V Olimpíada Norte - Nordeste de Química

Exame aplicado em 11.09.99

QUESTÃO 1

PARTE I

 

Dois frascos (A e B), de mesmo volume, estão cheios de gás submetidos à mesma temperatura. O frasco A contém 0,32 g de oxigênio (O2) e o frasco B contém 0,68 g de um gás B, de fórmula molecular Z2Y. A pressão no frasco A é "x" e a pressão no frasco B é "2x".

  1. Identifique o gás B.
  2. Que frasco contém o maior número de moléculas ?
  3. Compare os dois gases quanto à energia cinética média de suas moléculas.
  4. Compare os dois gases quanto à velocidade molecular média.

 

PARTE II

A pressão parcial de oxigênio no ar, a 25o C, é de 158 mmHg, sendo a pressão total igual a 760 mmHg. O ar que é expirado do pulmão, após a respiração, apresenta uma pressão parcial de O2 de 115 mmHg, sob as mesmas condições. Quantos moles de O2 são absorvidos pelos pulmões a partir de um litro de ar ? (R= 0,082 L.atm/K.mol)

 

QUESTÃO 2

A anilina, C6H5NH2, é uma base fraca, muito empregada na indústria de corantes. Seu ácido conjugado, cloridrato de anilina, [C6H5NH3]Cl, Ka = 2,4 x 10-5, pode ser facilmente titulado com uma base forte como NaOH. Considerando que você titulou 25,0 mL de uma solução de cloridrato de anilina 0,100 mol/L com uma solução de NaOH 0,115 mol/L, responda:

  1. Qual o pH da solução de [C6H5NH3]Cl antes do início da titulação ?
  2. Qual o pH no ponto de equivalência ?
  3. Qual o pH no ponto médio da titulação ?
  4. Que indicador poderia ser utilizado para detectar o ponto de equivalência ?
  5. Calcule o pH da solução após a adição de 5,00; 10,0; 15,0; 20,0; 24,0 e 30,0 mL da base e a partir desses dados, combinado com as respostas dos itens anteriores, desenhe um esboço da curva de titulação.

 Nobel Prize - Chemistry 1998

The prize was awarded jointly to: KOHN, WALTER, U.S.A., University of California at Santa Barbara, CA, U.S.A., b. 1923; and POPLE, JOHN A., U.S.A., Northwestern University, Evanston, IL, U.S.A, b. 1925:

"to Walter Kohn for his development of the density-functional theory and to John Pople for his development of computational methods in quantum chemistry"

  

QUESTÃO 3

A violeta de genciana, também conhecida como cristal violeta, tem a seguinte fórmula estrutural

 

Estrutura da Violeta de Genciana

A geometria otimizada do cátion, utilizando o método computacional AM1, é obtida usando apenas os elétrons de valência de cada um dos elementos. Este método computacional fornece distância de ligação, ângulos, carga sobre os átomos e calor de formação.

  1. Qual a fórmula molecular deste composto e qual o número de carbonos com hibridação sp2?
  2. Quantos elétrons são utilizados na determinação da geometria deste cátion;
  3. As ligações N-Caromático medem 1,3711 Å, enquanto que as ligações N-Cmetil medem 1,4388 Å. Justifique.
  4. Quais dos hidrogênios apresentam maior carga eletrostática, os Haromáticos ou Halifáticos?
  5. Dentre os Haromáticos de cada anel, 2 hidrogênios apresentam carga de 0,147 e 2 hidrogênios apresentam carga de 0,110. Identifique estes hidrogênios e justifique esta diferença de carga.

 

QUESTÃO 4

 

       Uma cela eletroquímica é construída a partir de uma meia-cela consistindo de um arame de prata imerso numa solução de AgNO3, e outra consistindo de um arame de platina em uma solução aquosa de Fe2+ e Fe3+.

  1. Qual a reação que ocorre quando esta cela opera espontaneamente ?
  2. Se uma ponte de NaNO3 conecta as duas semi-celas, em que direção migrarão os ions nitrato ?
  3. Sendo os potenciais-padrões de redução do Ag+/Ag0 e Fe3+/Fe2+, respectivamente, +0,800V e 0,772V, qual será o valor de ?E0 ?
  4. Se [Ag+] é igual a 0,10 mol/L e [Fe3+] e [Fe2+] são, ambas, iguais a 1,0 mol/L, qual será o valor de ?E ?
  5. Qual será a reação quando a cela opera espontaneamente, sob estas novas condições ?

    6.  

     

    QUESTÃO 5

    PARTE I

    Para cada um dos seguintes processos, indique e justifique o sinal algébrico de deltaH0 ,    deltaS0   e      deltaG0:

    a) A "quebra" da molécula de água líquida em hidrogênio e oxigênio gasosos, processo que requer considerável quantidade de energia.

    b) A dissolução de pequena quantidade de NH4Cl em água. A solução torna-se bastante fria no processo.

    c) A explosão de dinamite, uma mistura de nitroglicerina (C3H5N3O9) e terra diatomácea. Essa decomposição explosiva origina produtos gasosos, tais como água, CO2 e outros. Muito calor é liberado neste processo

    d) A combustão de gasolina no motor de um carro, como exemplificado pela combustão do octano:

    2 C8H18(g) + 25 O2(g)       -->     16 CO2(g) + 18 H2O(g) + calor

    PARTE II

    Hidrogênio gasoso pode ser produzido a partir da reação entre carvão e vapor d'água, como mostra a reação:

    C(s) + H2O(g)    -->     CO(g) + H2(g)

  6. Calcule o     deltaG0 para esta reação a 25° C, considerando que C(s) é grafite.
  7. Calcule o kp para esta reação a 25° C.
  8. Esta reação ocorre espontaneamente sob estas condições ? Se não, a que temperatura ela se tornará espontânea ?

 

Dados (valores aproximados):

R = 8,31 J/K.mol

H2O(g)     -->     delta H0f = -241,8 kj/mol ,   deltaS0f = +188,8 j/k.mol   e      deltaG0f = -228,6 kj/mol (298,15K)

CO(g)     -->      deltaH0f = -110,5 kj/mol  ,    deltaS0f = +197,7 j/k.mol   e      deltaG0f = -137,2 kj/mol (298,15K)

 

QUESTÃO 6

O atraente sexual da traça Pseudotsuga, foi sintetizado do modo indicado a seguir. Indique a estrutura e o nome do atraente sexual (F) e de todos os compostos intermediários (B, C, D e E):

  1. hepta-1-ino + LiNH2 -->     B (C7H11Li)
  2. B + 1-bromo-3-cloro-propano -->     C (C10H17Cl)
  3. C + Mg; seguido de n-C10H21CHO; seguido de H2O -->      D (C21H40O)
  4. D + H2, catalisador de Lindlar -->     E (C21H42O)
  5. E + CrO3 -->     F (C21H40O, atraente sexual).