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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

=