2ª Fase - Química

Para cada par de substâncias abaixo, indique qual apresenta maior ponto de fusão e justifique sua indicação.

1. Benzeno ou Naftaleno
2. Ácido etanoico ou Propanona
3. $\ce{H2O}$ ou $\ce{D2O}$
4. $\ce{CSe2}$ ou $\ce{CS2}$

e)

Considere as seguintes substâncias:

I. 2-metil-1-butanol

II. 3-metil-2-butanol

Escreva as equações químicas que descrevem as reações abaixo, apresentando a fórmula estrutural dos compostos orgânicos envolvidos, ou seja, reagentes, eventuais produtos intermediários e produtos finais.

1. I com excesso de agente oxidante.
2. II com excesso de agente oxidante.
3. II com o produto final da reação do item a), em meio ácido.
4. Produto orgânico final do item b) com $\ce{NaBH4(aq)}$, seguido de tratamento com ácido diluído.

São descritos dois experimentos (Exp. 1 e Exp. 2) a respeito de uma solução aquosa de uma substância A, de massa molar igual a $\pu{50 g mol-1}$, que não se dissocia e não se volatiliza. Os experimentos foram realizados a $\pu{25 °C}$.

Exp. 1 – Em um béquer, foram dissolvidos $\pu{100 g}$ da substância A em $\pu{360 mL}$ de água pura. A seguir, colocou-se o béquer em um recipiente que foi fechado.

Exp. 2 – Em um béquer denominado I, preparou-se a mesma solução descrita no Exp.1, e em outro béquer denominado II, adicionou-se $\pu{360 mL}$ de água pura. Em seguida, os béqueres I e II foram colocados em um recipiente que foi fechado.

Considere que a solução aquosa de A se comporte idealmente, a massa específica da água seja $\pu{1 g cm-3}$ e a pressão de vapor da água seja $\pu{23,8 Torr}$ a $\pu{25 °C}$.

A partir das informações acima:

1. determine os valores numéricos das frações molares da substância A e da água na solução do Exp. 1;
2. determine o valor numérico da fração molar da água na fase de vapor no Exp.1;
3. determine o valor numérico da pressão de vapor da água, em Torr, no Exp. 1;
4. desconsiderando o efeito causado pelo volume do recipiente no Exp. 2, descreva sucintamente e de forma qualitativa o que acontecerá com o volume do líquido no béquer I após o equilíbrio ter sido atingido.

Considere as semicélulas descritas e os respectivos potenciais do elemento galvânico em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio.

Semicélula A: $\ce{Ag2O(s)|Ag(s)}$ em meio básico; $E^\circ = \pu{0,342 V}$;

Semicélula B: $\ce{NbO2(s)|Nb(s)}$ em meio ácido; $E^\circ = \pu{-0,690 V}$.

Com base nas informações fornecidas, apresente:

1. As equações químicas balanceadas que representam as semirreações, especificando o catodo e o anodo.
2. A equação química que representa a reação global.
3. O valor numérico da força eletromotriz.

Os dados da tabela abaixo foram obtidos em um estudo de determinação dos parâmetros cinéticos de uma reação hipotética e irreversível do tipo $\ce{A + B -> C + D}$.

Não havendo mudança no mecanismo da reação no intervalo de temperatura considerado, determine os seguintes valores numéricos:

1. Ordem da reação em relação ao reagente A.
2. Ordem da reação em relação ao reagente B.
3. Ordem global da reação.
4. Constante de velocidade da reação a $\pu{400 K}$, com sua respectiva unidade de medida.
5. Constante de velocidade da reação a $\pu{500 K}$, com sua respectiva unidade de medida.
6. Energia de ativação da reação, em $\pu{kcal mol-1}$.

Considere que a água destilada esteja em equilíbrio com a atmosfera, em dois ambientes distintos (I e II), nos quais a pressão parcial de $\ce{CO2}$ foi medida em $p_{\ce{CO2},I} = \pu{300e-6 atm}$ e $p_{\ce{CO2},II} = \pu{600e-6 atm}$. Com base nessas informações e considerando apenas a primeira dissociação do ácido carbônico,

1. escreva a equação química que representa o equilíbrio entre a água e o $\ce{CO2}$;
2. escreva uma expressão matemática para o pH da amostra de água em função da pressão parcial de $\ce{CO2}$;
3. determine o valor numérico da diferença de pH ($\text{pH}_{II} - \text{pH}_I$) entre as duas amostras de água.

Uma solução foi preparada por meio da dissolução de $\pu{1,330 g}$ de uma mistura de $\ce{NaCl(s)}$ e $\ce{KCl(s)}$ em água. A essa solução, foram adicionados $\pu{10 mL}$ de uma solução $\pu{4,0 mol L-1}$ em $\ce{AgNO3}$ para precipitar todo cloreto na amostra. Posteriormente, o sólido foi removido e uma placa de zinco foi adicionada à solução sobrenadante. Após um tempo suficiente para a reação completa, verificou-se uma variação de massa de $\pu{1,506 g}$ na placa de zinco. Com base nessas informações, determine as quantidades, em mol, de:

1. zinco consumido na placa;
2. cloreto na solução inicial;
3. $\ce{NaCl(s)}$ e $\ce{KCl(s)}$ na mistura inicial.

As resinas epoxídicas contêm pelo menos dois grupos epóxidos terminais por molécula e reagem com um agente de cura para a formação de um polímero por meio de uma reação de cura (ou reticulação). Uma forma comum de se obter resina epoxídica envolve a reação entre epicloridrina (1-cloro-2,3-epoxipropano) e bisfenol-A (4,4´-dihidroxi-2,2-difenilpropano).

1. Apresente a fórmula estrutural da epicloridrina e do bisfenol-A.
2. Escreva a equação química balanceada entre as substâncias do item a) para a formação de uma resina epoxídica.
3. Escreva a equação química entre um anel epóxido e o agente de cura 4,4´-Diamino-difenilmetano (DDM).

Seja a reação $\ce{A ->[k_1] B}$, que apresenta lei de velocidade de primeira ordem (em relação a A) e constante de velocidade $k_1$ igual a $\pu{5e-4 s-1}$ a $\pu{300 K}$. A reação reversa, $\ce{B ->[k_2] A}$, também é de primeira ordem (em relação a B) e, a $\pu{300 K}$, tem uma constante de velocidade $k_2$ igual a um milésimo de $k_1$. A constante de velocidade total em direção ao equilíbrio é dada pela soma das constantes de velocidade direta e reversa, e para cada aumento de $\pu{10 K}$ na temperatura, os valores de $k_1$ são duplicados e os de $k_2$ são quadruplicados.

Deseja-se realizar essa reação buscando a máxima constante de velocidade total possível, mas utilizando um reator limitado a uma temperatura de trabalho de até $\pu{500 K}$, e mantendo um rendimento mínimo de $\pu{24,41 \%}$, representado por $\dfrac{[B]_{eq}}{[A]_{eq}} \geq \dfrac{1}{\pu{4,096}}$. Com base nessas restrições, determine:

1. qual das propriedades constitui o limitante para a operação do reator, a temperatura ou o rendimento;
2. o valor numérico da temperatura de operação;
3. o valor numérico do rendimento de operação;
4. se a constante de velocidade total na condição de operação supera o valor de $\pu{10 s-1}$.

Sejam as substâncias simples na forma alotrópica mais estável nas condições padrão dos elementos de números atômicos $Z$, $(Z-2)$ e $(Z-3)$. Considere que $\pu{96,0 g}$ da substância simples gasosa de um calcogênio de número atômico $Z$ reage estequiometricamente com

I. a substância simples sólida do elemento de número atômico $(Z-2)$, formando aproximadamente $\pu{132,0 g}$ de um gás;

II. a substância simples sólida do elemento de número atômico $(Z-3)$, formando aproximadamente $\pu{139,2 g}$ de um sólido.

Responda as questões abaixo, utilizando as informações fornecidas.

1. Identifique os elementos químicos de números atômicos $Z$, $(Z-2)$ e $(Z-3)$.
2. Apresente a equação química balanceada que representa a reação entre as substâncias simples dos elementos de números atômicos $Z$ e $(Z-2)$.
3. Apresente a equação química balanceada que representa a reação entre as substâncias simples dos elementos de números atômicos $Z$ e $(Z-3)$.