QUESTÕES IME

                                          FÍSICO-QUÍMICA

01. A pressão osmóstica de uma solução de poliisobutileno sindético em benzeno foi determinada a 25°C. Uma amostra contendo 0,20 g de soluto por 100 cm³ de solução subiu até altura de 2,4 mm quando foi atingido o equilíbrio osmótico. A massa específica da solução no equilíbrio é 0,88 g/cm³. Determine o peso molecular do poliisobutileno.

02. A constante de ionização de um ácido monocarboxílico de massa molecular 60 é 4,0 x 10^-5. Dissolvem-se 6,0 g desse ácido em água até completar 1 litro de solução.

Determine:

a) a concentração de H⁺ na solução;

b) o pH da solução;

c) a expressão matemática da constante de ionização;

d) a concentração de H⁺ se o ácido for totalmente dissociado;

e) a solução que neutralizará uma maior quantidade de NaOH, considerando duas soluções, de mesmo volume e de mesmo pH, do ácido monocarboxílico e de HCl.

03. Em duas cubas eletrolíticas, ligadas em série, ocorrem as reações, cujas equações são mostradas a seguir, pela passagem de uma corrente elétrica de 1 Ampére:

cuba A: Ag⁺ (aq) + e^- → Ag° (s)

cuba B: 2 H⁺ (aq) + 2 e^- → H₂ (s)

Pede-se:

a) o tipo de reação que está correndo;

b) a denominação do eletrodo onde ocorrem essas reações;

c) o tempo necessário para que ocorra a deposição de 1,08 g de prata;

d) O volume, em litros nas CNTP, do hidrogênio produzido durante o tempo determinado na letra C.

04. Uma fábrica, que produz cal (Ca (OH)₂), necessita reduzir o custo da produção para se manter no mercado com preço competitivo para seu produto. A direção da fábrica solicitou ao departamento técnico o estudo da viabilidade de reduzir a temperatura do forno de calcinação de carbonato de cálcio, dos atuais 1500 K, para 800 K. Considerando apenas o aspecto termodinâmico, pergunta-se: o departamento técnico pode aceitar a nova temperatura de calcinação? Em caso, afirmativo, o departamento técnico pode fornecer uma outra temperatura de operação que proporcione maior economia?

Em caso negativo, qual é a temperatura mais econômica para se operar o forno de calcinação?

Dados:

Observação: desconsidere a variação das propriedades com a temperatura.

05. O elemento artificial ₂₇Co⁶⁰ que é utilizado em radioterapia, tem uma meia vida de 5,25 anos, pois sofre um processo espontâneo de desintegração radioativa, por emissão de uma partícula β. Uma amostra de 100g do isótopo natural estável ₂₇Co⁵⁹, contendo 5% de ₂₇Co⁶⁰ ficou armazenada por vários anos. Calcule a porcentagem de cada isótopo constituinte da amostra após 21 anos.  

06. A água, que não forma espuma facilmente, é denominada “dura” e aquela que a forma com facilidade é chamada de “mole”. A origem principal da dureza da água é a presença de pequenas quantidades de sais dissolvidos, tais como bicarbonato e sulfato de cálcio. Estes sais reagem com o sabão, evitando a formação de espuma com a água.

O bicarbonato de cálcio, responsável pela dureza temporária, é previamente eliminando por um processo físico. A dureza permanente, devida ao sulfato de cálcio, pode ser eliminada pela adição de carbonato de sódio. Se a concentração usual de sulfato de cálcio, na água dos rios, é de 1,8 x 10^-3 g/l , qual a massa de carbonato de sódio que deve ser adicionada a 6,8 x 10⁹ litros desta água para torná-la mole ? Considere a água mole isenta de sais de cálcio.

07. A equação a seguir é representativa da reação de formação da amônia:      ½ N₂ (g) + 3/2 H₂ (g)  ® NH₃ (g)

Deduza uma expressão para a constante de equilíbrio, K_P , desta reação, em função da pressão total da mistura reacional, P, e da pressão parcial da amônia, , considerando que os reagentes estão em quantidades estequiométricas.

08. Considere os dois bécheres de 500 ml A e B a seguir:

Em A, temos uma pilha eletrolítica cujo eletrólito é uma solução aquosa de CuCl, totalmente dissociada, com concentração igual a 6,0 x 10 ^-4 mol/l e em B, temos uma solução aquosa de AgCl, totalmente dissociada, de concentração igual a 1,0 x 10 ^-3 mol/l.

Sabendo-se que os produtos de solubilidade do CuCl e do AgCl, a 25^o C, são respectivamente, 3,2 x 10 ^-7 e 1,6 x 10 ^-10, determine:

a) a solubilidade dos sais, em uma solução obtida pela adição do conteúdo do bécher A ao do bécher B;

b) o que ocorre qualitativamente com os íons Cu⁺ e Ag⁺ na nova solução; e

c) o tempo que uma corrente de 5 x 10 ^-2 ampères deve passar através da solução inicial do bécher A, antes de misturar o conteúdo dos dois bécheres, para evitar uma possível precipitação, quando se adiciona a solução do bécher A à solução do bécher B. Sabe-se que a passagem da corrente elétrica provoca a evolução de H₂ no catodo e a deposição de cobre do anodo.

09. A partir da tabela a seguir:

Espécies Químicas	Entalpias de formação (kcal/mol)
H+ (aq) OH- (aq) Cl- (aq) Na+ (aq) H2O (l) H2O (g)	0 -54,6 -40,0 -57,44 -68,32 -57,80

Determine a quantidade de calor liberado, quando se adicionam volumes iguais de uma solução 2 molal de HCl a outra, de concentração 2 molal, de NaOH.

10. Um litro de uma solução aquosa, contendo inicialmente 9,8g de ácido sulfúrico, foi submetida a eletrólise pela passagem de uma corrente de 17,5 ampéres, durante 900 segundos. Pede-se:

a) A normalidade da solução aquosa, antes da eletrólise.

b) A normalidade da solução aquosa, após a eletrólise, considerando desprezível a variação de volume da solução aquosa; e

c) O abaixamento relativo da pressão máxima de vapor d’água ΔP, após a eletrólise, podendo-se considerar:

- constante tonométrica da água, 20ºC, K_t = 0,018;

- pressão máxima de vapor d’água a 20ºC, p =17,5mmHg

- densidade da solução a 20ºC d = 1g/cm³

11. A variação da energia livre (ΔG) e a variação de entropia (ΔS), para a transformação do enxofre ortorrômbico em sua forma alotrópica monoclínica, são positivas nas CNTP. Responda:

a) Qual das duas formas alotrópicas é mais estável a 273 K e 101325 Pa; e

b) Qual o sinal para a variação de entalpia (ΔH) da transformação, também a 273 K e 101325 Pa?

12. Na evolução do conceito ácido-base surge inicialmente a sua definição segundo Arrhenius, seguido pelo conceito de Brönsted-Lowry e mais tarde pelo de Lewis. Responda:

a) Qual a limitação do conceito inicial de ácido-base que deu origem à definição de Brönsted-Lowry, e

b) Quais as limitações dos dois conceitos já existentes que levaram Lewis a postular sua teoria?

13. Uma solução aquosa de NaOH possui as seguintes características:

- Fração molar de NaOH igual a 0,01.

- Massa específica da solução igual a 1,04g.ml^-1 e

- Um litro dessa solução neutraliza 2 litros de solução aquosa de ácido ortofosfórico.

Calcule para a solução de H₃PO₄

a) Molaridade,

b) normalidade,

c) concentração em g.l^-1, e

d) Molalidade.

14. Calcule a mudança de energia interna, em kJ, para a reação de formação de dois moles de SOCl₂ (g) a partir de S (g), O₂ (g) e Cl₂ (g) a 298K.

15. Um litro de solução saturada de sulfeto de manganês contém 10g de MnS sólido. Calcule a quantidade de sulfeto de manganês que passará para a solução, ao se variar o pH de 6,5 para 6,0 pela adição de um ácido forte, considerando o volume da solução constante.

16. Para se recuperar o níquel, em sua forma metálica, de uma solução contendo íons Ni⁺², introduziu-se na mesma uma barra de estanho metálico. Responda:

a) O processo descrito pode ocorrer sem a participação de um agente externo ao meio reacional? Justifique e

b) Qual a ordem de grandeza da constante de equilíbrio para a reação descrita no problema (a 27^oC)?

17. Uma mistura de metano e etileno foi queimada em um recipiente, com volume constante de 3,0 litros, em presença de excesso de oxigênio, saturado em vapor d’água, de forma a que fosse obtida a combustão completa e para garantir que a água formada ficasse no estado líquido. A combustão foi realizada a 25°C, liberando 242,7 kcal, registrando-se uma redução na pressão de 16,3 atm. Determine o número de moles de metano e etileno presentes na mistura inicial.

18. Uma bateria de automóvel apresenta as seguintes reações eletrodos durante a descarga:

no ânodo: Pb_(s) + SO₄^2-_(aq) → PbSO_4(s) + 2e^-

no cátodo: PbO_2(s) + 4H⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq) + 2e^- → PbSO_4(s) + 2H₂O_(l)

A solução inicial de ácido sulfúrico contido na bateria tem uma concentração de 40%, em peso, de ácido sulfúrico e massa específica de 1,3 g/cm³. Após abateria ter sido utilizada, a solução foi analisada e apresentou uma concentração de 28,%, em peso, de ácido sulfúrico com uma massa específica de 1,2 g/cm³. Considerando fixo o volume da solução ácida na bateria em 2,0 litros, determine o valor da carga fornecida pela bateria em ampère-hora.

19. Uma amostra pesando 500 mg de uma liga metálica de estanho foi solubilizada e o estanho presente reduzido completamente a estanho II por nível metálico. Para a determinação do teor de estanho, foi feita uma titulação com42 ml de uma solução 0,1 N de iodo. Calcule a porcentagem de estanho na liga metálica analisada.

20. Um volume de 20 ml de água bromada foi tratado com uma solução de iodeto de potássio em excesso. O iodo liberado foi titulado com 18 ml de uma solução 0,1N de tiossulfato de sódio.

Dadas as equações envolvidas no problema:

Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂

I₂ + Na₂S₂O₃ → 2NaI + Na₂S₄O₆

Calcule:

a) a concentração de bromo na água bromada em gramas por litro (g/l);

b) a concentração em molaridade.

21. Em uma pilha, Ni⁰/ Ni²⁺ // Ag⁺/Ag⁰ os metais estão mergulhados em soluções aquosas 1,0 M de seus respectivos sulfatos, a 25 ^oC. Determine:

a. a equação global da pilha;

b. o sentido do fluxo de elétrons;

c. o valor da força eletromotriz (fem) da pilha.

Dados:

Reação E⁰_redução (volts)

Ni²⁺ + 2 e^- →Ni⁰ - 0,25

Ag⁺ + 1 e^- →Ag⁰ + 0,80

22. Considerando que 100% do calor liberado na combustão de CH₄ sejam utilizados para converter 100 kg de água a 10 ⁰C em vapor a 100 ⁰C, calcule o volume de metano consumido, medido nas CNTP, supondo que ele se comporte como um gás ideal.

Dados:

Constante universal dos gases (R) = 0,082 atm.l / mol.K

Calor latente de vaporização da água = 2260 J / g

Calor específico da água = 4,2 J / g.⁰C

Calor de combustão do metano = 890 kJ / mol

23. A maioria dos vegetais sintetiza hidrato de carbono conforme a reação:   

CO₂ + H₂O ® hidrato de carbono + O₂

Numa etapa subseqüente, o hidrato de carbono reage produzindo amido:

n hidrato de carbono ® HO –[C₆H₁₀O₅]_n – H + (n-1) H₂O

Observa-se que uma solução contendo 45 g de hidrato de carbono e 500 g de água apresenta ponto de solidificação 0,93 °C abaixo daquele observado para a água pura. Sabendo que a constante criométrica da água é 1,86 °C/molal e que a fórmula mínima do hidrato de carbono é CH₂O, determine:

a) a fórmula molecular do hidrato de carbono;

b) o volume de CO₂, nas CNTP, necessário para um vegetal verde produzir 1 mol de amido e 19 moles de água.

Dados:  Massas atômicas:  H = 1,0 u.m.a.  C = 12,0 u.m.a.  O = 16,0 u.m.a.

24. Determine a massa de água que, com uma variação de temperatura de 30ºC, fornece energia equivalente ao calor de formação de um mol de sulfeto de carbono sólido.

Dados: calor de combustão do sulfeto de carbono = 265kcal/mol; calor de formação do gás sulfuroso = -71kcal/mol; calor de formação do dióxido de carbono = -96kcal/mol; capacidade calorífica da água líquida = 1,0cal/g; peso molecular da água = 18.

25. Duas células eletrolíticas de eletrodos inertes foram ligadas em séries e submeticas a uma tensão de 5V. A primeira tinha como eletrólito 500mL de solução 1N de nitrato de prata e a Segunda, 700mL de uma solução aquosa de um sal de estanho.

Após um certo tempo de funcionamento, o sistema foi desconectado. Transferiu-se, então, o eletrólito da primeira célula para um recipiente, ao qual adicionou-se ácido clorídrico em pequeno excesso. O precipitado formado, após filtrado e seco, pesou 42,9g.

Sabendo-se que houve a formação de um depósito metálico de 5,95g no catodo da segunda célula, determine o número de oxidação do estanho no sal original. Desconsidere a formação de íons complexos.

Dados: massa atômica do H = 1, massa atômica do O = 16, massa atômica do Cl = 35, massa atômica do Ag = 108, massa atômica do Sn = 119.

26. Um instrumento desenvolvido para medida de concentração de soluções aquosas não eletrolíticas, consta de:.

a) um recipiente contendo água destilada;

b) um tubo cilíndrico feito de uma membrana semipermeável, que permite apenas passagem de água, fechado em sua extremidade inferior;

c) um sistema mecânico que permite comprimir a solução no interior do tubo, pela utilização de pesos de massa padrão.

27. Um volume de 250 ml de uma solução diluída é preparado a partir da adição de água destilada a 10 ml de uma solução de H₂SO₄, de densidade 1,52 g/mL e concentração de 62% em peso.

Um certo volume dessa solução diluída foi adicionado a um excesso de solução de um sal de chumbo, resultando 6,06 g de precipitado. Determine:

a) a normalidade da solução diluída de ácido sulfúrico;

b) o volume da solução de ácido sulfúrico utilizado para obtenção do precipitado.

Dados:

massa atômica do H = 1; massa atômica do S = 32

massa atômica do O = 16; massa atômica do Pb = 207

28. A decomposição térmica do SO₂Cl₂, gasoso a 320 ^oC, segue uma cinética idêntica à a desintegração radioativa, formando SO₂ e Cl₂ gasosos, com uma constante de velocidade k = 2,2 x 10^-5 s^-1. Calcule a percentagem de SO₂Cl₂ que se decompõe por aquecimento a 320 ^oC, durante 4h 25min. INSTITUTO

29. Mistura-se 500cm³ de uma solução de AgNO₃, 0,01M, com 500cm³ de outra solução que contém 0,005 moles de NaCl e 0,005 moles de NaBr. Determine as concentrações molares de Ag⁺, Cl^- e Br^- na solução final em equilíbrio.

Dados: K_ps (AgCl) = 1,8.10^-10, K_ps (AgBr) = 5,0.10^-13.