2ª Fase - Química

A pilha de lítio-iodo foi desenvolvida para uso em marca-passos, com durabilidade de cerca de 10 anos e não liberando gases tóxicos ao paciente. Sua estrutura hermeticamente fechada consiste em iodo aglomerado em polímero envolto pelo lítio, sendo o conjunto blindado em aço inoxidável.

Potenciais-padrão de redução com base no eletrodo padrão de hidrogênio.:

Considerando as condições padrão, determine:

1. as semirreações e a reação global da pilha;
2. a diferença de potencial (ddp) máxima da célula eletroquímica;
3. a variação máxima da energia de Gibbs;
4. a variação da energia de Gibbs e ddp mínimas para uma possível recarga total da pilha.

Em um julgamento, tendo em vista o grande número de pessoas acusadas, o juiz criou dois dispositivos distintos para limitar o tempo de sustentação oral, um para o defensor, e outro para o acusador. Para medir esses tempos, preparou dispositivos químicos distintos e isolados, nos quais uma solução de $\ce{HCl}$ com concentração igual a $\pu{0,1 mol.L-1}$ é gotejada. O dispositivo do defensor consiste em um recipiente contendo 1 litro de solução aquosa contendo $\pu{795 mg}$ de carbonato de sódio e o do acusador um recipiente contendo 1 litro de solução aquosa contendo $\pu{840 mg}$ de bicarbonato de sódio. Utilizando traços de indicador com viragem em pH neutro, ajustou a dosagem das gotas para 20 gotas por minuto, iniciando junto com a sustentação oral do defensor, e 40 gotas por minuto, iniciando junto com a sustentação oral do acusador. As falas serão interrompidas no momento da viragem do indicador.

Calcule os tempos de viragem do indicador para a defesa e para a acusação, considerando que cada gota de solução de $\ce{HCl}$ contém $\pu{0,05 mL}$.

Dois compostos distintos, A e B, ambos com fórmula molecular $\ce{C4H8}$, geram resultado positivo para o teste com água de bromo. A reação de A com $\ce{HBr}$ na ausência de peróxido gera uma mistura racêmica e, na presença de peróxido, gera majoritariamente o produto X. O composto B, por sua vez, ao reagir com $\ce{HBr}$ na ausência de peróxido gera majoritariamente o produto Y e, na presença do peróxido, o produto Z.

Apresente as estruturas moleculares dos compostos A, B, X, Y e Z, sabendo que os mesmos são opticamente inativos e que possuem estruturas moleculares distintas.

O ácido ascórbico tem fórmula molecular $\ce{C6H8O6}$ e parte de suas ligações químicas estão representadas abaixo.

1. Apresente a estrutura de Lewis do ácido ascórbico.
2. Com base na estrutura eletrônica, qual é o hidrogênio mais ácido dentre os hidrogênios assinalados por 1 e 2? Justifique.

De modo a estimar o peso atômico de um elemento X, um cientista do século XIX escolheu um procedimento criativo. Ele preparou 4 compostos A, B, C e D contendo o elemento químico X, em proporções mássicas conforme tabela abaixo. Na sequência, transferiu-os, individualmente, para frascos idênticos, previamente evacuados, até que todos atingissem $\pu{1 atm}$ de pressão, na temperatura de $\pu{525 K}$, na qual sabia que todos os compostos se comportariam como gases ideais. O cientista repetiu o experimento com nitrogênio, e pesou, então, todos os frascos, mantendo as condições de temperatura e pressão, montando a seguinte tabela.:

Com base nestas informações, identifique o elemento químico X.

O Iodo-131 ($\ce{^{131}I}$) é um isótopo radioativo emissor de elétrons que pode ser utilizado na medicina nuclear para procedimentos analíticos, sendo sua constante de decaimento $\pu{1,003e-6 s-1}$.

Calcule o número de dias para que uma amostra inicial de $\ce{^{131}I}$ com massa de $\pu{8,22e-13 g}$ não seja detectada por um contador Geiger, que possui um limite mínimo de detecção de $\pu{1e-4 µCi}$.

Um certo aldeído B é subsequente ao aldeído A na série homóloga de aldeídos de cadeia normal. Uma alíquota de $\pu{20 g}$ do aldeído B é adicionada a $\pu{100 g}$ de uma solução aquosa contendo 30% em massa do aldeído A. A adição de uma solução amoniacal de $\ce{AgNO3}$ a $\pu{8,25 g}$ dessa solução de aldeídos resulta na precipitação de $\pu{21,6 g}$ de prata.

Forneça a nomenclatura dos aldeídos A e B.

Um cilindro adiabático dotado de uma tampa móvel que pode se deslocar para cima e para baixo sem atrito é alimentado com $\pu{440 mg}$ de propano e $\pu{1,60 g}$ de oxigênio aquecidos. Durante a admissão dos gases, a tampa vai se deslocando até parar em sua posição final, de forma que a pressão se estabelece a $\pu{2,0 atm}$ e a temperatura a $\pu{333 K}$. Os gases são, então, ignitados. Ocorre a combustão instantânea e completa da mistura à temperatura de combustão de $\pu{3000 K}$, que gera apenas produtos gasosos e ocasiona novo deslocamento da tampa. A temperatura final medida, após a parada da tampa na nova posição, é de $\pu{2000 K}$.

Considere:

1. comportamento ideal dos gases;
2. que a montagem é suficientemente hermética para evitar o escape de gases;
3. que para as faixas de pressão e temperatura a serem consideradas no problema, as capacidades caloríficas dos produtos são constantes.

Calcule a capacidade calorífica dos produtos da mistura de gases resultante.

Uma molécula A em fase gasosa está sujeita a processos reacionais envolvendo ativação e desativação por colisões moleculares e sua autodecomposição, abrangendo as seguintes etapas:

• Etapa 1: ativação molecular $\ce{A + A -> A^* + A}$ constante de velocidade $k_1$
• Etapa 2: desativação molecular $\ce{A + A^* -> A + A}$ constante de velocidade $k_2$
• Etapa 3: autodecomposição $\ce{A^* -> B}$ constante de velocidade $k_3$

Considere que:

1. o composto ativado $\mathbf{A}^*$ é formado e consumido com a mesma velocidade;
2. $k_1$, $k_2$ e $k_3$ possuem a mesma ordem de grandeza.;
3. a lei de velocidade de formação de B é expressa apenas em termos da concentração de A e das três constantes de velocidade.

Determine a ordem aproximada da formação de B e a constante de reação em altíssimas pressões de A.

Um determinado número de mágica é conduzido em um tanque cilíndrico rígido de parede dupla transparente a $\pu{27 °C}$, em que são injetados os gases metano e oxigênio em sua porção interior, fechada, de $\pu{1400 L}$; e acrescentada água líquida com corante opaco, ocupando o volume total de sua região anular de $\pu{180 L}$, aberta no topo, conforme indicado na visão esquemática do tanque ilustrada na Figura abaixo:

Em resumo, o funcionamento normal do dispositivo para o número de mágica abrange:

• Passo 1: $\ce{CH4(g)}$ e $\ce{O2(g)}$ são injetados na porção interior do tanque com volume útil de $\pu{1400 L}$ e ocorre a combustão a $\pu{27 °C}$, com consumo total dos reagentes;
• Passo 2: imediatamente após a combustão, a porção anular do tanque é aberta em seu topo, de modo que a água líquida esteja à pressão de $\pu{1 atm}$, e o calor da combustão seja transferido integralmente para a mesma, sendo este o equivalente para vaporizar toda a água líquida com corante; e
• Passo 3: após toda a água vaporizar, um objeto, resistente à combustão, deve aparecer para a plateia na porção interior do tanque.

Infelizmente, na noite da estreia do espetáculo, o número de mágica não funcionou, revelando uma fumaça escura no interior do tanque, mesmo após a vaporização completa da água na região anular.

Considere que:

1. o sistema composto pela porção interior do tanque e pela região anular é isolado durante a ocorrência da combustão;
2. a combustão ocorrida no interior do tanque foi incompleta, com formação apenas de $\ce{C(s)}$, $\ce{CO(g)}$ e $\ce{H2O(l)}$ como produtos.;
3. o corante não afeta as propriedades da água e não adere às paredes do recipiente;
4. a pressão parcial de $\ce{CO(g)}$, após a combustão, foi de $\pu{2,46 atm}$.

Calcule a razão molar inicial oxidante/combustível, $n_{\ce{O2(g)}}/n_{\ce{CH4(g)}}$, responsável pelo não funcionamento do número de mágica.