛼

56=

3.105

56= 0,054.105 = 5,4.103 𝑚/𝑠

Portanto, a energia cinética do átomo de rádio é dada por:

𝐸𝑅𝑎 =1

2𝑚𝑅𝑎 . 𝑣𝑅𝑎

2 =1

2⋅

224

6.1023⋅ (5,4.103)2

Note que usamos que a massa do átomo de rádio é igual ao número de massa dividido pelo Número de Avogadro. A forma mais simples de fazer a conta é separando as potências de 10 dos demais termos. Temos o seguinte:

𝐸𝑅𝑎 =224. (5,4)2

2.6⋅ 106−23

𝐸𝑅𝑎 ≅ 544.10−17 = 5,4.10−15 Gabarito: A

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Questão 33

Um composto, quando colocado em meio ácido, sofre decomposição liberando um sólido amarelo:

a) Na2S b) K2SO3 c) Na2S2O3 d) K2SO4 e) CaSO4 Comentários Os tiossulfatos se dissolvem em meio ácido,

𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑 + 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 → 𝑵𝒂𝟐𝑺𝑶𝟒 + 𝑯𝟐𝑶 + 𝑺(𝒔) + 𝑺𝑶𝟐(𝒈) Gabarito: C

Questão 34

No controle remoto, um feixe de luz ultravioleta é utilizado para induzir uma corrente elétrica em um filamento metálico. A respeito dessa situação, pode-se afirmar que:

a) A energia cinética dos elétrons removidos será a mesma independentemente do comprimento de onda dos fótons emitidos pelo controle remoto.

b) A corrente elétrica será a mesma independentemente da intensidade do fluxo de luz emitido pelo controle remoto.

c) Se o metal for modificado, a energia cinética dos elétrons removidos permanecerá constante. d) A energia cinética dos elétrons removidos será a mesma independentemente da intensidade

do fluxo de luz emitido pelo controle remoto. e) A energia mínima para retirar os elétrons da chapa metálica é denominada energia de

ionização.

Comentários O controle remoto funciona com base no efeito fotoelétrico. O metal só pode absorver um fóton de cada vez. Parte da energia do fóton é utilizada para prover a função trabalho, que é a energia mínima para arrancar o elétron, e o excedente é convertido em energia cinética para os elétrons. A equação do Efeito Fotoelétrico é a seguinte.

𝐸 =ℎ𝑐

𝜆= Φ + 𝐸𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎

Com base nisso, vamos responder aos itens. a) Como vimos, a energia cinética dos elétrons depende da energia do fóton, que é dada em função de seu comprimento de onda. Afirmação errada. b) Quanto maior a intensidade da luz, maior a quantidade de elétrons que podem ser removidos, portanto, maior será a corrente elétrica. Afirmação errada. c) Se o metal for modificado, a função trabalho também será, portanto, a energia cinética dos elétrons arrancados da chapa metálica varia. Afirmação errada.

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d) Sim. A energia cinética dos elétrons depende apenas do comprimento de onda do fóton e da função trabalho do metal. De fato, não há qualquer relação com a intensidade da luz. Afirmação correta. e) A energia de ionização se refere à energia necessária para retirar elétrons do metal no estado gasoso. O efeito fotoelétrico acontece no estado sólido. Afirmação errada. Gabarito: D

Questão 35

A respeito da comparação entre o metanol (CH3OH) e o metanotiol (CH3SH), são feitas as seguintes afirmações: I – O ponto de ebulição do metanol é maior que o do metanotiol II – A solubilidade em água do metanol é maior que a do metanotiol III – O metanol é um ácido mais forte que o metanotiol Das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S):

a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas II. d) apenas II e III. e) I, II e III.

Comentários Vamos analisar as afirmações. I – O metanol forma pontes de hidrogênio, portanto, apresenta realmente temperatura de ebulição mais elevada que o metanotiol. Afirmação correta. II – Por formar pontes de hidrogênio, a interação do metanol com a água é bem mais intensa do que a do metanotiol. Afirmação correta. III – Na verdade, a ligação S – H é mais fraca, portanto, é mais facilmente quebrada, liberando o hidrogênio (H+). Portanto, o metanotiol é um ácido mais forte. Afirmação errada. Gabarito: B

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Questão 36

Uma amostra de 1,47 g de cloreto de cálcio hidratado (CaCl2. n H2O) foi aquecida, de modo a provocar a perda da água de cristalização, liberando 1,11 g de cloreto de cálcio anidro. Assinale a alternativa que apresenta a fórmula mínima correta do cloreto de cálcio hidratado.

a) CaC2. 1 H2O b) CaC2. 2 H2O c) CaC2. 3 H2O d) CaC2. 4 H2O e) CaC2. 6 H2O

Comentários Vamos calcular as massas molares do sal de cálcio e da água.

𝑀𝐶𝑎𝐶𝑙2= 1.40 + 2.35,5 = 40 + 71 = 111 𝑔/𝑚𝑜𝑙

𝑀𝐻2𝑂 = 2.1 + 1.16 = 2 + 16 = 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙

A massa de água extraída pode ser obtida como a diferença entre a massa de sal hidratado e

a massa de sal anidro.

𝑚𝐻2𝑂 = 𝑚ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑡𝑎𝑑𝑜 − 𝑚𝑎𝑛𝑖𝑑𝑟𝑜 = 1,47 − 1,11 = 0,36 𝑔

Podemos calcular o número de mols de cloreto de cálcio (CaCl2) e da água de cristalização

obtida dividindo-se a massa presente na amostra pela massa molar.

𝑛𝐶𝑎𝐶𝑙2=

𝑚𝐶𝑎𝐶𝑙2

𝑀𝐶𝑎𝐶𝑙2

=1,11

111= 0,01 𝑚𝑜𝑙

𝑛𝐻2𝑂 =𝑚𝐻2𝑂

𝑀𝐻2𝑂

=0,36

18= 0,02 𝑚𝑜𝑙

Portanto, a proporção é de 2 moléculas de água para cada fórmula de CaC2. Logo, a fórmula

mínima do sal hidratado é CaC2.2H2O.

Gabarito: B

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Questão 37

Uma amostra de 10 gramas gás monoatômico encontra-se em um recipiente de 5 litros submetida a uma pressão de 20 atm. A energia interna desse gás é:

a) 1000 J b) 2000 J c) 5000 J d) 10000 J e) 15000 J

Comentários A energia de um sistema monoatômico é dada por:

𝐸 =3

2𝑛𝑅𝑇

Pela Equação de Clapeyron, podemos escrever:

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇

Agora, vamos substituir na energia do gás monoatômico.

𝐸 =3

2𝑃𝑉

É importante fazer as conversões de unidades.

𝑃 = 20 𝑎𝑡𝑚 = 20.105𝑁/𝑚2

𝑉 = 5 𝐿 = 5.10−3𝑚−3

Portanto, a energia da amostra é:

𝐸 =3

2⋅ 5 ⋅ 10−3 ⋅ 20 ⋅ 105 = 15000 𝐽

Gabarito: E

Questão 38

A respeito das reações de hidrocarbonetos, são feitas as seguintes afirmações: I – A hidratação do propino produz o propanal. II – A oxidação do ciclo-exeno com permanganato de potássio em meio ácido produz o ácido hexanóico III – O craqueamento de hidrocarbonetos de cadeia longa a quente é denominado craqueamento homolítico. IV – O etino pode sofrer adição nucleofílica de HCN produzindo o cianeto de vinila. Das afirmações acima, está (ão) CORRETA(S):

a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas II e III. d) apenas III e IV. e) apenas III.

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Comentários I – Vamos escrever o passo a passo da reação de hidratação do propino.

A hidratação do propino produz a propanona, não o propanal. Portanto, a afirmação está

incorreta. II – A oxidação enérgica provoca a quebra da cadeia.

Os átomos secundários são convertidos em carboxilas. Portanto, o produto é o ácido hexanodióico. Afirmação errada. III – O craqueamento a quente ou na presença de ultra-violeta acontece por meio de radicais livres, ou seja, quebras homolíticas. Por outro lado, o craqueamento catalítico acontece por mecanismo iônico. Afirmação correta. IV – É isso mesmo. O ácido cianídrico (HCN) é um reagente nucleofílico. Afirmação correta. Gabarito: D

Questão 39

Sendo dados os seguintes potenciais padrão de redução: V2+ (aq) + 2 e – → V(s) E0 = –1,13 V V3+ (aq) + e – → V2+ (aq) E0 = –0,26 V Qual o potencial padrão de redução para a redução do V3+(aq) para o V(s)? V3+ (aq) + 3 e– → V (s) E0 = ? a) -0,70 V b) -0,84 V c) -0,87 V d) -1,39 V e) -1,65 V

Comentários:

Forma dados os seguintes potenciais. Observe que a reação pedida corresponde à soma das duas reações, cujos potenciais foram dados.

𝑉2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− → 𝑉(𝑠) 𝐸0 = −1,13 𝑉 𝑉3+(𝑎𝑞) + 𝑒− → 𝑉2+(𝑎𝑞) 𝐸0 = −0,26 𝑉 𝑉3+(𝑎𝑞) + 3 𝑒− → 𝑉(𝑠) 𝐸0 = ?

Não podemos somar duas equações e somar seus potenciais, pois o potencial é uma grandeza intensiva, portanto, não segue a Lei de Hess.

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No entanto, a Lei de Hess se aplica à Energia Livre de Gibbs, que é uma grandeza bastante relacionada ao potencial.

Δ𝐺 = −𝑛𝐹𝐸 Vamos escrever nas reações.

𝑉2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− → 𝑉(𝑠) 𝐸0 = −1,13 𝑉 Δ𝐺10 = −2. 𝐹. (−1,13)

𝑉3+(𝑎𝑞) + 𝑒− → 𝑉2+(𝑎𝑞) 𝐸0 = −0,26 𝑉 Δ𝐺20 = −1. 𝐹. (−0,26)

𝑉3+(𝑎𝑞) + 3 𝑒− → 𝑉(𝑠) 𝐸0 = ? Δ𝐺30 = −3𝐹𝐸3

0 Logo, somando as duas semirreações do enunciado, obtemos a semirreação desejada:

∆𝐺3 = ∆𝐺1 + ∆𝐺2 = −3𝐹𝐸3 = −2. 𝐹. (−1,13) − 1. 𝐹. (−0,26)

Podemos trocar o sinal da reação e simplificar a constante de Faraday. 3𝐸3 = 2. (−1,13) + 1. (−0,26) = −2,26 − 0,26 = −2,62

Basta isolar o E3.

∴ 𝐸3 = −2,52

3= −0,84

Gabarito: B

Questão 40

Assinale a afirmação correta:

a) O comprimento de ligação do íon NO+ é maior que o comprimento de ligação da molécula NO. b) A dissolução do ácido nítrico em ácido sulfúrico libera o íon nitrato (NO3

–). c) N2, O2 e F2 não interagem com campos magnéticos. d) Todas as moléculas lineares são apolares. e) Todas as moléculas angulares são polares.

Comentários a) O íon NO+ é formado por uma ligação tripla, logo, o seu comprimento de ligação é menor que o do NO. Afirmação errada. b) Na dissolução do ácido nítrico diante de ácido sulfúrico, o ácido nítrico é protonado, liberando o íon nitrônio (NO2

+) e uma molécula de água. 𝐻𝑁𝑂3 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝑁𝑂2

+ + 𝐻𝑆𝑂4− + 𝐻2𝑂

Afirmação errada. c) O oxigênio é paramagnético, portanto, interage com campos magnéticos. Afirmação errada. d) O HCN é linear, mas é polar. Afirmação errada. e) De fato, uma molécula angular é sempre polar, porque o átomo central está numa situação diferente dos demais. É o caso do ozônio (O3) que, mesmo sendo uma substância simples, é polar. Afirmação correta. Gabarito: E

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Questão 41

Uma mistura de metano foi queimada em um recipiente com volume constante de 3,0 litros, em presença de ar seco, com excesso de oxigênio. A combustão foi realizada a 27 °C, registrando-se uma redução na pressão de 0,164 atm. Determine a massa queimada de metano, em miligramas.

Dado: Pressão de vapor da água a 27 °C = 0,041 atm; Massas molares: C = 12, H = 1, O = 16.

a) 160 b) 200 c) 250 d) 320 e) 400

Comentários Vamos escrever a reação de combustão do metano.

𝐶𝐻4(𝑔) + 2 𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑂2(𝑔) + 2 𝐻2𝑂 Note que, quando a reação produz água no estado gasoso, não ocorre variação da pressão. Por outro lado, quando a água é produzida no estado líquido, há um decréscimo de pressão. Como o ar era inicialmente seco, a água será produzida até atingir a pressão de vapor igual a 0,041 atm. Com base nisso, podemos montar a tabela estequiométrica.

𝐶𝐻4(𝑔) + 2 𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑂2(𝑔) + 2 𝐻2𝑂(𝑔) reage 0,0205 atm 0,041 atm 0,0205 atm 0,041 atm

Após isso, ocorrerá uma queda de pressão, pois há 1 mol de gás nos produtos e 3 mols nos reagentes. Portanto, a pressão consumida de metano pode ser calculada

𝑃𝐶𝐻4

1=

0,164

2= 0,082 𝑎𝑡𝑚

Portanto, a pressão total do gás que foi consumida é: 𝑃𝐶𝐻4

= 0,0205 + 0,081 = 0,1025

Agora, podemos calcular o número de mols de metano consumidos: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇

∴ 𝑛 =𝑃𝑉

𝑅𝑇=

0,106.3

0,082.300= 0,0125

A massa de metano pode ser calcular multiplicando-se o número de mols pela massa molar. 𝑀𝐶𝐻4

= 1.12 + 4.1 = 16 𝑔/𝑚𝑜𝑙

𝑚𝐶𝐻4= 𝑛𝐶𝐻4

⋅ 𝑀𝐶𝐻4= 0,0126.16 = 0,2 𝑔 = 200 𝑚𝑔

Gabarito: B

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Questão 42

Considere o seguinte esquema:

Dados: Cu2+ (aq) + 2e– → Cu (s) E0 = 0,34 V Zn2+ (aq) + 2e– → Zn (s) E0 = - 0,76 V 2H+ (aq) + 2e– → H2(g) E0 = 0,00 V 4 OH– → 2 H2O () + O2 (g) + 4e– E0 = – 0,40 V A respeito dessa situação, pode-se afirmar que: a) No eletrodo I, acontecerá a redução da água. b) No eletrodo II, acontecerá aumento da massa de zinco. c) No eletrodo III, acontece redução da massa de cobre. d) No eletrodo IV, acontece redução da massa de cobre. e) A água sofre oxidação e redução em dois pontos diferentes do sistema. Comentários

O par de eletrodos I e II forma a conhecida pilha de Daniell, em que o cobre se reduz e o zinco se oxida.

𝐶𝑢2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− → 𝐶𝑢 (𝑠) 𝐸0 = +0,34 𝑉 𝑍𝑛 (𝑠) → 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− 𝐸0 = +0,76 𝑉

𝐶𝑢2+(𝑎𝑞) + 𝑍𝑛 (𝑠) → 𝐶𝑢 (𝑠) + 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞) 𝐸0 = 1,10 𝑉 Portanto, no eletrodo I, ocorre aumento da massa de cobre. A pilha de Daniell, portanto,

criará um fluxo de elétrons.

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No eletrodo III, ocorrerá redução. Porém, devemos decidir quem vai se reduzir: o cobre ou a molécula de água. Para isso, devemos consultar os potenciais de redução.

maior prioridade 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− → 𝐶𝑢 (𝑠) 𝐸0 = +0,34 𝑉 2𝐻+ + 2𝑒− → 𝐻2 (𝑔) 𝐸0 = +0,00 𝑉

O cobre se reduz preferencialmente à água, pois apresenta maior potencial de redução. Portanto, no eletrodo III, também acontecerá deposição de cobre. No eletrodo IV, por sua vez, ocorre oxidação. Portanto, não há a possibilidade de se formar cobre. Nesse eletrodo, haverá a competição pela oxidação entre o cobre e os íons da água. Para decidir quem vai efetivamente se oxidar, devemos consultar os potenciais de oxidação.

maior prioridade 𝐶𝑢 (𝑠) → 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞) + 2𝑒− 𝐸0 = −0,34 𝑉 4𝑂𝐻− → 2𝐻2𝑂 (𝑙) + 𝑂2(𝑔) + 4𝑒− 𝐸0 = −0,40 𝑉

Sendo assim, é o cobre novamente que se oxida. Logo, no eletrodo IV, haverá redução da massa de cobre. Portanto, ocorre aumento da massa de cobre nos eletrodos I e III. Gabarito: D

Questão 43

Um sólido encontra-se em equilíbrio de fusão com o seu respectivo líquido na temperatura de –73 °C. Sabendo que o valor absoluto da entropia de fusão é igual a 50 J/(mol.K), determine o calor de fusão do sólido:

a) –10 kJ/mol

b) -5 kJ/mol c) 0 kJ/mol d) +5 kJ/mol e) +10 kJ/mol

Comentários Na temperatura de fusão, tem-se o equilíbrio, portanto:

Δ𝐻 = 𝑇Δ𝑆 = (273 − 73). 50 = 10000𝐽/𝑚𝑜𝑙 = 10𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 Vale lembrar que a fusão é sempre endotérmica, portanto, o sinal é realmente positivo. Gabarito: E

Questão 44

Suponha que a calcificação dos corais utiliza exclusivamente radiação de comprimento de onda igual a 400 nm. Se o valor da entalpia padrão da reação de produção do carbonato de cálcio a dos íons presentes na água seja igual a +900 kJ/mol, qual é o número mínimo de fótons que os corais devem absorver para sintetizar uma fórmula de carbonato de cálcio?

a) 3 b) 4 c) 6 d) 8 e) 10

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Comentários Vamos calcular a quantidade de energia para uma única fórmula de carbonato de cálcio.

𝐸 =900

6.1023= −150.10−23 = 1,5.10−21𝐽

Agora, vamos calcular a energia de um fóton do comprimento de onda especificado.

𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛 =ℎ𝑐

𝜆=

(6,626.10−34). 3.108

400.10−9≅ 0,5.10−21𝐽

Agora, podemos calcular o número de fótons necessários.

𝑁 =𝐸

𝐸𝑓ó𝑡𝑜𝑛

=1,5

0,5= 3

Gabarito: A

Questão 45

A espectroscopia de massa é uma das técnicas mais utilizadas para a determinar a fórmula molecular de um composto. Essa mesma técnica é utilizada para determinar as massas dos isótopos e suas abundâncias percentuais. Uma amostra de H2 foi recolhida de um asteroide oriundo de outro lugar do espaço. Nesse asteroide, o hidrogênio tem dois isótopos estáveis com massa atômicas iguais a 1 e 2 u.m.a, sendo muito baixa a participação do isótopo com massa atômica igual a 3 u.m.a. O espectro de massas (abundância em função da relação carga/massa) da molécula H2 tem seus três picos mais intensos atribuídos aos diferentes arranjos isotrópicos de H2. Sabendo-se que a razão entre as intensidades relativas dos picos dos isótopos do H2, em ordem crescente de massa atômica, foram iguais 1%, 18% e 81%, respectivamente. Baseado nessas informações, determine os teores isotrópicos de 25X e 27X:

a) 2% e 98% b) 5% e 85% c) 10% e 90% d) 20% e 80% e) 25% e 75%

Comentários Seja p o teor isotrópico do 1H, o teor do 1H – 1H é igual a p². logo:

𝑝2 = 0,01 ∴ 𝑝 = 0,10 = 10% Gabarito: C