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EXAME DE SELEÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA DO INSTITUTO DE QUÍMICA-ARARAQUARA-UNESP 27/06/2017

CURSOS: MESTRADO E DOUTORADO I. Físico-Química I.1. A entalpia padrão de vaporização (Hovap) da água na temperatura normal de ebulição é igual a 40,7 kJ mol1. Calcule q, w, U, S e G para a vaporização reversível de um mol de água, à pressão constante de 1 atm e temperatura de 373 K considerando que o volume da água líquida é desprezível e que o vapor d´água se comporta como um gás ideal. R= 0,082 L atm K-1 mol -1 = 2 cal K-1 mol -1 = 8,314 J K-1 mol -1

I.2. Os ésteres são substâncias que têm cheiros e sabores agradáveis e que se encontram, por exemplo, na maça (etanoato de etila), na laranja (etanoato de n-octila) e no abacaxi (butanoato de etila). Ésteres com aromas de frutas são utilizados na fabricação de balas e bebidas, enquanto outros que têm aromas de flores são usados na preparação de cosméticos e perfumes. A maioria dos ésteres que se empregam atualmente na indústria é produzida em laboratórios, o que permite obter produtos mais baratos. Um éster pode ser obtido pela reação de um ácido carboxílico e um álcool. Dados para o equilíbrio CH3COOH (l) + C2H5OH (l)

CH3COOC2H5 (l) + H2O (l) foram obtidos para a reação em um solvente orgânico a 100 oC. As concentrações iniciais dos reagentes e a concentração de CH3COOC2H5 no equilíbrio foram as seguintes:

Concentrações iniciais (mol L1) Concentração no

equilíbrio (mol L1) [CH3COOH] [C2H5OH] [CH3COOC2H5]

1,00 8,00 0,996 Calcule a constante de equilíbrio Kc e a energia de Gibbs padrão da reação (Gro) na temperatura de 100 oC. II. Química Inorgânica II.1. Em um artigo publicado na revista Química Nova, Mortimer e colaboradores analisaram as respostas dadas por vestibulandos a uma questão da prova de Química do exame vestibular da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), que tratava das relações entre os aspectos energéticos envolvidos na formação de uma ligação química e a utilização da regra do octeto.

a) Utilizando os dados da tabela abaixo, represente o ciclo de Born-Haber e calcule a variação de entalpia envolvida na formação do cloreto de sódio sólido a partir das substâncias simples cloro (gasoso) e sódio (sólido).

Equação representativa ∆H / kJ

+108

+496

+121

-348

- 776 Fonte: Dasent, W.E. Inorganic energetics. Australia: Peguin Books, 1970.

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b) Tendo como base os conceitos químicos atuais sobre o modelo de formação de compostos iônicos, discuta a adequação da seguinte afirmação dada pela maioria dos estudantes que havia participado da pesquisa mencionada: “o que estabiliza o cloreto de sódio é a formação de octetos de elétrons nos íons cloreto e sódio”.

II.2. (FASM-2017-Adap) Em janeiro de 2017, cientistas de Harvard anunciaram a façanha de obtenção do hidrogênio metálico (MH) pela primeira vez na história mediante a aplicação de uma pressão de 495 Gigapascal (GPa) em uma pequena amostra de hidrogênio. De acordo com o diagrama de fases apresentado, um dos caminhos para obtenção do hidrogênio metálico sólido (MH) envolve o aumento progressivo da pressão à baixa temperatura.

Fonte: Dias, R. P.; Silvera, I. F. Science, v.355, p.715–718, febr. 2017.

As figuras apresentam o hidrogênio sólido em três estágios sucessivos (A, B e C) de compressão até a obtenção do hidrogênio metálico. Em uma pressão de aproximadamente 205 GPa a amostra de hidrogênio molecular sólida é transparente. Quando a pressão se aproxima de 415 GPa a amostra começa a ficar preta. Porém, quando se atinge a pressão de 495 GPa a amostra deixa de ser preta e passa a ter alta refletividade.

a) Explique, em termos de interações intermoleculares, por que a obtenção de hidrogênio molecular sólido somente ocorre em um ambiente de temperatura muito baixa e/ou de alta pressão.

b) Explique por que a alta refletividade da amostra no Estágio C indica a obtenção de hidrogênio metálico.

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III. Química Analítica III.1. Um estagiário em química está tentando dissolver 25,6 g de Fe(NO3)3.9H2O em 250,0 mL de água à temperatura ambiente. Porém a solução fica turva. Seu supervisor de estágio sugere a adição de HNO3 6 mol L-1 para remover essa turbidez. Responda e/ou explique detalhadamente por meio de equações e cálculos matemáticos: a) O aparecimento da turbidez na água. b) Se o supervisor do estágio estava correto. Dados: A 25 oC a Kw=[H+][OH-] = 1,0 x 10-14 e o Kps Fe(OH)3 = 4,0 x 10-38. Massa molar do Fe(NO3)3.9H2O = 403,8 g mol-1. III.2. Calcule e justifique sua resposta: a) O pH de uma solução de ácido acético e acetato de sódio de concentração inicial 0,1 mol L-1

(Solução A). b) Calcule o valor do pH que resulta da adição de 10,00 mL de HCl 0,1 mol L-1 a 100,0 mL da solução A. c) E se forem adicionados 10,00 mL de NaOH 0,1 mol L-1 na solução do item b, haverá mudança no valor do pH?

Dados: A 25 oC a Ka = 1,75 x 10-5

IV. Química Orgânica IV.1. O ácido ascórbico (vitamina C) não contém um grupo ácido carboxílico tradicional, mas é, no entanto, ainda bastante ácido (pKa = 4,2). É um sólido cristalino de cor branca, ponto de fusão 190-194 °C, hidrossolúvel e pouco solúvel em solventes orgânicos apolares, como éter etílico, clorofórmio e benzeno.

O

OH OH

OH

OHO

2

34

56

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a) Quais os grupos funcionais presentes na substância? b) Como você explica as propriedades como estado físico e solubilidade? c) Qual a configuração absoluta (R ou S) dos centros assimétricos (quirais)? d) Indique qual dos hidrogênios é o mais ácido e explique o motivo da acidez. IV.2. O estudante A preparou três benzaldeídos substituídos com somente um grupamento etila, mas se esqueceu de rotulá-los. O estudante B da bancada ao lado disse que essas substâncias poderiam ser identificadas pela bromação de cada amostra e pela determinação de quantos produtos monobromados seriam formados. a) Desenhe a estrutura dos três isômeros preparados. b) O conselho do colega está correto? Justifique sua resposta.

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V. Engenharia Química V.1. O spray dryer pode ser utilizado para a secagem de leite de levedura excedente do processo de fermentação alcoólica para produção de produto comercial (levedura seca). Sabe-se que o leite de levedura contém 60% de sólidos e 40% de água, que deve ser removida pelo spray dryer para atingir 20% de umidade na levedura comercial. Determine a quantidade de água eliminada pelo equipamento, tomando como base a alimentação do spray dryer. V.2. Para a reação de produção de amônia temos:

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

Um reator processa uma corrente de 1700 kg/dia de reagentes, alimentados na proporção estequiométrica. Calcule a vazão mássica de N2 na alimentação. Dados: massa molar (N2) = 28 kg/kmol; massa molar (H2) = 2 kg/kmol. V.3. Dentre os gases do efeito estufa que estão aumentando de concentração, podem ser citados o dióxido de carbono e o metano. Sabe-se que quantidade de metano emitida é bem menor, mas seu potencial de aquecimento é cerca de 21 vezes superior ao do dióxido de carbono. Neste sentido, um pesquisador sugeriu que o metano fosse queimado como forma de atuar no problema ambiental. Com base nos dados de calores de formação a 25C, calcule o calor de reação (kJ/mol) da combustão completa do metano.

SUBSTÂNCIA H°f (kJ/mol) CH4 (g) –74,8 CO (g) –110,3 CO2 (g) –393,5 H2O (v) –241,8

V.4. Um engenheiro de uma indústria necessita projetar um sedimentador com o objetivo de concentrar uma suspensão que possui vazão de 300 m3/h e concentração de 3,0 kg/m3 até 30 kg/m3 de sólidos suspensos (lama). O engenheiro admitiu que a massa de sólidos no clarificado fosse desprezível. Sendo assim, quais os valores da vazão de lama que foi espessada e da vazão de clarificado para o projeto do sedimentador.