Rede Mineira de Química

Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________2 Questão 1: Explique pela configuração eletrônica do átomo central por que a molécula de PCl5 é uma exceção à regra do octeto. Resposta (proposta): Primeiro é necessário fazer corretamente a distribuição eletrônica do P (Z =15): 1s22s22p63s23p3 . O átomo de fósforo possui a camada de valência 3s23p3 . No caso do P, o elétron 3s pode ser excitado para o orbital vazio 3d. Após esta transição os orbitais 3s, 3p e 3d se hibridizam, se tornando orbitais híbridos sp3d, como mostrado no esquema abaixo: Estes orbitais possibilitam o átomo de P fazer 5 ligações expandindo o octeto, ficando com um total de 10 elétrons e geometria bipiramidal. Este fenômeno só ocorre para átomos do 3º período ou maiores, pois os períodos (1 e 2) não há subníveis disponíveis para o elétron ocupar. Critério avaliação: Quando representamos a estrutura de Lewis para o PCl5 somos forçados a expandir o nível de valência e colocar dez elétrons ao redor do átomo do fósforo central. Essa expansão se aplica a partir do terceiro período da tabela periódica em diante. Os elementos do terceiro período para frente tem orbitais ns, np e nd vazios que podem ser usados nas ligações. Os candidatos que desenvolveram o raciocínio completo receberam 100% do valor da questão. Raciocínios incompletos foram avaliados de forma a atribuir 80%, 70%, 50%, 40%, 30% e 20% da questão, por exemplo. Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________3 Questão 2: O ácido acetilsalicílico (AAS), cuja estrutura é representada abaixo, é o princípio ativo de diversos medicamentos utilizados como analgésicos e antipiréticos. A hidrólise do AAS gera dois produtos: um derivado fenólico e o ácido etanóico (acético). Represente as estruturas dos dois produtos gerados. Resposta: Obs.: aceitar também representações de Kekulé: Obs.: por se tratar de uma prova de química geral, não levar em consideração erros de representação relativos à geometria. Na representação de Kekulé do ácido etanóico, por exemplo, o átomo de carbono sp3 não está representado como tetraédrico. Critério de avaliação: 50% da nota da questão para a estrutura do derivado fenólico e 50% para o ácido etanoico. Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________4 Questão 3: A respeito da primeira energia de ionização nota-se que da esquerda para direita ao longo de qualquer período da tabela periódica há uma tendência geral de aumento da primeira energia de ionização. Contudo, algumas irregularidades são observadas na tabela periódica. O gráfico abaixo ilustra a primeira energia de ionização para alguns átomos do quarto período. EXPLIQUE por que a energia de ionização do gálio é tão pequena comparada aos demais elementos do período. 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Ge Br As Se Ga Zn Ni Cu Primeira Energia de ionização (KJ/mol) Z RESPOSTA: O subnível 4p do gálio, que possui três orbitais p degenerados, tem apenas um elétron em um dos orbitais. Com a saída deste elétron, todos os orbitais 4p estarão desocupados, ou seja, alcançarão simetria no preenchimento. Por conta disso, a saída do elétron do gálio demanda menos energia que a retirada do elétron do zinco, apesar da carga nuclear efetiva ser maior para o gálio. Critério de avaliação: reconhecer que O subnível 4p do gálio, que possui três orbitais p degenerados, tem apenas um elétron em um dos orbitais (50% da nota da questão). Dizer que com a saída deste elétron, todos os orbitais 4p estarão desocupados, ou seja, alcançarão simetria no preenchimento (50% da nota da questão). Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________5 Questão 4: Complete e balanceie a seguinte equação, USADO O MÉTODO DAS SEMI-REAÇÕES, após adicionar H+ , HO– ou H2O, conforme necessário. MnO4(aq) − + NO2(aq) − → Mn(aq) 2+ + NO3(aq) − Resposta: Primeiramente o candidato deverá escrever, a partir da equação acima e usando H+ e H2O, as duas semi reações. Uma de redução e outra de oxidação. MnO4 - (aq) + 8H+ (aq) + 5e-  Mn2+ (aq) + 4H2O(l) NO2 - (aq) + H2O(l)  NO3 - (aq) + 2H+ (aq) + 2e- Antes de combinar as duas equações, o candidato deverá multiplicar a primeira por 2 e a segunda por 5. Assim, o número de elétrons perdido será igual ao ganhado. Por fim, ele deve combinar as duas semi-reações para obter a equação balanceada. 2 MnO4 - (aq) + 6H+ (aq) + 5NO2 - (aq)  2 Mn2+ (aq) + 5NO3 - (aq) + 3H2O(l) Critério de avaliação: os candidatos que montaram a equação corretamente utilizando as semi-reações e igualando o número de elétrons acertaram em 100% a questão. Os candidatos que obtiveram uma equação errada, seja no balanceamento seja na identidade de quaisquer espécies envolvidas acertaram 0% da questão. As notas intermediárias foram julgadas caso a caso, por exemplo, os candidatos que deixaram de colocar carga em alguma espécie na equação, mas no desenvolvimento o fizeram alcançaram 98% do valor da questão. Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________6 Questão 5: Dadas as soluções aquosas A e B, em qual delas o ácido nitroso irá se dissociar MENOS, segundo o Princípio de Le Chatelier? SOLUÇÃO A: 0,085 mol L-1 de ácido nitroso (HNO2) SOLUÇÃO B: 0,085 mol L-1 de ácido nitroso (HNO2) + 0,10 mol L-1 de nitrito de sódio (NaNO2) Observação: O nitrito de sódio (NaNO2) é um sal, portanto, em solução considera-se que está 100% dissociado. O ácido nitroso é um ácido fraco com Ka = 4,5 × 10-4 . Resposta Na solução B o ácido nitroso irá se dissociar menos e a mesma apresentará menor concentração de H+ . Isso ocorre devido ao fato que ao adicionarmos na solução do ácido HNO2 uma solução de sal contendo a mesma base conjugada (NO2 - ), ocorre um aumento da concentração de NO2 - , no meio. E o equilíbrio se desloca de modo a consumir o NO2 - , ou seja, para o sentido inverso da dissociação do ácido, segundo o princípio de Le Chatelier. Esse comportamento é conhecido como efeito do íon comum. Critério de avaliação: Escolheu a solução B e justificou corretamente 100%. Escreveu os conceitos certos referentes a dissociação, princípio de Le Chatelier e efeito do íon comum, mas escolheu a solução errada 85%. Pequenas correlações corretas 10-15% Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________7 Questão 6: O airbag de um automóvel é inflado durante um acidente com colisão pelo gás nitrogênio, o qual é formado pela seguinte reação iniciada após a ação de uma faísca elétrica: 6 NaN3(s) + 2 Fe2O3(s) → 3 Na2O2(s) + 4Fe(s) + 9N2(g) Se o enchimento completo do airbag após a colisão ocorre com a produção de 42,0 g de N2(g), calcule o tempo (t) necessário, em segundos, referente ao enchimento completo do airbag após uma colisão do veículo. Considere que a reação ocorre com a velocidade média de consumo da azida de sódio de 20 mol s-1 . Resposta: 6NaN3(s) + 2 Fe2O3(s)  3Na2O2(s) + 4 Fe(s) + 9 N2(g) Portanto: 6 mol de NaN3(s)_______ 9 mol de N2(g) 𝑛𝑁2(𝑔) = 42 𝑔 28 𝑔 𝑚𝑜𝑙−1 = 1,5 𝑚𝑜𝑙 𝑁2 Valor: 30% { 6 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑁3(𝑠) − 9 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁2(𝑔) 𝑥 − 1,5 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁2(𝑔) } Valor: 30% 𝑥 = 1,0 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑁3(𝑠) { 20 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑁3(𝑠) − 1𝑠 1,0 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑁3(𝑠) − 𝑦 𝑦 = 𝑡 = 0,05 𝑠 } Valor: 40% Critério de avaliação: valores parciais indicados ao lado da solução da questão. Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________8 Questão 7: Um recipiente encerra dois gases ideais. Dois moles do primeiro gás estão presentes, com massa molar M1. O segundo gás possui massa molar M2 = 3M1, e 0,5 mol deste gás está presente. Que fração da pressão total na parede do recipiente pode ser atribuída ao segundo gás? Resposta: A explicação da pressão da teoria cinética conduz à descoberta experimentalmente de pressões parciais para uma mistura de gases que não reagem quimicamente: a pressão total exercida pela mistura é igual à soma das pressões que os vários gases exerceriam separadamente se cada um deles ocupasse o recipiente sozinho.) E de modo equivalente: Critério de avaliação: Para aqueles candidatos que acertaram a solução da questão 100%. Nos casos de estabelecimento das razões das pressões por cálculos considerou-se que o fundamento está errado. Portanto, foi atribuído 50% para as respostas corretas. Prova de seleção ao Mestrado e Doutorado em Química Programa de Pós-graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais – PPGMQMG  1/2018 código de inscrição Data: 06/11/2017 Horário: 13:30 – 17:30h ________________________________________________________________________________________9 Questão 8: Em uma aula prática de química geral, os alunos misturaram em um mesmo frasco, equivocadamente, duas soluções que seriam usadas para aulas subsequentes: 100 mL de solução aquosa de HCl 0,1000 mol L-1 e 250 mL de solução aquosa de NH3 0,1000 mol L-1 . Os alunos enviaram a mistura das soluções para descarte, mas o professor percebeu que a solução resultante poderia ser empregada em outra aula. Que solução foi obtida e qual a concentração de cada espécie presente nessa nova solução? Resposta: Ao misturar as duas soluções, ocorrerá uma reação ácido-base. Para saber a concentração das espécies, é necessário determinar a quantidade de matéria inicial de cada reagente: HCl = 0,01 mol de HCl NH3 = 0,025 mol de NH3 Ocorrerá uma reação ácido-base, na qual o HCl é o reagente limitante: HCl + NH3 → NH4 + + Cl- 0,01 0,025 -0,01 -0,01 +0,01 0 0,015 0,01 A quantidade de matéria resultante nos 350 mL são 0,015 mol de NH3 e 0,01 mol de NH4 + e 0,01 mol de Cl- . As concentrações de cada espécie serão: NH3 0,015 mol NH3 ---------- 350 mL X -----------------------------1000 mL X = 0,04286 mol NH3 NH4 + = Cl- 0,01 mol ------------- 350 mL X ------------------------1000 mL X = 0,02857 mol de NH4 + e ClResposta: ocorreu a formação de uma solução tampão na qual as concentrações são [NH3] = 0,04286 mol L-1 e [NH4 + ] = [Cl- ] = 0,02857 mol L-1 . Critério de avaliação: o candidato teve que calcular três concentrações de espécies no equilíbrio. Aqueles que calcularam uma concentração apenas receberam 33% do valor da questão, duas concentrações receberam 66% do valor da questão e aqueles que realizaram a solução completa receberam 100% da questão. Quem escreveu a equação química corretamente recebeu 10% do valor da questão.