Maratonas de Química ⇒ I Maratona de Química IME/ITA

[emanuel9393]

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!

As regras são simples, mas o não cumprimento acarretará na exclusão da maratona.

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.
3) O uso do LaTeX é obrigatório, caso não saiba usar leia aqui.
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 não respondidas irão ficar por no máximo 36h, após o limite iremos removê-la para o tópico IME/ITA, disponibilizando para que seja postada uma nova.
7) As questões deverão ser numeradas na ordem crescente.
8 ) Antes que postar uma nova questão, verifica se ela já não se encontra no fórum. Para pesquisar é fácil, basta colocar um trecho na caixa de buscar e pronto.



Veja como devemos proceder.
Problema 1
(Questão acompanhado do ano)Escreva a questão

Código: Selecionar todos

[spoiler]Gabarito:[/spoiler]

Quem for resolver deverá escrever:
Solução do Problema 1
Descrever a solução

Problema 2
(Questão acompanhado do ano) Escreva a questão.

Código: Selecionar todos

[spoiler]Gabarito:[/spoiler]

O link para acesso rápido à Maratona de Química é: ttb.me/maratqui

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Problema 1
(ITA - SP) No esquema a seguir, encontramos duas distribuições eletrônicas de um mesmo átomo neutro:

[tex3]A \,\, : \,\, 1s^{2} \,\, 2s^{2}[/tex3]

[tex3]B \,\, : \,\, 1s^{2} \,\, 2s^{1} \,\, 2p^{1}[/tex3]

A seu respeito é correto afirmar:


a) A é a configuração ativada.
b) B é a configuração normal (fundamental).
c) A passagem de A para B libera energia na forma de ondas eletromagnéticas.
d) A passagem de A para B absorve energia.
e) A passagem de A para B envolve a perda de um elétron.

[poti]

Solução do Problema 1

[tex3]A[/tex3] é a configuração fundamental, enquanto [tex3]B[/tex3] é a ativada. Na passagem de [tex3]A[/tex3] para [tex3]B[/tex3], o elétron ganhou energia. No caso da volta, ele libera energia em forma de fótons.

Letra D

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Problema 2

(ITA-SP) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa:

a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com partículas alfa.
b) Algumas partículas alfa foram desviadas de seu trajeto devido à repulsão exercida pelo núcleo
positivo do metal.
c) Observando o aspecto de difração das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo tem
densidade uniforme.
d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo.
e) Rutherford sabia antecipadamente que as partículas alfa eram carregadas positivamente.

Obs: Crie a Maratona de Física também.

[emanuel9393]

Solução do problema 2


a) Verdadeira. Foi esse o experimento utilizado por Rutherford que permitiu a sua formulação do modelo atômico;
b) Verdadeira. As partículas [tex3]\alpha[/tex3] apresentam carga +2 (número atômico = 2; número de massa =4);
c) Falsa. O brilhante ideia de Rutherford foi apresentar o aspecto descontínuo do átomo (eletrosfera e núcleo), aprimorando o modelo de Thompsom.
d) Verdadeira. Conforme o procedimento do experimento.
e) Verdadeira.


Resposta = C

Vamos variar um pouco de assunto:


Problema 3
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(ITA - 2005) Considere as reações envolvendo o sulfeto de hidrogênio representadas pelas equações seguinte:

I. [tex3]2H_{2}S_{(g)} \, + \, H_{2}SO_{3(aq)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, 3S_{(s)} \, + \, 3H_{2}O_{(l)}[/tex3]
II. [tex3]H_{2}S_{(g)} \, + \, 2H^{+}{(aq)} \, + \, SO_{4(aq)}^{2-}\,\,\, \rightarrow \,\,\, SO_{2(g)} \, + \, S_{(s)} \, + \, 2H_{2}O_{(l)}[/tex3]
III. [tex3]H_{2}S_{(g)} \, + \, 2Pb{(s)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, PbS_{(s)} \, + \, H_{2(g)}[/tex3]
IV. [tex3]2H_{2}S_{(g)} \, + \, 4Ag_{(s)} \, + \, O_{2(g)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, 2Ag_{2}S_{(s)} \, + \, 2H_{2}O_{(l)}[/tex3]

Nas reações representadas pelas equações acimas, o sulfeto de hidrogênio é agente redutor em:

A) apenas I
B) apenas I e II
C) apenas III
D) apenas III e IV
E) apenas IV

[poti]

Solução do Problema 3

I. [tex3]S^{-2} \to S^0[/tex3], sofreu oxidação, é o agente redutor..
II. [tex3]S^{-2} \to S^0[/tex3], sofreu oxidação, é o agente redutor..
III. O chumbo está mais para a esquerda da tabela periódica do que o enxofre, portanto o enxofre é mais eletronegativo e recebe os elétrons; ele continua na mesma situação que se encontrava unido ao hidrogênio, portanto não é agente redutor nem oxidante.
IV. Mesma situação de III, mas com a prata no lugar do chumbo.

Letra B

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Problema 4

(IME-97) Sejam os elementos [tex3]_{63}A^{150}[/tex3], [tex3]B[/tex3] e [tex3]C[/tex3], de números atômicos consecutivos e crescentes na ordem dada. Sabendo-se que [tex3]A[/tex3] e [tex3]B[/tex3] são isóbaros, e que [tex3]B[/tex3] e [tex3]C[/tex3] são isótonos, determine:
a) o número de massa do elemento [tex3]C[/tex3].
b) os números quânticos dos elétrons desemparelhados da camada mais externa do elemento C.

[emanuel9393]

Solução do Problema 4

a) Temos:

[tex3]_{63}^{150}A \,\,\,\,\,\,\,\, _{64}^{150}B \,\,\,\,\,\,\, _{65}^{a}C[/tex3]

Como B e C são isótonos, vem:

[tex3]150 \, - \, 64 \, = \, A \, - \, 65 \\ A \, = \, \boxed{151}[/tex3]


b) Vamos determinar a configuração eletrônica do elemento C:

[tex3]C \, = \, 1s^{2} \,\, 2s^{2} \,\, 2p^{6} \,\, 3s^{2} \,\, 3p^{6} \,\, 4s^{2} \,\, 3d^{10} \,\, 4p^{6} \,\, 5s^{2} \,\, 4d^{10} \,\, 5p^{6} \,\, 6s^{2} \,\, 4f^{9}[/tex3]

Observando a configuração mais energética temos:

[tex3]\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, 4f^{9} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,[/tex3]

[tex3]\boxed{\uparrow \downarrow} \boxed{\uparrow \downarrow} \boxed{\uparrow} \boxed{\uparrow} \boxed{\uparrow} \boxed{\uparrow} \boxed{\uparrow} \boxed{\uparrow}[/tex3]

Temos que os números quânticos de todos os elétrons desemparelhados serão:

Número quântico principal ([tex3]n[/tex3]) = [tex3]4[/tex3]
Número quântico secundário ([tex3]l[/tex3]) = [tex3]3[/tex3]
Números quânticos magnéticos ([tex3]m_{l}[/tex3]) = [tex3]-1 \, , \, 0 \, , \, +1 \, , \, +2 \, , \, +3[/tex3]
Spin ([tex3]s[/tex3]) = [tex3]- \frac{1}{2}[/tex3]

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Problema 5

(ITA - 2012) Uma amostra de [tex3]2 \, \cdot \, 10^{-2} \,\, g[/tex3] de um determinado composto orgânico é dissolvida em [tex3]300 \,\,\, mL[/tex3] de água a [tex3]25^{0}C[/tex3], resultando numa solução de pressão osmótica [tex3]0,027 \,\,\, atm[/tex3]. Pode se então afirmar que o composto orgânico é o:

a) Ácido etanóico (ácido acético)
b) 1,2 - enatodiol (etilenoglicol)
c) Etanol (álcool etílico)
d) Metanodiamida (Uréia)
e) Tri - Fluor - Carbono.

[marcoscl]

Solução do Problema 5

[tex3]\pi \, = \, M \, \cdot \, R \, \cdot \,T \\ 0,027 \, = \, M \, \cdot \, 0,082 \, \cdot \, \left(25 \, + \, 273 \right) \\ 0,027 \, = \, M \, \cdot \, 0,082 \, \cdot \, 298 \\ 0,027 \, = \, M \, \cdot \, 24,436 \\ M \, = \, \frac{0,027}{24,436} \\ M \, = \, 0,0011 \,\,\, mol/L[/tex3]

[tex3]n \, = \, M \, \cdot \, V \\ n \, = \, 0,0011 \, \cdot \, 0,3 \\ n \,= \, 0,00033 \,\,\, mols[/tex3]

[tex3]MM \, = \, \frac{0,02}{0,00033} \\ MM \, = \, 60,6 \,\,\, g[/tex3]



Ácido etanóico (ácido acético) = [tex3]CH_{3}COOH \, = \, 60 \,\,\, g/mol[/tex3]

Resposta : Alternativa A

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Problema 6

(ITA 2004) Esta tabela apresenta a solubilidade de algumassubstâncias em água, a 15 °C:

Substância -------------------------- Solubilidade (g soluto / 100 g H2O)

ZnS -------------------------------------------------- 0,00069
ZnSO4 . 7H2O ------------------------------------ 96
ZnSO3 . 2H2O ------------------------------------- 0,16
Na2S . 9H2O ----------------------------------------- 46
Na2SO4 . 7H2O ------------------------------------ 44
Na2SO3 . 2H2O ------------------------------------ 32

Quando 50 mL de uma solução aquosa 0,10 mol L–1 em sulfato de zinco são misturados a 50 mL de uma solução aquosa 0,010 mol L–1 em sulfito de sódio, à temperatura de 15 °C, espera-se observar:

a) ( )a formação de uma solução não saturada constituída pela mistura das duas substâncias.
b) ( )a precipitação de um sólido constituído por sulfeto de zinco.
c) ( )a precipitação de um sólido constituído por sulfito de zinco.
d) ( )a precipitação de um sólido constituído por sulfato de zinco.
e) ( )a precipitação de um sólido constituído por sulfeto de sódio.

[emanuel9393]

Solução do Problema 6


Na reação citada pela questão, o Sódio desloca o Zinco (lembre-se que o sódio é mais reativo que o Zinco). Logo, temos a seguinte reação:


[tex3]ZnSO_{4} \, + \, Na_{2}SO_{3} \,\,\,\, \rightleftharpoons \,\,\,\, ZnSO_{3} \, + \, Na_{2}SO_{4}[/tex3]


Vamos calcular o número de mols de cada reagente:


[tex3]n_{ZnSO_{4}} \, = \, 50 \, \cdot \, 10^{-3} \, \cdot \, 10^{-1} \, = \, 5 \, \cdot 10^{-3} mols[/tex3]

[tex3]n_{Na_{2}SO_{3}} \, = \, 50 \, \cdot \, 10^{-3} \, \cdot \, 10^{-2} \, = \, 5 \, \cdot 10^{-4} mols[/tex3]

Como a proporção estequiométrica entre o sulfito de sódio e o sulfato de zinco é de [tex3]1 \, : \, 1[/tex3], o sulfito de sódio é o reagente limitante. Com isso:

[tex3]n_{ZnSO_{3}} \, = \, n_{Na_{2}SO_{3}} \, = \, 5 \, \cdot \, 10^{-4} mols[/tex3]

Vamos calcular a massa de sulfito de zinco formada na solução:

[tex3]m \, = \, n \, \cdot \, M \\ = \, 5 \, \cdot \, 10^{-4} \, \cdot \, 145,5 \\ = \, 0,073[/tex3]

Observe que não há formação de precipitado, pois a massa encontrada está abaixo do coeficiente de solubilidade.


Resposta = A

Obs.: Essa resolução estaria completa se encontrássemos a massa de sulfato de sódio formada para ver se há precipitação deste. Mas, isso não é necessário, uma vez que não é citado o sulfato de sódio em uma das alternativas.

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Problema 7

(ITA - 2002) Explique porque que água pura exposta à atmosfera e sob pressão de 1,0 atm entra em ebulição a uma temperatura de 100°C, enquanto a água pura exposta à pressão atmosférica de 0,7 atm entra em ebulição a uma temperatura de 90°C.

[theblackmamba]

Solução do Problema 7

Um líquido entra em ebulição quando a pressão máxima de vapor iguala a pressão atmosférica ambiente. A pressão máxima de vapor depende da temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a pressão máxima de vapor e quanto menor a pressão atmosférica, menor é a temperatura de ebulição do líquido.

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Problema 8

(ITA - 2009) Sabendo que a constante de dissociação do hidróxido de amônio e a do ácido cianídrico em água são, respectivamente, [tex3]K_b=1,76 \cdot 10^{-5} \,(pK_b = 4,75)[/tex3] e [tex3]K_a=6,2 \cdot 10^{-10}\,(pK_a=9,21)[/tex3], determine a constante de hidrólise e o valor de [tex3]pH[/tex3] de uma solução aquosa [tex3]0,1\,mol/L[/tex3] de cianeto de amônio.

[emanuel9393]

Solução do Problema 8

Para achar a constante de hidrólise, faça o seguinte:


Sendo [tex3]k_{w}[/tex3], [tex3]k_{a}[/tex3] e [tex3]k_{b}[/tex3] a contante de ionização da água, do ácido e da base respectivamente. Temos:

[tex3]\boxed{k_{h} \, = \, \frac{k_{w}}{k_{a} \, \cdot \, k_{b}}} \\ k_{h} \, = \, \frac{10^{-14}}{6,2 \, \cdot \, 10^{-10} \, \cdot \, 1,76 \, \cdot \, 10^{-5} \, \cdot \, 6,2 \, \cdot \, 10^{-10}} \\ \boxed{\boxed{k_{h} \, = \, 0,916}}[/tex3]


Para calcular o pH da solução devemos saber a concentração de íons [tex3]H^{+}[/tex3]. Para isso vamos considerar a dissociação do cianeto de amônio e depois calcularemos a concentração de íons [tex3]H^{+}[/tex3], e considerando 0,1 mol/L a concentração inicial deste:


[tex3]\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\ NH_{4}^{+} \, + \, CN^{-} \,\,\,\,\,\, \rightleftharpoons \,\,\,\,\,\,\,\,\, NH_{3} \, + \, HCN[/tex3]

Início: [tex3]\,\,\,\,\, 0,1 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, 0,1 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, 0 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, 0[/tex3]
Reage:[tex3]\,\,\,\,\, -x \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, -x \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, +x \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, +x[/tex3]

Resta:[tex3]\,\,\,\,\, \left(0,1 \, - \, x \right) \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \left(0,1 \, - \, x \right) \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, x \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, x[/tex3]


Logo:

[tex3]k_{h} \, = \, \frac{x^{2}}{0,1 \,- \, x} \\ 0,916 \, = \, \frac{x^{2}}{0,1 \,- \, x} \\ x \, = \, 0,052 \,\,\,\, mol/L[/tex3]

Analisando a dissociação iônica:

[tex3]k_{a} \, = \, \frac{[H^{+}] \, \cdot \, \left(0,1 \, - \, x \right)}{x} \\ 6,2 \, \cdot \, 10^{-10} \, = \, \frac{[H^{+}] \, \cdot \, \left(0,0052 \right)}{0,0052} \\ [H^{+}] \, = \, 6,2 \, \cdot \, 10^{-10}[/tex3]


Com isso:

[tex3]\boxed{pH \, \approx \, 9,3}[/tex3]

P.S.: Eu acho que é isso. Não tenho certeza. Qualquer coisa, theblackmamba, me corrija.

Mas, vamos continuar a nossa maratona!

Vamos resolver uma de eletroquímica:

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Problema 9

(ITA - 2009) Um tanque de estocagem de produtos químicos foi revestido internamente com níquel puro para resistir ao efeito corrosivo de uma solução aquosa ácida contida em seu interior. Para manter o líquido aquecido, foi acoplado junto ao tanque um conjunto de resistores elétricos alimentados por um gerador de corrente contínua. Entretanto, uma falha no isolamento elétrico do circuito dos resistores promoveu a eletrificação do tanque, ocasionando um fluxo de corrente residual de intensidade suficiente para desencadear o processo de corrosão eletrolítica do revestimento metálico.

Admitindo que a superfície do tanque é revestida por uma monocamada de níquel com densidade atômica igual a [tex3]1,62 \, \cdot \, 10^{19} \,\,\,\, atomos \,\, \cdot \,\,\ m^{-2}[/tex3] e que a área superficial do tanque exposta à solução de ácido é de [tex3]5,0 \,\,\, m^{2}[/tex3], calcule:

a) a massa, expressa em gramas, de átomos de níquel que constituem a camada do revestimento metálico;

b) o tempo necessário, expresso em segundos, para que a massa de níquel da monocamada atômica seja consumida no processo de dissolução anódica dissolução pela passagem de densidade de corrente de corrosão de [tex3]7,0 \,\,\, \mu A \, \cdot \, cm^{-2}[/tex3]

[theblackmamba]

Solução do Problema 9

[tex3]1,61 \cdot 10^{19}\,\text{atomos} \longrightarrow 1m^2[/tex3]
[tex3]x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\longrightarrow 5m^2[/tex3]

[tex3]x=8,05 \cdot 10^{19} \,\text{atomos\,de\,Ni}[/tex3]

[tex3]6,02 \,\cdot 10^{23}\,\text{atomos} \longrightarrow 58,69g[/tex3]
[tex3]8,05 \cdot 10^{19}\,\text{atomos} \longrightarrow \,\,\,n[/tex3]

[tex3]\boxed{n=7,85 \cdot 10^{-3}g \,\text{de\,Ni}}[/tex3]

b)
[tex3]Ni^{2+}_{aq} + 2e^{-} \longrightarrow Ni_s[/tex3]

[tex3]2 \cdot9,65 \cdot 10^4 C\longrightarrow58,69g[/tex3]
[tex3]k\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\longrightarrow 7,85 \cdot 10^{-3} g[/tex3]

[tex3]\boxed{k=25,81C}[/tex3]

Corrente elétrica:
[tex3]1cm^2 \longrightarrow 7 \cdot 10^6 C[/tex3]
[tex3]5 \cdot 10^4 cm^2 \longrightarrow i[/tex3]

[tex3]\boxed{i=0,35A}[/tex3]

Tempo:
[tex3]Q=i \cdot t[/tex3]
[tex3]t = \frac{25,81}{0,35}[/tex3]
[tex3]\boxed{t\approx 73,74s}[/tex3]

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Problema 10

(ITA - 2006) Considere as seguintes espécies no estado gasoso: [tex3]BF_3,\,SnF_3^{-},\,KrF_4[/tex3] e [tex3]BrF_5[/tex3]. Para cada uma delas, qual é a hibridização do átomo central e qual o nome da geometria molecular ?