Maratonas de Química ⇒ II Maratona de Química IME/ITA

[brunoafa]

Para todos aqueles que almejam uma vaga no IME/ITA, o fórum TutorBrasil lança a primeira temporada da maratona de exercícios para fazer seu estudo andar mais rápido!

1) O usuário que quiser participar deverá RESPONDER a última questão sem resposta e POSTAR uma nova questão na mesma mensagem.
2) A resolução da questão deverá ser feita como se estivesse sendo entregue para a prova discursiva do IME ou do ITA.
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4) Todas as questões deverão ser da CN,EFOMM,AFA,EN,IME,ITA de preferência com o ano.
5) Não deve ser postado uma nova questão enquanto a anterior não for resolvida.
6) As questões deverão ser numeradas na ordem crescente.
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Problema 1:

(ITA 2008) [tex3]300[/tex3] gramas de gelo a [tex3]0[/tex3] ºC foram adicionados a [tex3]400[/tex3] gramas de água a [tex3]55[/tex3] ºC. Assinale a opção CORRETA para a temperatura final do sistema em condição adiabática.

Dados: calor de fusão do gelo= [tex3]80[/tex3] cal [tex3]g^{-1}[/tex3], calor específico do gelo = [tex3]0,50g^{-1} K^{-1}[/tex3], calor específico da água líquida = [tex3]1[/tex3] cal [tex3]g^{-1} K^{-1}[/tex3].

a) [tex3]-4[/tex3] ºC
b) [tex3]-3[/tex3] ºC
c) [tex3]0[/tex3] ºC
d) [tex3]3[/tex3] ºC
e) [tex3]4[/tex3] ºC

Resposta

---

Letra C

[Brunoranery]

1) Calor que o gelo precisa para derreter:
[tex3]Q = mL[/tex3]
[tex3]Q = 300 x 80 [/tex3]
[tex3]Q = 24000 Cal[/tex3]

2) Calor máximo que a água pode fornecer com sua variação de temperatura:
(A máxima variação vai de 55 a 0 graus)
[tex3]Q = mcΔT[/tex3]
[tex3]Q = 400g x 1 x (0 °C - 55 °C)[/tex3]
[tex3]Q = 22000 Cal[/tex3]

Como a água não é capaz de fornecer calor suficiente para o derretimento do gelo, coexistirá no sistema gelo e água simultaneamente. Nesse caso a temperatura final é zero.
Para que o sistema tivesse uma temperatura final maior, a água teria que fornecer mais de [tex3]24000 Cal[/tex3]

Problema 2:

ITA 2017
Um frasco fechado contém dois gases cujo comportamento é considerado ideal: hidrogê-
nio molecular e monóxido de nitrogênio. Sabendo que a pressão parcial do monóxido de
nitrogênio é igual a 3/5 da pressão parcial do hidrogênio molecular, e que a massa total da
mistura é de 20 g, assinale a alternativa que fornece a porcentagem em massa do hidrogênio
molecular na mistura gasosa.
a) 4%
b) 6%
c) 8%
d) 10%
e) 12%

Resposta

---

Gab: D

[ivanginato23]

Resolução do Problema 2
Sendo, [tex3]m_{NO}=x[/tex3], [tex3]M_ {NO}=30~g.mol^{-1}[/tex3],[tex3]M_
{ H_{2}}=2~g.mol^{-1}[/tex3]

[tex3]\frac {n_{NO}RT}{V}=\frac {3}{5}\frac {n_{H_{2}}RT}{V}\\ \frac {x}{30}=
\frac {3}{5}\frac {20-x}{10}\\ x=18g\\ \therefore m_{H_{2}}=2g[/tex3]
[tex3]\frac{2}{20}.100=10[/tex3]
R=10\%

---

Problema 3

ITA-2010
Um vaso de pressão com volume interno de 250 [tex3]cm^3 [/tex3] contém gás nitrogênio (N2) quimicamente puro, submetido à temperatura constante de 250°C e pressão total de 2,0 atm. Assumindo que o N2 se comporta como gás ideal, assinale a opção CORRETA que apresenta os respectivos valores numéricos do número de moléculas e da massa específica, em [tex3]kg.m^{–3} [/tex3], desse gás quando exposto às condições de pressão e temperatura apresentadas.

A) [tex3]3,7.10^ {21} ~e ~1,1 [/tex3]
B) [tex3]4,2 .10^{21} ~e ~1,4 [/tex3]
C) [tex3]5,9 .10^{21} ~e ~1,4 [/tex3]
D) [tex3]7,2 .10^{21}~ e~ 1,3 [/tex3]
E) [tex3]8,7 .10^{21}~ e ~1,3 [/tex3]

Resposta

---

D

[Brunoranery]

Resolução do Problema 3:
Encontrando o número de moleculas:
[tex3]Pv = NRT[/tex3]
[tex3]250 cm³ = 0,25L[/tex3]
[tex3]250°C = 523°K[/tex3]

[tex3]2 x 0,25 = N x 0,082 x 523[/tex3]
[tex3]N = \frac{0,5}{42,886}[/tex3]
[tex3]N = 0,0116 mols.[/tex3]

Moléculas [tex3]\rightarrow [/tex3] [tex3]0,0116 x 6,02x10²³ = 0,070x10²³ = 7x10²¹[/tex3]

Encontrando a Densidade:
Massa:
[tex3]1[/tex3] mol = [tex3]28g/mol[/tex3]
[tex3]0,0116[/tex3] mols = [tex3]x[/tex3]
[tex3]x = 0,3248 g[/tex3]

Volume em [tex3]m³[/tex3] [tex3]\rightarrow [/tex3] [tex3]0,25x10⁻^3[/tex3]
Massa em kg [tex3]\rightarrow [/tex3] [tex3]0,3248x10⁻^3
[/tex3]
Densidade:
[tex3]D = \frac{m}{v}[/tex3]
[tex3]D = \frac{0,3248x10⁻^3}{0,25x10⁻^3}[/tex3]
[tex3]D = 1,299 kg m⁻^3[/tex3]

Problema 4:
Para determinar a entalpia de vaporização do composto hipotético M [tex3]X_{4}[/tex3] [tex3](l)[/tex3], o mesmo foi colocado num recipiente equipado com uma serpentina de aquecimento resistivo, a [tex3]80 °C[/tex3] e sob pressão de 1,0 bar. Para a manutenção da temperatura, foi utilizada uma fonte
de 30 V com passagem de corrente de 900 mA durante 30 s, tendo sido vaporizados [tex3]2,0 g[/tex3] de M [tex3]X_{4}[/tex3] [tex3](l)[/tex3]. Sabendo que a massa molar desse composto é [tex3]200 g mol⁻¹[/tex3] −, assinale a opção que apresenta a entalpia molar de vaporização em [tex3]kJ mol⁻¹[/tex3] −, a [tex3]80 °C. [/tex3]

A ( ) 4,1
B ( ) 8,1
C ( ) 81
D ( ) 405
E ( ) 81

Resposta

---

Gab: Letra c

[ivanginato23]

Resolução do Problema 4
Descobrindo a potência da serpentina:
[tex3]i=900.10^{-3}A, U=30V\\P=i.U\\P=27~W[/tex3]

---

[tex3]P=\frac{\Delta Q}{\Delta }\\\Delta Q= 0,81~kJ[/tex3]

Entende-se que: Na potência de 27 W foi necessário 0,81 kJ para vaporizar 2g de água. Portanto:

[tex3]~~~~2g -----0,81kJ\\200g-----\Delta H_{v} \\\boxed {\Delta H_{v}=81~kJ}[/tex3]

Alternativa C

Problema 5
ITA-2015 (Modificada)
Borbulha-se gás cloro em solução aquosa diluída de hidróxido de
sódio a 25ºC. Assinale a opção que contém apenas produtos clorados
resultantes e caracterize a(s) reação(ões):
A) [tex3]Cl^{-}~e~ClO^{-}_{3}[/tex3]
B)[tex3]Cl^{-}~e~ OCl^{-} [/tex3]
C)[tex3]ClO^{-}_{3},ClO^{-}_{4}~e~Cl^{-}[/tex3]
D)[tex3]ClO^{-}_{3}~e~ OCl^{-} [/tex3]
E)[tex3]ClO^{-}_{3}~e~ClO^{-}_{4} [/tex3]

Resposta

---

B

[Brunoranery]

Resolução problema 5:

Trata-se apenas de uma noção do que será formado.

Reagindo-se o Gás Cloro ([tex3]Cl_{2}[/tex3](g)) com a hidroxila, já que a proporção entre o Sódio e a Hidroxila é de [tex3]1:1[/tex3]:
Como a solução é diluída, devemos colocar o número mínimo de mols para a Hidroxila.

[tex3]Cl_{2} + 2OH⁻[/tex3] [tex3]\overrightarrow{\overleftarrow{}}[/tex3] [tex3]ClO⁻ + H_{2}O + Cl⁻[/tex3]
OBS: Na formação do íon Hipoclorito, temos uma limitação na quantidade de Oxigênio, portanto, forma-se íon negativo pelo elétron que sobrou do Oxigênio. A Hidroxila, para reagir, promoveu a cisão homolítica dos átomos de Cloro.

Alternativa B

Vamos a um pouco de cálculo...

Problema 6:

É de 0,76 V a força eletromotriz padrão, [tex3]E°[/tex3], de u
ma célula eletroquímica, conforme a reação:

[tex3]ZnS[/tex3](s) + [tex3]2H⁺[/tex3] [tex3]\rightarrow [/tex3] [tex3]Zn²⁺[/tex3](aq) + [tex3]H_{2}[/tex3] (g)

Na concentração da espécie de [tex3]Zn²⁺[/tex3] igual a [tex3]1,0 mol L⁻¹[/tex3] e pressão de [tex3]H_{2}[/tex3] de [tex3]1,0 bar[/tex3], a [tex3]25 °C[/tex3], foi verificado que a
força eletromotriz da célula eletroquímica é de 0,64 V. Nestas condições, assinale a concentração de íons [tex3]H⁺[/tex3] em [tex3]mol L⁻¹[/tex3]

A ( ) 1x10⁻¹²
B ( ) 4,2x10⁻⁴
C ( ) 1x10⁻⁴
D ( ) 1x10⁻^2
E ( ) 2x10⁻^2

Resposta

---

GAB: D

[undefinied3]

Resolução problema 6:

Aplicação da equação de Nernst. Antes de mais tudo, é fácil verificar que o número de elétrons envolvidos na reação é 2, assim:
[tex3]0.64=0.76-\frac{0.059}{2}log\frac{[Zn^{2+}].p(H_2)}{[H^+]^2} \rightarrow log\frac{1.1}{[H^+]^2}=4,06 \rightarrow -2log[H^+]=4,06[/tex3]
[tex3]\therefore pH=2 \rightarrow [H^+]=10^{-2}[/tex3]

Problema 7: (IME)

Determine o pH no ponto de equivalência da titulação de 25ml de ácido hipocloroso aquoso ([tex3]K_a=3.10^{-8}[/tex3]) com concentração 0,01mol/L, com hidróxido de potássio 0,02mol/L, realizada a 25°C

Resposta

---

9,67

[Jigsaw]

Resolução do problema 7:

Para a titulação, temos:

[tex3]M_A.V_A=M_B.V_B\rightarrow 0,01 \frac{mol}{L}. 25,0\ ml=0,020\frac{mol}{L}.V_B\\
V_B=12,5\ ml[/tex3]

Assim. o volume da solução final é: [tex3]V_A + V_B = 37,5\ ml[/tex3]

Portanto:
[tex3][ClO^{-}]=\frac{25.10^{-3} . 10^{-2}\frac{mol}{L}}{37,5 . 10^{-3}\ L}[/tex3]
[tex3][ClO^{-}]=\frac{2}{3}.10^{-2}\frac{mol}{L}[/tex3]

O ânion proveniente do ácido fraco sofre hidrólise, de acordo com:

[tex3]ClO^{-}_{(aq)} + H_2O_{(l)}\rightarrow HCl_{(aq)} + OH^{-}_{(aq)}\\
\frac{2}{3}.10^{-2}\frac{mol}{L}ClO^{-}\text{produz}\ x\frac{mol}{L}\ HCl + x\frac{mol}{L}\ OH^{-}[/tex3]

Dado que [tex3]K_h=\frac{K_w}{K_a}=\frac{1,0.10^{-14}}{3.10^{-8}}=\frac{1}{3}.10^{-6}\\
K_h=\frac{x^2}{\frac{2}{3}.10^{-2}}=\frac{1}{3}.10^{-6}\rightarrow x^2=\frac{2}{9}.10^{-8}\\
x=\frac{\sqrt{2}}{3}.10^{-4}[/tex3]

Logo:

[tex3][OH^{-}]=\frac{\sqrt{2}}{3}.10^{-4}\frac{mol}{L}\rightarrow pOH = -log\frac{\sqrt{2}}{3}.10^{-4}=-log\sqrt{2}+4+log3\\
pOH=-0,15+0,48+4=4,33\rightarrow pH+pOH=14\\
pH=9,67[/tex3]

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Problema 8:

(IME 1997) Um líquido orgânico alifático A , com ponto de ebulição 102C, foi submetido a uma reação com o reagente de Grignard ( brometo de etil magnésio ) em éter e depois tratado com água. Esta mistura reacional aquecida a 150C destila um produto B.

Quando B é tratado com ácido sulfúrico e aquecido a 120C, gera um único produto C que condensa a 94C.

O tratamento de C com ozônio e depois com zinco em pó produz dois compostos : o material inicial A e um líquido muito volátil (Teb = 21C ) de estrutura não cíclica e fórmula molecular [tex3]C_2H_4O[/tex3].

Utilizando as informações acima, escreva :

a ) a estrutura das substâncias A, B, e C ;

b ) as equações de todas as reações envolvidas no processo descrito.