Gabarito

Q1

Qual a massa de óxido de manganês IV, componente do minério Pirolusita, que deve reagir com $\ce{HCl}$ concentrado para se obter o cloro necessário à liberação de todo o bromo existente em $\pu{2,06 g}$ de $\ce{NaBr}$ ? Apresente as reações envolvidas.

Q2

Um sistema, composto por um mol de um gás ideal, está em um estado inicial a uma pressão $P_1$ , volume $V_1$ e temperatura $T_1$ . Tal sistema sofre mudança de estado em quatro etapas:

Etapa I — compressão lenta e isotérmica a $P_2$ , $V_2$ .
Etapa II — compressão muito rápida a $P_3$ , $V_3$ , $T_3$ .
Etapa III — expansão lenta e isotérmica a $P_4$ , $V_4$ .
Etapa IV — expansão muito rápida de volta ao estado inicial a $P_1$ , $V_1$ , $T_1$ .

A segunda e a quarta etapas são tão rápidas que não há troca de calor entre o sistema e o ambiente.

Diante do exposto:

esboce o gráfico P x V do processo descrito, identificando as etapas.
considerando que $W_1$ , $W_2$ , $W_3$ e $W_4$ são os trabalhos em cada etapa, mostre que o trabalho total no processo descrito se reduz a $W_\text{tot} = W_1 + W_3$ .

Q3

Um estudo cinético foi feito com a reação $\ce{SO2(g) + O3(g) -> SO3(g) + O2(g)}$ , alterando-se as concentrações iniciais dos reagentes a $\pu{300 K}$ . Foi usado um vaso fechado de volume constante, com $\ce{N2}$ como pressurizador inerte, e sob incidência de luz ultravioleta, obtendo-se os dados da tabela abaixo:

$\ce{SO2}$ ( $\pu{mol//L}$ )	$\ce{O3}$ ( $\pu{mol//L}$ )	velocidade inicial ( $\pu{mol//L.s}$ )
0,25	0,40	0,118
0,25	0,20	0,118
0,75	0,20	1,062

Diante do exposto:

determine a ordem da reação em relação a cada reagente.
determine a lei da velocidade desta reação.
calcule o valor da constante de reação.
um segundo experimento a $\pu{1000 K}$ mostrou que a constante de reação tem valor de 7,56 em módulo. Assim, calcule a Energia de Ativação dessa reação.

Q4

O ácido acético, denominado monômero, tende a formar dímeros cíclicos em um processo de auto-associação devido às interações intermoleculares fortes. Para um determinado equilíbrio, sabe-se que cada mol de monômero (ácido acético) gera $\pu{0,42 mol}$ de dímero em uma solução com benzeno.

Determine para esse equilíbrio:

o tipo de interação intermolecular presente no dímero cíclico.
a estrutura de Lewis do dímero.
o valor da constante de equilíbrio, tendo por base as concentrações.
a temperatura de fusão de uma solução $\pu{0,10 mol//L}$ de ácido acético em benzeno, que preserva a mesma relação dímero/monômero desse equilíbrio.

Q5

Uma determinada substância orgânica no estado gasoso foi submetida à combustão completa em dois calorímetros: um de volume constante e outro de pressão constante.

Sabe-se que:

a reação ocorreu à mesma temperatura de $\pu{27 °C}$ em ambos os calorímetros;
todos os produtos e reagentes são gasosos;
ambos os calorímetros têm a mesma capacidade térmica igual a $\pu{450 J//K}$ ;
a quantidade da substância orgânica queimada em cada calorímetro foi a mesma e igual a $\pu{1,0 mol}$ ; e
a variação de temperatura do calorímetro de volume constante foi $\pu{16,6 °C}$ maior que a variação de temperatura do calorímetro de pressão constante.

A substância orgânica levada à combustão foi o acetileno, o p-xileno, o n-heptano, ou o propeno? Justifique.

Q6

A reação de $\pu{240 g}$ de ácido acético com $\pu{92 g}$ de etanol, em dadas condições reacionais, em um recipiente fechado, atinge o equilíbrio químico quando $\pu{1,6 mol}$ de cada produto é formado.

Considere:

somente o equilíbrio líquido-líquido;
o volume reacional é constante; e
não há variação de temperatura e pressão.

Diante do exposto:

escreva e balanceie a equação estequiométrica correspondente.
determine o grau de equilíbrio do sistema reacional para o ácido acético.
determine a constante de equilíbrio para o sistema reacional.

Q7

Um determinado processo químico em fase líquida ocorre por meio de três etapas acopladas, envolvendo a formação de um intermediário reativo X:

Etapa I: $\ce{A + B -> X}$
Etapa II: $\ce{X + B -> P}$
Etapa III: $\ce{X + C ->}$ produtos inativos

Em determinadas condições experimentais, verifica-se que a velocidade inicial de formação do produto P pode ser descrita empiricamente pela expressão:

$\nu_0 = k[\ce{A}]^\alpha [\ce{B}]^\beta [\ce{C}]^\gamma$

A tabela a seguir apresenta os valores das concentrações iniciais de A, B e C, bem como a velocidade inicial de formação de P, obtidos em quatro experimentos independentes à mesma temperatura:

experimento	$[\ce{A}]_0$ ( $\pu{mol//L}$ )	$[\ce{B}]_0$ ( $\pu{mol//L}$ )	$[\ce{C}]_0$ ( $\pu{mol//L}$ )	$\nu_0$ ( $\pu{mol//L.s}$ )
1	$1{,}0\times10^{-2}$	$1{,}0\times10^{-2}$	$1{,}0\times10^{-2}$	$1{,}25\times10^{-6}$
2	$2{,}0\times10^{-2}$	$4{,}0\times10^{-2}$	$8{,}0\times10^{-2}$	$5{,}00\times10^{-6}$
3	$4{,}0\times10^{-2}$	$2{,}0\times10^{-2}$	$1{,}6\times10^{-1}$	$1{,}25\times10^{-6}$
4	$8{,}0\times10^{-2}$	$1{,}6\times10^{-1}$	$2{,}0\times10^{-2}$	$1{,}28\times10^{-6}$

Determine:

os valores de $\alpha$ , $\beta$ e $\gamma$ .
a constante cinética k, com suas unidades.
a lei cinética completa para a formação de P.
a ordem global da reação.

Q8

Dois mols de um cloreto de alquila (X) reagem com quantidade equivalente de sódio metálico, em meio anidro, gerando o produto (Y). Sabe-se que Y possui dois carbonos quirais e não é capaz de realizar desvio da luz polarizada, sendo esse composto (Y) com o menor número de carbonos possível nessas condições.

Diante do exposto:

represente a estrutura tridimensional de Y.
forneça a nomenclatura IUPAC de X.

Q9

Uma solução é preparada dissolvendo-se $\pu{53 g}$ de um composto aromático (A) em $\pu{2 kg}$ de benzeno, gerando um abaixamento da temperatura de congelamento de $\pu{1,28 °C}$ . Sabe-se que o composto A sofre reação de halogenação gerando um único produto possível e seu resultado no teste de Tollens é negativo.

Determine a estrutura molecular do composto A.

Q10

A Praia da Areia Preta, em Guarapari (ES), é composta predominantemente por monazita, mineral que constitui uma importante fonte natural de tório e urânio. Uma amostra de monazita apresenta aproximadamente 9% de $\ce{ThO2}$ e 0,35% de $\ce{U3O8}$ em massa. Os isótopos $\ce{^208Pb}$ e $\ce{^206Pb}$ correspondem aos produtos estáveis finais das séries de decaimento radioativo de $\ce{^232Th}$ e $\ce{^238U}$ , respectivamente. A razão isotópica atômica molar $\ce{^208Pb}/\ce{^232Th}$ , determinada para uma amostra hipotética de areia monazítica da Praia da Areia Preta, apresentou o valor de 0,024. As meias-vidas dos radionuclídeos $\ce{^232Th}$ e $\ce{^238U}$ são, respectivamente, $\pu{1,41e10 anos}$ e $\pu{4,47e9 anos}$ . Suponha que os isótopos $\ce{^208Pb}$ , $\ce{^206Pb}$ , $\ce{^232Th}$ e $\ce{^238U}$ tenham permanecido integralmente no sistema desde a formação do mineral de monazita. Admita que todo o chumbo presente na monazita seja de origem exclusivamente radiogênica.

Com base nessas informações, estime a idade da amostra hipotética de areia monazítica da Praia da Areia Preta.