QU Í M I C A A 3 . a S Química Curso Extensivo – A 3. a Série – Ensino Médio C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página I Q U Í M I C A A 3 .a S C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página II – 1 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. (UFU-MG) – Nas festas de Réveillon, o céu fica embelezado pelas cores emitidas pela queima dos fogos de artifício. A esses fogos são adicionadas substâncias, cujos átomos emitem radiações de lumi - nosidades diferentes. Considerando uma explicação para a observação das cores, na queima dos fogos de artifício, por meio de modelos atômicos propostos no início do século XX, marque a alternativa incorreta. a) Na emissão de energia, devida à transição de elétrons, encontra-se uma explicação para a observação das cores dos fogos de artifícios, pois segundo os estudos de Bohr, o elétron pode emitir ou absorver uma quantidade definida de energia chamada quantum. b) Os estudos realizados por Thomson, assim como o modelo atômico proposto por ele, reconhecem a natureza elétrica da matéria e explicam a eletrização por atrito, a corrente elétrica, a formação dos íons e as descargas elétricas em gases. Contudo, o modelo não explica as cores observadas na queima dos fogos de artifício. c) Os estudos realizados por Dalton, assim como o modelo atômico proposto por ele, contribuíram para resgatar as ideias sobre o átomo, ao proporem que átomos diferentes possuem diferentes pesos atômicos. No entanto, o peso atômico não é o responsável pela exibição das cores quando da queima dos fogos de artifício. d) De acordo com o modelo de Rutherford-Bohr, as cores produzidas na queima de fogos são as emissões de energia na forma de luz. Essa emissão de energia ocorre quando os elétrons excitados dos íons metálicos, presentes nos fogos de artifícios, retornam para os níveis de maior energia. RESOLUÇÃO: a) Correta. Ao absorver energia, um elétron “salta” para um nível mais externo e, ao retornar, o elétron passa para um nível mais interno. b) Correta. Thomson descobre a existência de partículas subatômicas, não relatando a existência de núcleo e níveis de energia. c) Correta. Dalton não sabia da existência de elétrons, núcleo, eletrosfera ou níveis de energia. d) Falsa. A emissão de energia ocorre quando os elétrons passam para os níveis de menor energia. Resposta: D 2. (UFSC) – Assinale as alternativas corretas. (01) O único átomo que apresenta número atômico igual ao número de massa é o prótio. (02) Um átomo A, com p prótons e n nêutrons, e um átomo B, com p + 1 prótons e n – 1 nêutrons, são isóbaros. (04) O número de nêutrons do trítio é igual ao número de nêutrons do deutério. (08) Os íons Na + , Cl – e Al 3+ são isoeletrônicos. (16) Os isótopos pertencem sempre ao mesmo elemento químico. (32) Sendo A e B isóbaros, com o número atômico de A, 64 e o número de massa de B, 154, então o número de nêutrons do núcleo do átomo A é 90. (64) O número de massa de um átomo é dado pela soma de prótons e elétrons e é representado pela letra A, que é praticamente igual à massa atômica. Dados: 1 H 11 Na 17 Cl 13 Al RESOLUÇÃO: (01) Verdadeira. 1 1 H prótio (02) Verdadeira. Isóbaros = mesmo número de massa. (04) Falsa. 1 3 H n = 2 1 2 H n = 1 trítio deutério (08) Falsa. Na + ; Cl – ; Al 3+ e = 10; e = 18; e = 10, respectivamente. (16) Verdadeira. (32) Verdadeira. 154 64 A B 154 n = 90 (64) Falsa. Prótons + nêutrons Revisão QUÍMICA MÓDULO 1 1 Estrutura Atômica e Radioatividade C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 1 2 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. A soma dos números de nêutrons de três átomos, J, L e M, é 88, enquanto a soma dos números de prótons é 79. Sabe-se ainda que L tem 30 nêutrons, J e L são isótopos, L e M são isóbaros e J e M são isótonos. Calcule o número atômico e o número de massa de cada um deles. RESOLUÇÃO: N J + N L + N M = 88, como J e M são isótonos, temos: N J + N J + 30 = 88 →N J = 29, então N M = 29 P J + P L + P M = 79, como L e J são isótopos, temos: P M = 79 – 2P L A L = A M , temos: P L + N L = P M + N M , substituindo, temos: P L +30 = 79 – 2P L + 29 → P L = 26, então P M = 27 e P J = 26, portanto os números de massa são: A L = 26 + 30 = 56 A J = 26 + 29 = 55 A M = 27 + 29 = 56 26 55 J 26 56 L 27 56 M 4. O zinco é essencial para o metabolismo de proteínas, e mais de 100 enzimas. A deficiência de Zn 2+ causa problemas de crescimento, apatia, cansaço , amnésia, perda de apetite, aumento do tempo de cicatrização de ferimentos, o que pode ser sanado com uma alimentação adequada ou pela ingestão de comprimidos que contêm ZnO. Sabendo que o zinco apresenta Z = 30, indique a distribuição eletrônica desse íon em subníveis de energia. RESOLUÇÃO: 30 Zn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 Ocorre perda de dois elétrons do subnível mais afastado do núcleo (4s 2 ) 30 Zn 2+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 5. (UFRJ) Esse símbolo identifica alimentos irradiados Estima-se que, no Brasil, a quantidade de alimentos desperdiçados seria suficiente para alimentar 35 milhões de pessoas. Uma das maneiras de diminuir esse desperdício é melhorar a conservação dos alimentos. Um dos métodos disponíveis para tal fim é submeter os alimentos a ra dia - ções ionizantes, reduzindo, assim, a população de micro-organismos responsáveis por sua degradação. Uma das tecnologias existentes emprega o isótopo de número de massa 60 do Cobalto como fonte radioativa. Esse isótopo decai pela emissão de raios gama e de uma partícula β e é produzido pelo bombar - deamento de átomos de Cobalto de número de massa 59 com nêutrons. a) Escreva a reação de produção do Cobalto-60 a partir do Cobalto-59 e a reação de decaimento radioativo do Cobalto-60 b) Um aparelho utilizado na irradiação de alimentos emprega uma fonte que contém, inicialmente, 100 gramas de Cobalto-60. Admitindo que o tempo de meia-vida do Cobalto-60 seja de cinco anos, calcule a massa desse isótopo presente após quinze anos de utilização do aparelho. Dado: números atômicos: cobalto = 27; níquel = 28. RESOLUÇÃO: a) A reação de produção do Cobalto-60 a partir do Cobalto-59 é: 59 27 Co + 1 0 n → 60 27 Co A reação de decaimento radioativo do Cobalto-60 através da emissão de uma partícula β é: 60 27 Co → 60 28 Ni + β – b) A massa de Cobalto-60 cai à metade a cada 5 anos. Logo, a massa de Cobalto-60 presente após 15 anos é: 5a 5a 5a 100g ––––––– 50g –––––––– 25g ––––––– 12,5g K 1s 2 L 2s 2 2p 6 M 3s 2 3p 6 3d 10 N 4s 2 4p 4d C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 2 – 3 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. Um átomo é considerado estável quando sua última camada tem oito elétrons (ou dois, no caso da camada K). Os átomos instáveis se unem uns aos outros a fim de adquirir essa configuração estável. A união é denominada de ligação química. Julgue os itens abaixo: (1) Para o sal sulfato de magnésio, existem ligações iônicas, duas cova - lentes normais e duas covalentes dativas. (2) A ureia (CH 4 N 2 O) apresenta ligações covalentes normais, sendo duas simples, uma dupla e uma ligação covalente coordenada. (3) O ácido acético (C 2 H 4 O) é um ácido inorgânico que apresenta forças intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio. (4) No cloreto de sódio, a ligação é iônica, o que explica o alto ponto de fusão e o fenômeno da clivagem. Dado: As estruturas de Lewis: RESOLUÇÃO: (1) Verdadeiro. apresenta ligações iônicas, pois o magnésio é um metal (tendência de doar elétrons) e, também, ligações covalentes normais (—) e dativas (→). (2) Falso. A fórmula estrutural da ureia é: Há somente ligações covalentes, pois o compartilhamento de elétrons é fornecido pelos átomos envolvidos. (3) Falso. As interações são do tipo pontes de hidrogênio “sui generis”, mas o ácido é orgânico. (4) Verdadeiro. O átomo de sódio apresenta 1e – de valência, portanto tende a doar o elétron, transformando-se em Na + , enquanto o átomo de cloro apre - senta 7e – de valência, portanto tende a receber o elétron, transformando-se em Cl – . Esta interação eletrostática é intensa, o que explica o alto PF, e o retículo iônico — ao sofrer uma pancada — rompe-se em camadas, pro cesso denominado clivagem. 2. (PUC-SP) – Analise as propriedades físicas na tabela abaixo: Segundo os modelos de ligação química, A, B, C e D podem ser classificados, respectivamente, como, a) composto iônico, metal, substância molecular, me tal. b) metal, composto iônico, composto iônico, subs tân cia molecular. c) composto iônico, substância molecular, metal, metal. d) substância molecular, composto iônico, composto iônico, metal. e) composto iônico, substância molecular, metal, com posto iônico. RESOLUÇÃO: I) Análise dos estados físicos das amostras: Os compostos iônicos não conduzem corrente elétrica no estado sólido, enquanto no estado líquido conduzem (íons livres). As amostras A e D obedecem a essas condições. A substância molecular não apresenta essa carac terística da condutibilidade, pois as moléculas são partículas eletricamente neutras. A amostra B, provavelmente, é molecular. Os metais apresentam a condutibilidade elétrica nos estados sólido e líquido (elétrons livres). A amostra C é metal. Resposta: E • • • N • • • • • • O • • • • • • Cl • • • • • C • • • • • • S • • Na • • Mg • H • O H 2 N NH 2 O HO H 3 C — C C — CH 3 OH O Condução de corrente elétrica Amostra Ponto de fusão Ponto de ebulição a 25°C 1000°C A 801°C 1413°C isolante condutor B 43°C 182°C isolante –––– C 1535°C 2760°C condutor condutor D 1248°C 2250°C isolante isolante 25°C 1000°C amostra A sólido líquido amostra B sólido ––––– amostra C sólido sólido amostra D sólido sólido O 2– ↑ Mg 2+ ΄ O — S — O ΅ ↓ O MÓDULO 2 2 Ligações Químicas C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 3 4 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. (PUC-SP) – Sabe-se que – a amônia (NH 3 ) é constituída por moléculas polares e apresenta boa solubilidade em água; – o diclorometano (CH 2 Cl 2 ) não possui isômeros. Sua molécula apresenta polaridade, devido à sua geometria e à alta eletro - negatividade do elemento Cl; – o dissulfeto de carbono (CS 2 ) é um solvente apolar de baixa temperatura de ebulição. As fórmulas estruturais que melhor representam essas três substâncias são, respectivamente, RESOLUÇÃO: Amônia: NH 3 Diclorometano: CH 2 Cl 2 Dissulfeto de carbono: CS 2 S = C = S – Linear, apolar. Resposta: B 4. Algumas propriedades físicas dos compostos I, II, III, IV e V são apresentadas na tabela abaixo. Esses com postos são octano, propan-2-ol, triclorometano, he xano e propanona, não necessariamente nessa ordem Considerando as propriedades apresentadas, identifique os compostos enumerados na tabela. RESOLUÇÃO: O octano e o hexano são hidrocarbonetos, portanto, insolúveis em água e suas densidades são menores que 1g/mL, mas o octano apresenta maior TE, pois possui maior cadeia, então o octano é o III, enquanto o hexano é o I. O propan-2-ol e a propanona são polares, portanto são solúveis em água, mas o álcool estabelece pontes de hidrogênio, que são intensas, portanto apresenta maior PE que a propanona, então o propan-2-ol é o II, enquanto a propanona é o IV O triclorometano é pouco polar e mais denso que a água, portanto é o V. – Tetraédrica, polar; – se a molécula fosse plana qua drada, existiriam isômeros. •• N H H H – Piramidal, polar; – se a molécula fosse plana, ela seria apolar. Cl C Cl H H Com- posto Temperatura de ebulição/°C Densidade/ g cm –3 Solubilidade em água I 68,3 0,660 imiscível II 82,5 0,789 miscível III 125,7 0,703 imiscível IV 56,0 0,790 miscível V 61,0 1,490 imiscível C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 4 – 5 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. (PUC-SP) – O gráfico a seguir representa a curva de solubilidade do nitrato de potássio (KNO 3 ) em água. A 70°C, foram preparadas duas soluções, cada uma contendo 70 g de nitrato de potássio (KNO 3 ) e 200 g de água. A primeira solução foi mantida a 70°C e, após a evaporação de uma certa massa de água (m), houve início de precipitação do sólido. A outra solução foi resfriada a uma temperatura (t) em que se percebeu o início da precipitação do sal. Calcule, aproximadamente, os valores de m e t. RESOLUÇÃO: Soluções iniciais: 70g de KNO 3 /200g de H 2 O a 70°C Cálculo da massa m de água que foi evaporada da primeira solução, a solução sendo mantida a 70°C. Cálculo da massa de água que não evaporou: 140g de KNO 3 ––––––––– 100g de H 2 O 70g de KNO 3 –––––––– x x = 50g de H 2 O A massa m é dada por: m = 200g – x →m = 150g A solução será uma solução saturada na temperatura t. Cálculo da quantidade de soluto para uma solução saturada com 100g de H 2 O: 70g de KNO 3 ––––––––– 200g de H 2 O y ––––––––– 100g de H 2 O y = g = 35g de KNO 3 Pelo gráfico, a temperatura t é aproximadamente 22°C. 2. (MACKENZIE-SP) –As curvas de solubilidade têm grande importância no estudo das soluções, já que a temperatura influi decisivamente na solubilidade das substâncias. Considerando as curvas de solubilidade dadas pelo gráfico, é correto afirmar que a) há um aumento da solubilidade do sulfato de cério com o aumento da temperatura. b) a 0ºC o nitrato de sódio é menos solúvel que o cloreto de potássio. c) o nitrato de sódio é a substância que apresenta a maior solubilidade a 20ºC. d) resfriando-se uma solução saturada de KClO 3 , pre parada com 100g de água, de 90ºC para 20ºC, obser va-se a precipitação de 30 g desse sal. e) dissolvendo-se 15g de cloreto de potássio em 50g de água a 40ºC, obtém-se uma solução insaturada. RESOLUÇÃO: Com o aumento da temperatura, a solubilidade de Ce 2 (SO 4 ) 3 diminui. A 0°C, o nitrato de sódio (NaNO 3 ) é mais solúvel que o cloreto de potássio (KCl). A 20°C, a substância de maior solubilidade é o iodeto de potássio (KI). A 90°C, 100g de água dissolvem 50g de KClO 3 , enquanto, a 20°C, 100g de água dissolvem 10g de KClO 3 . Observa-se a precipitação de 40g de KClO 3 . A 40°C, 50g de água dissolvem no máximo 20g de KCl. Logo, a solução que tem 15g de KCl dissolvidos em 50g de água, a 40°C, é insaturada. Resposta: E 70 . 100 ––––––– 200 MÓDULO 3 3 Soluções C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 5 6 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. (UEMS) – A presença do oxigênio dissolvido na água se deve, em parte, à sua dissolução do ar atmosférico para a água, O 2 (g) → ← O 2 (aq), cuja constante de equilíbrio apropriada é a constante da Lei de Henry, K H . Para o processo de dissolução do O 2 , K H , é definida como K H = [O 2 (aq)]/p O 2 , em que p O 2 é a pressão parcial de oxigênio no ar. A figura a seguir mostra a solubilidade do gás oxigênio em água em função da temperatura, na pressão atmosférica de 1 atm (760mmHg). a) Considerando que a altitude seja a mesma, em que lago há mais oxigênio dissolvido: em um de águas a 10ºC ou em outro de águas a 25 ºC? Justifique. b) Considerando uma mesma temperatura, onde há mais oxigênio dissolvido, em um lago no alto da Cordilheira dos Andes ou em outro em sua base? Justifique. RESOLUÇÃO: A dissolução de um gás em um líquido depende da sua pressão parcial e da temperatura, segundo a Lei de Henry. a) O lago a 10ºC apresenta maior quantidade de O 2 dissolvido, pois a solu - bili dade de um gás em um líquido diminui com o aumento da temperatura. b) No lago da base a dissolução é maior, pois a pressão parcial do gás é maior sobre o líquido. 4. (FATEC-SP) – Sancionada pelo presidente, a Lei 11.705/08, chamada de Lei Seca, prevê maior rigor contra o motorista que ingerir bebidas alcoólicas e dirigir. A nova lei seca brasileira, com limite de 2 decigramas de álcool por litro de sangue, além de multa de R$ 955, prevê a perda do direito de dirigir e a retenção do veículo. A partir de 6 decigramas por litro, a punição será acrescida de prisão. Dados: densidade do álcool 0,8 g/cm 3 Calcule a concentração, em decigrama de álcool por litro de sangue, em um indivíduo de 80kg, ao beber 250mL de vinho 12°GL em uma refeição. RESOLUÇÃO: Cálculo do volume de álcool no vinho: 100mL ––––– 12mL 250mL ––––– x x = 30mL Cálculo da massa de álcool consumida: m d = –––– V m 0,8g/mL = ––––– 30mL m = 24g Cálculo da concentração de álcool no sangue (g/L): 24 ––––––– = 0,270 80 . 1,1 0,270g/L 1g ––––––– 10dg 0,270g ––––––– x x = 2,70dg ∴2,70dg/L Fórmula do cálculo de álcool no sangue (g/L): Gramas de álcool consumidos –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– (Massa Corporal em kg x Coeficiente*) *Coeficiente : 0,7 em homens; 0,6 em mulheres; 1,1 se o álcool foi consumido nas refeições C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 6 – 7 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. (MACKENZIE-SP) Água demais pode fazer mal e até matar “Um estudo de 2005 do New England Journal of Medicine revelou que cerca de um sexto dos maratonistas desenvolvem algum grau de hiponatremia, ou diluição do sangue, que acontece quando se bebe água em demasia”. Ao pé da letra, hiponatremia quer dizer “sal insuficiente no san - gue”, ou seja, uma concentração de sódio abaixo de 135 milimol por li tro de sangue — a concentração normal permanece entre 135 e 145 mi li mol por litro. "Casos graves de hiponatremia podem levar à intoxicação por água, uma doença cujos sintomas incluem dores de cabeça, fadiga, náusea, vômito, urinação frequente e desorientação mental." (Scientific American Brasil) Antes de iniciar uma competição, um maratonista de 1,75m de altura e 75kg possui, aproximadamente, 5L de sangue com uma con centração de sódio no limite máximo da concentração normal. Após a conclusão da prova, esse atleta ingeriu um excesso de água, durante a sua hidratação. Esse excesso gerou, depois de algumas horas, uma re - dução na concentração de sódio para 115 mi limol por litro de sangue, atingindo um quadro de hiponatremia. Com base nessas informações, os valores mais próximos da massa de sódio presente no sangue do atleta, antes de iniciar a prova, e do volume de água absorvido pela corrente sanguínea após a sua hidratação, são, respectivamente, a) 15,5g e 1,3L. b) 16,7g e 6,3L. c) 15,5g e 4,6L. d) 16,7g e 1,3L. e) 15,5g e 6,3L. RESOLUÇÃO: Massa de sódio antes de iniciar a prova: 1 mol ––––––– 23g 145 . 10 –3 mol ––––––– x x = 3,335 g/L 1L –––––––– 3,335g 5L –––––––– y y = 16,675g ≅ 16,7g Volume de água absorvido pela corrente sanguínea: M 1 V 1 = M 2 V 2 (145 . 10 –3 mol/L) (5L) = (115 . 10 –3 mol/L) (V 2 ) V 2 = 6,3L Volume de água = 6,3L – 5,0L = 1,3L Resposta: D 2. A tabela a seguir mostra a composição, em massa, de 100mL de amostra de sangue e urina, de pacientes com problemas renais. As doenças renais estão entre as causas mais importantes de morte e de incapacidade, em muitos países. Em uma pessoa sadia, a quantidade de ureia no sangue mantêm-se sempre constante. Isso porque o excesso dessa substância fica retido nos rins quando o sangue circula por esses órgãos. Essa é uma das importantes funções renais, ou seja, retirar o excesso de ureia do sangue e eliminá-lo com a urina. a) Quais as concentrações de ureia, em mol/L, no sangue e na urina? b) Se misturarmos 9 litros de sangue com 1 litro de urina, qual será a nova concentração de ureia, em mol/L na mistura final? Dado: Massa molar da ureia = 60g/mol RESOLUÇÃO: a) No sangue: 1mol de ureia ––––––––––– 60g x ––––––––––– 0,3g x = 5 . 10 –3 mol 5 . 10 –3 mol ––––––––––– 100mL y ––––––––––– 1000mL y = 5 . 10 –2 mol/L Na urina: 1mol de ureia ––––––––––– 60g w ––––––––––– 2,4g w = 4 . 10 –2 mol 4 . 10 –2 mol ––––––––––– 100mL z ––––––––––– 1000mL z = 4.10 –1 mol/L b) M 1 V 1 + M 2 V 2 = M 3 V 3 5 . 10 –2 mol/L . 9L + 4 . 10 –1 mol/L . 1L = M 3 . 10L M 3 = 0,085 mol/L Dado: Massa molar (Na = 23 g/mol) Componentes Sangue g/100mL Urina g/100mL Água 93 95 Ureia 0,3 2,4 Sais minerais 0,72 1,2 Outros 6,25 1,3 MÓDULO 4 4 Soluções e Conceitos de Ácidos e Bases C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 7 8 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. (ITA-SP) – Indique a opção que contém a equação química de uma reação ácido-base na qual a água se comporta como base. a) NH 3 + H 2 O ← → NH 4 OH b) NaNH 2 + H 2 O ← → NH 3 + NaOH c) Na 2 CO 3 + H 2 O ← → NaHCO 3 + NaOH d) CO 2 + H 2 O ← → H 2 CO 3 e) TiCl 4 + 2H 2 O ← → TiO 2 + 4HCl RESOLUÇÃO: Segundo Brönsted, ácido é a espécie que cede prótons (H + ) e base é a espécie que recebe prótons (H + ). a) NH 3 + H 2 O → ← NH 4 OH equação iônica: H + NH 3 + H 2 O → ← NH 4 + + OH – base ácido b) NaNH 2 + H 2 O → ← NH 3 + NaOH equação iônica: H + NH – 2 + H 2 O → ← NH 3 + OH – base ácido c) Na 2 CO 3 + H 2 O → ← NaHCO 3 + NaOH equação iônica: H + CO 2– 3 + H 2 O → ← HCO – 3 + OH – base ácido Segundo Lewis, ácido é a espécie que recebe par de elétrons e base é a espécie que cede par de elétrons. •• d) CO 2 + H 2 O → ← H 2 CO 3 ácido base complexo coordenado ⇑ e) TiCl 4 + 2H 2 O → ← TiO 2 + 4HCl O cloreto de titânio é um líquido que se hidrolisa facilmente, produzindo gás clorídrico (HCl); nesse caso, a água não atua como ácido ou base. Resposta: D 4. (UFSCar-SP) – A metilamina é um produto gasoso formado na de - composição da carne de peixe, responsável pelo odor característico que impregna as mãos de quem trabalha com peixe. A prática mostra que é mais fácil remover o odor de peixe das mãos esfregando-as primeiro com suco de limão ou vinagre, e depois lavando com água pura, do que diretamente com água e sabão. Com base nestas informações, considere o seguinte texto sobre a metilamina: A metilamina é um gás bastante solúvel em água. Tem propriedades ..............., por conter na molécula o grupo amino. Reage com ................, produzindo o sal CH 3 NH 3 + Cl – . Esse sal, quando puro e dissolvido em água, por hidrólise, forma uma solução de caráter .................... . O texto é completado de forma correta, respec tivamente, por a) básicas … HCl … ácido. b) básicas … NaHCO 3 … ácido. c) ácidas … NaOH … neutro. d) ácidas … HCl … básico. e) ácidas … NaOH … neutro. RESOLUÇÃO: A metilamina tem propriedades básicas, por apresentar par de elétrons livres: Reage com ácidos produzindo sal: H 3 C — NH 2 + HCl →H 3 C — NH 3 + Cl – cloreto de metilamônio Esse sal apresenta caráter ácido por ser proveniente de ácido forte (HCl) e base fraca (CH 3 NH 2 ). Resposta: A •• H 3 C — N — H | H C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 8 – 9 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. (ITA-SP) – Considere as seguintes afirmações relativas aos sis - temas descritos abaixo, sob pressão de 1 atm: I. A pressão de vapor de uma solução aquosa de gli co se 0,1mol/L é menor do que a pressão de vapor de uma solução de cloreto de sódio 0,1mol/L a 25°C. II. A pressão de vapor do pentano é maior do que a pressão de vapor do hexano a 25°C. III. A pressão de vapor de substâncias puras, como ace tona, éter etílico, etanol e água, todas em ebu lição e no mesmo local, tem o mesmo valor. IV. Quanto maior for a temperatura, maior será a pres são de vapor de uma substância. V. Quanto maior for o volume de um líquido, maior se rá a sua pressão de vapor. Dessas afirmações, estão corretas a) apenas I, II, III e IV. b) apenas I, II e V. c) apenas I, IV e V. d) apenas II, III e IV. e) apenas III, IV e V. RESOLUÇÃO: I) Errada. A pressão de vapor de uma solução aquosa de gli co se 0,1 mol/L é maior do que a pressão de vapor de uma solução de cloreto de sódio 0,1 mol/L a 25°C, pois o número de partículas dispersas por unidade de volume é menor na solução aquosa de glicose. solução aquosa de glicose: partículas dispersas: 0,1 mol/L NaCl(s) → ← Na + (aq) + Cl – (aq) 0,1 mol/L 0,1 mol/L 0,1 mol/L partículas dispersas: 0,2 mol/L II) Correta. A pressão de vapor do pentano é maior do que a pres são de vapor do hexano a 25°C, pois as intensidades das forças intermoleculares no pen - tano (menor cadeia) são menores do que as do he xano (maior cadeia). À medida que aumenta a massa molecular, diminui a pressão de vapor e aumenta a temperatura de ebulição. III)Correta. Um líquido entra em ebulição quando a sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, portanto, na ebulição, todas as substâncias têm a mesma pressão de vapor, quando no mesmo local. IV)Correta. Aumentando a temperatura do líquido, teremos um aumento de energia cinética das moléculas, facilitan do a vaporização. V) Errada. A pressão de vapor não depende do volume do líquido, pois depende apenas da temperatura e da natureza do líquido. Resposta: D 2. (UFSCar-SP) – As curvas A, B, C e D, mostradas na figura, apresentam as variações das pressões de vapor em função da tem - peratura de quatro substâncias puras. A tabela a seguir apresenta as fórmulas e massas molares das quatro substâncias associadas às curvas A, B, C e D, porém não neces - sariamente nesta ordem. a) Considere que cada substância foi aquecida, isolada men te, até 70°C, sob pressão de 760mmHg. Quais das cur vas (A, B, C ou D) representam as substâncias que es tão no estado gasoso nessas condições? Justifique sua res posta. b) Identifique qual curva de pressão de vapor em função da temperatura (A, B, C, ou D) corresponde àquela da substância CCl 4 . Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) A substância que estará no estado de vapor a 70 o C e pressão de 760mmHg deverá ter ponto de ebulição inferior a 70 o C sob esta pressão. A curva que representa uma substância com ponto de ebulição inferior a 70 o C sob pressão de 760mmHg é a curva D. b) O ácido acético estabelece ligação de hidrogênio muito forte, corres - pondendo à curva A. A água também estabelece ponte de hidrogênio muito forte, mas apresenta menor massa molar que o ácido acético. A água corresponde à curva B. O CCl 4 é apolar e o HCCl 3 é muito pouco polar, porém a massa molar do CCl 4 é maior que a massa molar do HCCl 3 e, portanto, o HCCl 3 é mais volátil que o CCl 4 . Logo, a curva C representa o CCl 4 e a curva D corresponde ao HCCl 3 . Observação: Consultando a literatura química, verifica-se que o ponto de ebulição do CCl 4 é 76 o C e o do HCCl 3 é 61 o C. Substância Massa molar (g/mol) H 2 O CH 3 COOH HCCl 3 CCl 4 18 60 119 154 MÓDULO 5 5 Propriedades Coligativas C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 9 10 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. (UFMS) – A intensidade com que as propriedades coligativas ocorrem depende unicamente da quantidade de partículas presentes na solução e não dos tipos de partículas presentes. As interações que ocorrem entre as partículas do soluto e as moléculas do solvente dificultam a passagem do solvente para o estado de vapor ou para o estado sólido. A respeito das propriedades coligativas, é correto afirmar que (01) no nível do mar, é mais fácil cozinhar um ovo em panela aberta com água pura do que com água salgada, usando-se a mesma fonte de aquecimento. (02) na osmose reversa, o movimento do solvente de uma solução diluída para uma solução concentrada, separadas por uma membrana semipermeável, é intensificado. (04) abaixando-se igualmente a temperatura de duas soluções aquosas, uma de sacarose e a outra de sal de cozinha, ambas com a mesma quantidade de matéria, a água congelará primeiro na solução salgada. (08) a pressão de vapor de um líquido puro é maior do que a do mesmo líquido em solução, a uma dada temperatura. (16) o etilenoglicol adicionado no radiador dos carros aumenta a faixa de temperatura em que a água permanece líquida, sob uma determinada pressão. RESOLUÇÃO: (01) Incorreta. A solução aquosa salgada (água salgada) ferve a uma temperatura maior, o que facilita o cozimento do ovo. (02) Incorreta. A osmose reversa é processo não espontâneo. (04) Incorreta. Devido à dissociação, na solução de NaCl o número de partículas pre - sentes é maior, o que provoca um maior abaixamento na tem peratura de congelamento. (08) Correta. A dissolução de um soluto não volátil em um líquido provoca um abaixamento na pressão de vapor. (16) Correta. A dissolução do etilenoglicol provoca um abaixamento na temperatura de congelamento. Resposta: 08 + 16 = 24 4. (UFRGS) – O gráfico abaixo representa os diagramas de fases da água pura e de uma solução aquosa de soluto não volátil. Julgue as seguintes afirmações a respeito do gráfico. I. As curvas tracejadas referem-se ao comportamento observado para a solução aquosa. II. Para uma dada temperatura, a pressão de vapor do líquido puro é maior que a da solução aquosa. III. A temperatura de congelação da solução é menor que a do líquido puro. IV. A 0,010°C e 4,58 mmHg, o gelo, a água líquida e o vapor de água podem coexistir. V. A temperatura de congelação da solução aquosa é de 0°C. RESOLUÇÃO: A adição de um soluto não volátil à água provocará • diminuição da pressão máxima de vapor; • elevação da temperatura de ebulição; • diminuição da temperatura de congelamento. Assim, a curva tracejada corresponde à solução aquosa, enquanto a curva contínua, à água( solvente puro). No ponto triplo, coexistem em equilíbrio: S →L →V Estão corretos os itens I, II, III e IV. 5. (PUC-SP) – Osmose é a difusão do solvente através de uma mem - brana semipermeável do meio menos con cen trado para o meio mais concentrado. A pressão osmótica (π) de uma determinada solução é a pressão externa a qual essa solução deve ser submetida para assegurar o equilíbrio osmótico com o solvente puro. A osmose é uma pro - priedade coligativa, ou seja, depende somente do número de partículas dispersas em solução e não da natureza do soluto. Prepararam-se as seguintes soluções aquosas: Solução 1 – HCl(aq) 0,01 mol/L; Solução 2 – H 3 CCOOH(aq) 0,01 mol/L; Solução 3 – C 12 H 22 O 11 (aq) 0,01 mol/L; Solução 4 – MgCl 2 0,01 mol/L. Considerando-se a natureza dessas soluções, estabeleça a ordem crescente de pressão osmótica (π). RESOLUÇÃO: Solução 1: ácido forte HCl(aq) → H + (aq) + Cl – (aq) 0,01 mol/L 0,01 mol/L 0,01 mol/L total = 0,02 mol/L (π 1 ) Solução 2: ácido fraco H 3 CCOOH(aq) → ← H + (aq) + H 3 CCOO – (aq) 0,01 mol/L < 0,01 mol/L < 0,01 mol/L total é menor que 0,02 mol/L (π 2 ) Solução 3: não se dissocia total: 0,01 mol/L (π 3 ) Solução 4: dissocia-se MgCl 2 (aq) → Mg 2+ (aq) + 2Cl 1– (aq) 0,01 mol/L 0,01 mol/L 0,02 mol/L total: 0,03 mol/L (π 4 ) π 3 < π 2 < π 1 < π 4 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 10 – 11 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. (ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO 2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25°C (∆H 0 25 ) do metano, do butano e do octano. À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, consideran do-se que o metano, o butano e o octano sejam represen tativos do gás natural. do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO 2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é a) gasolina, GLP e gás natural. b) gás natural, gasolina e GLP. c) gasolina, gás natural e GLP. d) gás natural, GLP e gasolina. e) GLP, gás natural e gasolina. RESOLUÇÃO CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O ↓ gás natural 1 mol (são liberados 890 kJ) C 4 H 10 + O 2 → 4CO 2 + 5H 2 O ↓ GLP 4 mol (são liberados 2878 kJ) 1 mol (são liberados 719,5 kJ) C 8 H 18 + O 2 → 8 CO 2 + 9 H 2 O ↓ gasolina 8 mol (são liberados 5471 kJ) 1 mol (são liberados 683,87 kJ) A ordem crescente desses três combustíveis do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO 2 gerado é: gasolina, GLP e gás natural. Resposta: A 2. Explosivos É possível armazenar quantidades enormes de energia nas ligações químicas, e talvez o melhor exemplo esteja na química dos explosivos. Um explosivo é uma substância líquida ou sólida que satisfaz três critérios principais: • a decomposição deve ser rápida; • a decomposição deve ser muito exotérmica; • os produtos da decomposição devem ser gasosos; assim a reação é acompanhada de um tremendo aumento de pressão exercido por esses gases. A combinação desses três efeitos leva a uma produção violenta de calor e gases, geralmente associada com as explosões. a) Com base no conceito de energia de ligação e no texto acima, explique como devem ser as energias de ligação em um explosivo. b) O composto N 2 H 4 tem sido utilizado como combustível em alguns motores de foguete; a equação pode ser dada, simplificadamente, por N 2 H 4 (g) + O 2 (g) →N 2 (g) + 2H 2 O(g) Dadas as energias de ligação, determine a variação de energia nesse processo. RESOLUÇÃO: a) Idealmente, para se ter uma reação muito exotérmica, um ex - plosivo deve ter ligações químicas muito fracas e sua de - composição deve produzir substâncias com ligações químicas muito fortes. b) ∆H = 2217 kJ – 2802 kJ composto fórmula molecular massa molar (g/mol) ∆H 0 25 (kJ/mol) metano CH 4 16 – 890 butano C 4 H 10 58 – 2.878 octano C 8 H 18 114 – 5.471 13 ––– 2 25 ––– 2 H — N — N — H + O O N N + 2 H H — H — H O ⎯→ 4N — H : 4 (+389kJ) ..... + 1556 kJ 1N — N : ........................ + 163 kJ 1O =O : ....................... + 498 kJ ––––––––– TOTAL + 2217 kJ Ligação Entalpia (kJ/mol) N — N 163 N — H 389 O =O 498 N N 946 H — O 464 Reagentes 14243 ligações quebradas (absorve energia) Produtos 14243 ligações formadas (libera energia) → 1N N : ....................... – 946 kJ 4H — O : 4 (– 464 kJ) ... – 1856 kJ ––––––––– TOTAL – 2802 kJ ∆H = – 585 kJ MÓDULO 6 6 Termoquímica C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 11 12 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. (UNIFESP) – Devido aos atentados terroristas ocor ridos em Nova Iorque, Madri e Londres, os Estados Unidos e países da Europa têm aumentado o controle quanto à venda e produção de compostos explosivos que possam ser usados na confecção de bombas. Dentre os com postos químicos explosivos, a nitroglicerina é um dos mais conhecidos. É um líquido à temperatura am biente, altamente sensível a qualquer vibração, de compondo-se de acordo com a equação: 2C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) →3N 2 (g) + 1/2O 2 (g) + 6CO 2 (g) + 5 H 2 O(g) Considerando-se uma amostra de 4,54g de nitrogli cerina, massa molar 227g/mol, contida em um frasco fechado com volume total de 100,0mL: a) calcule a entalpia envolvida na explosão. Dados: b) calcule a pressão máxima no interior do frasco antes de seu rom - pimento, considerando-se que a temperatura atinge 127°C. Dado: R = 0,082 atm.L.K –1 . mol –1 . RESOLUÇÃO: a) 2C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) →3N 2 (g) + 1/2O 2 (g) + 6CO 2 (g) + 5H 2 O(g) 2(– 364 kJ) 0kJ 0kJ 6(–394kJ) 5(–242kJ) ∆H = ∑ ∆H f produtos – ∑ ∆H f reagentes ∆H = – 2364kJ – 1210kJ + 728kJ ∆H = – 2846kJ liberam 2 . 227g ––––––––– 2846kJ 4,54g ––––––––– x x = 28,46kJ b) 2 . 227g –––––––––– 14,5 mol 4,54g –––––––––– x x = 0,145 mol PV = nRT P 0,1L = 0,145 mol . 0,082 . 400K P = 47,6 atm 4. Um passo no processo de produção de ferro me tálico, Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO). FeO(s) + CO(g) →Fe(s) + CO 2 (g) ∆H = x Utilizando as equações termoquímicas fornecidas abaixo: Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) →2Fe(s) + 3CO 2 (g) ∆H = – 25kJ 3FeO(s) + CO 2 (g) →Fe 3 O 4 (s) + CO(g) ∆H = – 36kJ 2Fe 3 O 4 (s) + CO 2 (g) →3Fe 2 O 3 (s) + CO(g) ∆H = + 47kJ é correto afirmar que o valor mais próximo de x é: a) – 17kJ b) + 14kJ c) – 100kJ d) – 36kJ e) + 50kJ RESOLUÇÃO: Aprimeira equação fornecida é multiplicada por 1/2, a segunda equação fornecida é multiplicada por e a ter ceira equação fornecida é multipli- plicada por . Agora devemos somar as três equações alteradas para obter a equação que pede o ∆H. Fe 2 O 3 (s) + CO(g) → Fe(s) + CO 2 (g) ∆H = – 12,5kJ FeO(s) + CO 2 (g) → Fe 3 O 4 (s) + CO(g) ∆H = – 12kJ Fe 3 O 4 (s) + CO 2 (g) → Fe 2 O 3 (s) + CO(g) ∆H = + 7,8kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO 2 (g) ∆H = – 16,7kJ Resposta: A atm . L ––––––– mol . K Substância ∆H 0 formação (kJ/mol) C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) – 364 CO 2 (g) – 394 H 2 O(g) – 242 1 –– 3 1 –– 6 1 ––– 2 3 ––– 2 1 ––– 3 3 ––– 2 1 ––– 3 1 ––– 3 1 ––– 3 1 ––– 6 1 ––– 2 1 ––– 6 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 12 – 13 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. A radiação ultravioleta (UV) dos raios solares pode causar danos à pele, caso a pessoa não faça uso de protetor solar. Ela é formada por ra - diações com comprimentos de onda na faixa de 100 a 400nm. Os protetores solares contêm substâncias capazes de absorver essas radia - ções, impedindo sua ação nociva sobre a pele. A seguir, são dados alguns compostos que absorvem radiação UV e os respectivos valores em que ocorre absorção máxima. São exemplos de substâncias presentes em protetores solares: Analisando as informações e considerando os compostos fornecidos, para que uma substância seja utilizada em protetor solar, ela deve apresentar a) grupo cetona com grupos alquila saturados. b) cadeia cíclica sem duplas-ligações. c) cadeia carbônica com insaturações conjugadas. d) cadeia alifática com grupo hidroxila. RESOLUÇÃO: Todos os compostos citados possuem duplas-ligações (insaturações) con - jugadas. Resposta: C 2. Desde o princípio até os dias atuais, a ciência tem derrubado muitos tabus e crenças, o que tornou o homem mais livre. Por exemplo: até 1800 d.C., em algumas culturas, o homem acreditava que doenças fos sem manifestações da alma ou castigos de deuses; em outras culturas, tais crendices perduraram por muito mais tempo, ou ainda perduram. Hoje, sabemos que não. O grande médico Stahl, em 1703, acreditava (e ensinava) que a febre era uma manifestação da alma. Atualmente, o paracetamol é um excelente antitérmico que combate a febre. É pouco provável que o paracetamol atue na alma. Sua estrutura molecular é: Quais as funções apresentadas pelo paracetamol? RESOLUÇÃO: O paracetamol possui as funções amida e fenol. Composto Comprimento de onda máximo absorvido/nm benzeno 184 – 254 buta-1,3-dieno 217 but-3-en-2-ona 213 – 320 CH 3 — O CH CH C O —[ CH 2 —] 7 CH 3 O p-metoxicinamato de octila C O benzofenona OH NH CH 3 O MÓDULO 7 7 Funções Orgânicas C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 13 14 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. Estudos pré-clínicos têm de mons trado que uma droga conhecida por aprepitante apresenta ação inibitória dos vômitos induzidos por agentes qui mioterápicos citotóxicos, tais como a cisplatina. Essa droga apre senta a seguinte fórmula estrutural: Duas das funções orgânicas encontradas na estrutura dessa droga são a) cetona e amina. b) cetona e éter. c) amina e éter. d) amina e éster. e) amida e éster. RESOLUÇÃO: A estrutura, a seguir, apresenta as funções: Resposta: C 4. Identifique todos os grupos fun cio nais presentes nos seguintes compostos: a) vanilina, o composto responsável pelo sabor de bau nilha; b) carvona, o composto responsável pelo sabor de hortelã. RESOLUÇÃO: a) Os grupos funcionais presentes na vanilina, cuja fór mula estrutural está representada abaixo, são: b) O grupo funcional presente na carvona é: C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 16:20 Página 14 – 15 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. Associe de cima para baixo: 1. ( ) isômeros funcionais 2. H 3 C — CH — CH 3 e H 3 C — CH 2 — CH 2 — OH ( ) metâmeros (isômeros de compensação) | OH CH 2 3. H 2 C=CH—CH 3 e H 2 C — CH 2 ( ) tautômeros 4. H 3 C—O—CH 2 —CH 2 — CH 3 e H 3 C—CH 2 —O—CH 2 —CH 3 ( ) isômeros de posição 5. ( ) isômeros de cadeia RESOLUÇÃO: 5, 4, 1, 2, 3 2. A capsaicina, que é a substância responsável pela sen sação picante das pimentas, está acima represen tada. Nessa estrutura, podemos identificar quais funções orgânicas? Esse composto possui isomeria geométrica? RESOLUÇÃO: H 3 C — C — — — O H H 2 C = C — H — OH CH 3 OH CH 2 — OH e H 3 C — CH — CH = CH — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — C — N — CH 2 O — CH 3 — — OH H — CH 3 = O H 3 C — CH — CH = CH — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — C — N — CH 2 O — CH 3 — OH H — CH 3 = O éter fenol amida O composto apresenta isomeria geométrica, ou cis-trans, pois possui dupla-ligação entre carbonos e ligantes diferentes em cada C da dupla. MÓDULO 8 8 Isomeria C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 15 16 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. Há quatro aminas de fórmula molecular C 3 H 9 N. a) Escreva as fórmulas estruturais das quatro aminas. b) Qual dessas aminas tem ponto de ebulição menor que as outras três? Justifique a resposta em termos de estrutura e forças intermo - leculares. RESOLUÇÃO: a) H 3 C — CH 2 — CH 2 — NH 2 H 3 C — N — CH 2 — CH 3 | H CH 3 | H 3 C — C — NH 2 H 3 C — N — CH 3 H | CH 3 b) H 3 C — N — CH 3 | CH 3 É a única que não estabelece ponte de hidrogênio, portanto tem menor ponto de ebulição. 4. Todos os aminoácidos do nosso organismo, exceto a glicina, possuem carbono assimétrico em suas estruturas. Alguns exemplos são: Fenilalanina: A fórmula estrutural da glicina é: c) RESOLUÇÃO: É um aminoácido e não possui carbono assimétrico. Resposta: B H O Alanina: H 3 C — C — C NH 2 OH O H O Ácido aspártico: HO — C — CH 2 — C — C NH 2 OH O H O Ácido glutâmico: HO—C — CH 2 —CH 2 — C — C NH 2 OH H H O Leucina: H 3 C — C — CH 2 — C — C CH 3 NH 2 OH NH 2 — OH — CH 2 — C — C = O H H H O Valina: H 3 C — C — C — C CH 3 NH 2 OH H O a) H 3 C — CH 2 — C — C NH 2 OH NH 2 — OH — CH 2 — C — C = O H HO H O e) H — C — C H NH 2 H O b) H — C — C NH 2 OH H O d) H — C — C OH OH C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 16 – 17 Q U Í M I C A A 3 . a S 5. Um dos hidrocarbonetos de fórmula molecular C 4 H 10 pode originar apenas três isômeros diclora dos de fórmula C 4 H 8 Cl 2 . Represente a fórmula estrutural desse hidrocarboneto e as fórmulas estruturais dos derivados diclorados. Qual é a isomeria existente entre eles? Algum dos isômeros apresenta molécula quiral? RESOLUÇÃO: Isomeria de posição Nenhum dos isômeros apresenta carbono assimétrico ou quiral. 6. Pilocarpina é um alcaloide extraído das folhas de jaborandi, uma planta brasileira que se desenvolve no Maranhão. A pilocarpina pode ser produzida na forma de sais como sulfatos e nitratos. Entre as apli - cações descritas para este alcaloide, está o emprego na formulação de gotas oculares para o tratamento de glaucoma. O número de átomos de carbono assimétrico que podem ser assinalados na fórmula es pacial da pilocarpina é: a) 1 b) 2 c) 0 d) 3 e) 4 RESOLUÇÃO: O número de átomos de carbono assimétrico (C*) na fórmula espacial da pilocarpina é 2. Resposta: B O O N N H | H 3 C — C — CH 3 → | CH 3 ٖ C 4 H 10 Cl Cl | | H 2 C — C — CH 3 | CH 3 Cl H | | HC — C — CH 3 | | Cl CH 3 Cl H Cl | | | H 2 C — C — CH 2 | CH 3 3 isômeros diclorados C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 17 18 – Q U Í M I C A A 3 .a S 1. Sob aquecimento e ação da luz, alcanos sofrem reação de subs - tituição na presença de cloro gasoso, formando um cloroalcano: luz CH 4 + Cl 2 →CH 3 — Cl + HCl calor Considere que, em condições apropriadas, cloro e propano reagem formando, principalmente, produtos dissubstituídos. O número má - ximo de isômeros planos de fórmula C 3 H 6 Cl 2 obtido é: a) 5 b) 4 c) 3 d) 2 e) 1 RESOLUÇÃO: As fórmulas estruturais dos isômeros planos são: Cl Cl Cl | | | H — C — CH 2 — CH 3 H 2 C — CH — CH 3 | Cl Cl Cl Cl | | | H 2 C — CH 2 — CH 2 H 3 C — C — CH 3 | Cl Resposta: B 2. As substâncias representadas abaixo são classi fica das como umectantes, sendo utilizadas para evitar a per da de umidade do alimento. a) Explique, com base nas suas estruturas, por que es ses compostos têm a propriedade de manter o ali mento hidratado. b) Represente, por equação balanceada, uma mistura reacional de lactato de sódio e ácido sulfúrico que, em condições determinadas, produz ácido lático e um sal de sódio. c) Faça a reação de 2 mols de ácido acético com 1 mol de propilenoglicol. Qual é o nome desta rea ção? RESOLUÇÃO: a) O grupo hidroxila estabelece pontes de hidrogênio com as moléculas de água, mantendo o alimento hidratado. b) c) Reação de esterificação. 3. A oxidação por ozonólise de um determinado com pos to X resulta em dois produtos, cujas fórmulas es tru turais estão representadas abaixo. H 3 C — C = O O = C — CH 3 | | CH 3 H O nome correto para o composto X é a) 2-metilbutano b) 2-metil-2-buteno c) 3-metil-1-buteno d) 2-metil-2-butino RESOLUÇÃO: H 3 C — C =C — CH 3 + O 3 + H 2 O →H 3 C — C =O + | | | CH 3 H CH 3 2-metil-2-buteno + O = C — CH 3 + H 2 O 2 | H Resposta: B lactato de sódio HO — C — H — — CH 3 C — — — O O – Na + CH 2 — OH — H — C — OH — HO — C — H — H — C — OH — H — C — OH — CH 2 OH sorbitol HO — CH 2 — HO — CH — CH 3 propilenoglicol 2H 3 C — C — C — — H OH + H 2 SO 4 lactato de sódio — O – Na + — —O ácido sulfúrico 2H 3 C — C — C — — H OH ácido lático — OH — —O + Na 2 SO 4 sulfato de sódio 2 H 3 C — C + = — O OH HO — CH 2 HO — CH 2 H 2 O + H 3 C — C CH 3 — — = — O O — CH 2 H 3 C — C CH = — O O — CH 3 — ácido acético propilenoglicol — MÓDULO 9 9 Reações Orgânicas I C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 18 – 19 Q U Í M I C A A 3 . a S 4. Cetonas aromáticas podem ser obtidas por uma rea ção de substituição do benzeno, conhecida como acilação de Friedel-Crafts. Um exemplo dessa reação é: Equacione a reação entre benzeno e cloreto de isobutanoíla. Dê o nome do produto orgânico formado. RESOLUÇÃO: 5. Na preparação de churrasco, o aroma agradável que desperta o ape - tite dos apreciadores de carne deve-se a uma substância muito volátil que se forma no pro cesso de aquecimento da gordura animal. (R, R’ e R’’: cadeias de hidrocarbonetos com mais de 10 átomos de carbono.) Esta substância é composta ape nas de car bo no, hi dro gê nio e oxigênio. Quando 0,5 mol desta substância sofre combus tão completa, forma-se um mol de moléculas de água. Nesse composto, as razões de massas entre C e H e entre O e H são, respec tiva mente, 9 e 4. a) Calcule a massa molar desta substância. b) A gordura animal pode ser transformada em sabão por meio da reação com hidróxido de sódio. Apre sente a equação dessa reação e o respectivo nome. Dadas massas molares (g/mol): C = 12, H = 1 e O = 16. RESOLUÇÃO: a) A substância é formada apenas por CHO. C x H y O z 1/2C x H y O z + O 2 →1H 2 O + outros produtos Para esta reação estar balanceada em relação ao H, o composto original terá 4 átomos de H (y = 4). = 9 = 9 m C = 36 Como cada átomo de C tem massa atômica igual a 12u, temos 3 átomos de C (x = 3) e: = 4 = 4 m O = 16 Como cada átomo de O tem massa atômica igual a 16u, temos 1 átomo de O (z = 1), logo a fórmula é: C 3 H 4 O M = (3 . 12 + 4 . 1 + 1 . 16)g/mol = 56g/mol b) A reação da gordura com NaOH é a reação de sa ponificação: 6. O acetato de etila é um solvente importante, espe cial mente na in - dústria de tintas. Ele pode ser obti do pela seguinte sequência de reações: Os reagentes x, y e z necessários para estas trans for mações são, respectivamente, a) H + , H 2 O KMnO 4 CH 3 CH 2 OH, H + b) O 2 KMnO 4 CH 3 CH 2 OH, H + c) H + , H 2 O OH – CH 3 CH 2 OH, H + d) H + , H 2 O KMnO 4 CH 3 CH 3 e) OH – OH – CH 3 CH 3 RESOLUÇÃO: Resposta: A — Cl HCl + = O Benzeno + R — C Haleto de Acila C — R —— O — Cl HCl + = O + H 3 C — C — C fenilisopropilcetona C — C — CH 3 —— O H H CH 3 H CH 3 → → m C –––– m H m C –––– 4 m O –––– m H m O –––– 4 H 2 C = CH 2 H 3 C — CH 2 — OH x y H 3 C — C H 3 C — C + H 2 O y z = — O OH = — O OCH 2 CH 3 H 2 C = CH 2 H 3 C — CH 2 — OH H 3 C — C H 3 C — C + H 2 O = — O OH = — O OCH 2 CH 3 H + H 2 O KMnO 4 [O] H 3 C — C — OH H 2 H + C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 19 20 – Q U Í M I C A A 3 .a S Algumas reações orgânicas importantes 1. Substituição H 3 C—CH 2 —CH 3 + Cl 2 →HCl + H 3 C—CH — CH 3 | Cl 2. Adição (Regra de Markovnikov) H 3 C—CH=CH 2 + HCl →H 3 C — CH — CH 3 | Cl 3. Eliminação I) Desidratação intramolecular de álcool cat. H 2 C — CH 2 → H 2 O + H 2 C =CH 2 | | ∆ H OH II) Desidratação intermolecular de álcool cat. 2H 3 C — CH 2 — OH → H 2 O + H 3 C — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 ∆ 4. Oxidorredução I) Álcool primário II) Álcool secundário [O] H 3 C — CH — CH 3 →H 2 O + H 3 C — C — CH 3 | || OH O III) Álcool terciário – Resiste ao KMnO 4 IV) Alceno + KMnO 4 /H + 3[O] H 3 C — C =CH — CH 3 → H 3 C — C =O + O =C — CH 3 | | | CH 3 CH 3 OH V) Ozonólise de alceno H 3 C — C =CH — CH 3 + O 3 + H 2 O → | CH 3 →H 2 O 2 + H 3 C — C =O + O =C — CH 3 | | CH 3 H VI) Combustão completa H 3 C — CH 2 — OH + 3O 2 →2CO 2 + 3H 2 O 5. Esterificação H 3 C —COOH + HOCH 2 CH 3 → ← H 3 C — COO — CH 2 — CH 3 + H 2 O 6. Saponificação 7. Transesterificação 8. Craqueamento C 12 H 26 →C 8 H 18 + C 4 H 8 ∆ 9. Polimerização I) Adição cat. nCH 2 =CH 2 →—( H 2 C — CH 2 —) n P, T II) Condensação NO 2 + Cl 2 HCl + NO 2 Cl H 2 C — O — C — C 15 H 31 —— O HC — O — C — C 15 H 31 + 3NaOH —— O —— O H 2 C — O — C — C 15 H 31 —— O 3C 15 H 31 — COONa + H 2 C — OH HC — OH H 2 C — OH (sabão) → → [O] O [O] H 3 C—CH 2 —OH →H 2 O + H 3 C — C → KMnO 4 /H + H O →H 3 C — C OH C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 20 – 21 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. Observe a fórmula estrutural do anidrido maleico: Certo hidrocarboneto insaturado reage, numa reação de adição, em determinadas condições, com anidrido maleico, produzindo o composto de fórmula: O hidrocarboneto em questão pode ser o a) eteno b) propeno c) 1,5-hexadieno d) 1,4-pentadieno e) 1,3-butadieno RESOLUÇÃO: Resposta: E 2. Os agentes organofosforados tiveram grande desen vol vimento durante a Segunda Guerra Mundial nas pesquisas que visavam à produção de armas químicas. Mais tarde, constatou-se que alguns desses com postos, em baixas concentrações, poderiam ser usa dos como pesticidas. Entre essas substâncias, desta cou-se o glifo sato (molécula abaixo represen tada), um herbicida que funciona inibindo a via de síntese do ácido chiquímico (ácido 3,4,5-tri-hidroxiben zoico), um intermediário vital no processo de crescimento e so brevivência de plantas que competem com a cultura de interesse. Essa via de síntese está presente em plantas superiores, algas e proto zoá rios, mas é au sen - te em mamíferos, peixes, pássaros, répteis e insetos. a) Ao se dissolver glifosato em água, a solução final terá um pH maior, menor ou igual ao da água antes da dissolução? Escreva uma equação química que justifique a sua resposta. b) O texto fala do ácido chiquímico. Escreva a sua fór mula estrutural, de acordo com seu nome oficial dado no texto. c) Imagine uma propaganda nos seguintes termos: “USE O GLlFOSATO NO COMBATE À MALÁRIA. MA TE O Plas - modium falciparum, O PARASITA DO INSETO RESPON SÁVEL POR ESSA DOENÇA.” De acordo com as informações do texto, essa pro paganda poderia ser verdadeira? Comece respon dendo SIM ou NÃO e justifique. RESOLUÇÃO: a) O glifosato apresenta um grupamento derivado de ácido carboxílico (caráter ácido), um grupamento derivado do ácido fosfórico (caráter ácido) e um grupamento derivado de amina secundária (caráter básico). Por apresentar um maior número de grupamentos ácidos, sua ionização dará origem a uma solução ácida. Podemos afirmar que o pH da solução final será menor que o da água antes da dissolução. A equação de ionização total pode ser escrita assim: b) Ácido chiquímico (ácido 3,4,5-tri-hidroxibenzoico): c) Sim. O glifosato inibe a via de síntese do ácido chi químico que se en - contra presente em plantas, algas e protozoários. Como o Plasmodium falciparum é um protozoário, podemos usar o glifosato no combate à malária. C C C C C C O = = O O H H H 2 H 2 H — C H — C C C C C C C O = = O O H H H 2 H 2 H — C H 2 C = C — C = CH 2 + H H H — C C H — C C = = — — O O O H — C 1,3-butadieno anidrido maleico → → O H — C — C O H — C — C O anidrido maleico MÓDULO 1 1 0 0 Reações Orgânicas II C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 21 22 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. Com relação à estrutura abaixo, que representa o ácido linolênico, presente em alguns óleos vegetais e pertencente ao grupo dos óleos ômega- 3, assinale o que for correto. 01)A molécula apresenta uma região polar e outra apolar. 02)Apresenta tanto a configuração cis como a trans. 03)O composto permite a adição de I 2 , na proporção de 3 moléculas de iodo para 1 de ácido. 04)Tratando o composto por ozônio, seguido de hi drólise, em presença de zinco, o produto obtido em maior concentração é o propanodial. RESOLUÇÃO: 01) Verdadeiro. A parte de carbonos é apolar e o grupo carboxila é polar. 02) Falso. As ligações duplas estão representando configuração cis. 03) Verdadeiro. 3 duplas-ligações acrescentam 3 moléculas de I 2 para 1 de ácido. 04) Verdadeiro. Zn H 3 C — C— C =C — C — C = C — C — C = C — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — + 3O 3 + 3H 2 O → H 2 H H H 2 H H H 2 H H →H 3 C—C—C =O + O =C—C—C =O + O =C—C—C =O + O=C—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2 — + 3H 2 O 2 H 2 | | H 2 | | H 2 | | H H H H H H propanal propanodial propanodial CH 3 O OH — C = — O OH C = — O OH C = — O OH C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 22 – 23 Q U Í M I C A A 3 . a S 4. A reação orgânica conhecida como condensação de Claisen é uma reação entre ésteres, na qual ocorre substituição de átomo de H da posição α, com formação de β-cetoésteres. Um exemplo dessa reação é: a) Equacione a reação entre benzoato de etila e acetato de etila, indicando o β-cetoéster obtido. b) Dê a fórmula estrutural de um isômero de função do produto dessa reação e que possua carbono quiral. c) Dê a fórmula estrutural do éster que reage em uma condensação de Claisen, originando o β-cetoéster de fórmula: RESOLUÇÃO: 5. A reação de Cannizzaro ocorre com aldeídos que não contêm hidrogênio em posição α e que são colocados em presença de soluções concentradas de álcalis. Há formação de misturas de um álcool e do sal de um ácido carboxílico, segundo a equação: a) Essa reação é de oxidorredução? Justifique. b) Partindo-se do composto p-nitrobenzaldeído, quais os possíveis produtos formados, usando-se a reação de Cannizzaro? c) Na reação entre anisaldeído (p-metoxibenzaldeído), de fórmula , e formaldeído, haverá forte tendência de o formaldeído oxidar-se. Equacione essa reação segundo Cannizzaro. RESOLUÇÃO: a) Sim. — = C OC 2 H 5 + H 2 C — C — H O a) = O — OC 2 H 5 benzoilacetato de etila C — CH 2 — C = O — OC 2 H 5 + C 2 H 5 — OH b) — = C OH O C — C* — — C 2 H 5 — H —— O c) H 3 C — C — C — OC 2 H 5 = O — O — CH 3 — CH 3 + H 3 C — C — C — — CH 3 H = O — O — CH 3 H 3 C — C — C — C — C H — CH 3 —— O — CH 3 — CH 3 = O — OCH 3 + H 3 C — OH —— O — H — — = CH 3 C O OC 2 H 5 + CH 2 — C = O — OC 2 H 5 CH 3 — C — CH 2 — C = O — OC 2 H 5 + C 2 H 5 OH acetato de etila acetoacetato de etila etanol — H O —— → → H CH 3 O | | H 3 C — C — C — C — C | | | | CH 3 O CH 3 OCH 3 2HC — — — O H formaldeído NaOH a 50% HC — — — O O – Na + formiato de sódio CH 3 OH + metanol CHO OCH 3 HCOH CH 3 OH 0 –2 redução Formaldeído se reduz a metanol: HCOH HCOONa 0 +2 oxidação Formaldeído se oxida a sal de ácido: 2 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 23 24 – Q U Í M I C A A 3 .a S 6. O presidente destacou ainda a possibilidade de o Brasil exportar etanol para a Coreia do Sul, para ser usado como aditivo na gasolina. No Brasil, toda a gasolina vendida nos postos tem cerca de 25% de etanol. A mistura reduz a emissão de gases nocivos à atmosfera na queima da gasolina e pode contribuir para que os países asiáticos cumpram as metas estabelecidas pelo protocolo de Kyoto para a redução da poluição do ar. “Juntamente com o biodiesel, o etanol permitirá à Coreia do Sul diversificar sua matriz energética e, ao mesmo tempo, reduzir as emissões de gases”, afirmou o presidente. (Folha Online) A produção do biodiesel envolve uma reação quí mica chamada transesterificação, como a represen tada abaixo: em que R é uma cadeia carbônica de 7 a 23 áto mos de carbono. Dê a fórmula estutural do biodiesel produzido na reação. RESOLUÇÃO: H 2 C — O — C — R HC — O — C — R H 2 C — O — C — R = O = O = O éster + C 2 H 5 OH etanol CH 2 — OH CH — OH CH 2 — OH glicerol + Biodiesel → → → → O R — C O — C 2 H 5 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 24 – 25 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. O consumo de azeite de oliva proporciona muitos benefícios ao organismo humano. O maior deles é a absorção das chamadas vitaminas lipossolúveis (A e D), responsáveis pela prevenção contra doenças cardiovasculares. Regar a salada com um bom azeite também evita o raquitismo e mantém a pele sadia. Além disso, a riqueza da vitamina E confere ao tempero um grande poder oxidante, o que impede a formação de radicais livres em nosso corpo e atrasa o processo de envelhe cimento. O azeite é ainda um estimulante natural das vias biliares, pois permite uma secreção suave da bílis para o duodeno durante as refeições, melho rando a digestão e o funcio - namento do intestino. A hidrólise de azeite (óleo de oliva) for nece os seguintes ácidos: 53 a 86% de ácido olei co; 4 a 22% de áci do linoleico; 1 a 3% de áci do hexa decenoico; 7 a 20% de ácido pal mítico; 1 a 3% de ácido esteárico; 0 a 2% de ácido mirístico. Observe a predominância dos áci dos insatu ra dos. Podem-se comprovar os bene fícios do consumo do azeite. O azeite possui uma quan tidade signi ficativa de ácidos graxos insaturados, o que permite um tes te simples. Já a margarina não possui insatu rações, pois passa por um pro cesso de hidrogenação cata lí tica (os átomos de hidrogênio ligam-se aos de car bo no, rompendo as duplas ligações e tornando-as sim ples). Reserve dois tubos de ensaio e coloque, em um, 2 mi lilitros de azeite e, no outro, margarina. Adicione al gumas gotas de tintura de iodo. Você notará que a coloração castanha, característica da solução de iodo, vai su mindo mais rapidamente onde há maior quantidade de insaturações, pois os átomos de iodo ligam-se aos de carbono. Perceberá com facilidade que o azeite tem mais cadeias insaturadas que a margarina. Na prá tica, ele é mais saudável para o nosso corpo. Os açúcares ou carboidratos são compostos orgâ nicos de função mista poliálcool-aldeído ou poliálcool-ce tona. Os sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa. As estruturas orgânicas seguintes representam os com postos orgânicos mencionados no texto: Conclui-se que: a) I – açúcar, II – sabão, III – gordura, IV – óleo. b) I – sabão, II – gordura, III – óleo, IV – açúcar. c) I – açúcar, II – gordura, III – sabão , IV – óleo. d) I – óleo, II – sabão, III – açúcar, IV – gordura. e) I – açúcar, II – óleo, III – sabão, IV – gordura. RESOLUÇÃO: I) Poliálcool – aldeído ⇒açúcar II) Triéster de ácido graxo saturado ⇒gordura III) Sal de ácido carboxílico de cadeia longa ⇒sabão IV) Triéster de ácido graxo insaturado ⇒óleo Resposta: C H — C — OH — H 2 C — OH — C — H — — O I) C 15 H 31 — C — O — CH 2 II) C 15 H 31 — C — O — CH C 15 H 31 — C — O — CH 2 — — III) C 17 H 35 — C — ONa C 17 H 29 — C — O — CH 2 IV) C 17 H 29 — C — O — CH C 17 H 29 — C — O — CH 2 — — O O O O O O O MÓDULO 1 1 1 1 Petróleo e Bioquímica C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 15:03 Página 25 26 – Q U Í M I C A A 3 .a S 2. As mudanças de hábitos ali mentares e o sedentarismo têm levado a um aumento da massa corporal média da população, o que pode ser observado em faixas etárias que se iniciam na infância. O consumo de produtos light e diet tem crescido muito nas últimas décadas e o adoçante artificial mais amplamente utilizado é o aspartame. O aspartame é o éster metílico de um dipeptídeo, formado a partir da fenilalanina e do ácido aspártico. a) Com base na estrutura do aspartame, forneça a estrutura do dipeptídeo fenilalanina-fenilalanina. b) Para se preparar uma solução de um alfa ami noácido, como a glicina (NH 2 —CH 2 —COOH), dis põe-se dos solventes H 2 O e benzeno. Justifique qual desses sol ventes é o mais adequado para pre parar a solução. RESOLUÇÃO: a) b) O solvente mais adequado é a água (polar), pois a glicina é também polar. 3. Veículos com motores flexíveis são aqueles que funcionam com álcool, gasolina ou com a mistura de ambos. Esse novo tipo de motor proporciona ao condutor do veículo a escolha do combustível ou da proporção de ambos, quando misturados, a ser utilizada em seu veículo. Essa opção também contribui para economizar dinheiro na hora de abastecer o carro, dependendo da relação dos preços do álcool e da gasolina. No Brasil, o etanol é produzido a partir da fermentação da cana-de-açúcar, ao passo que a gasolina é obtida do petróleo. a) Escreva as equações, devidamente balanceadas, da reação de combustão completa do etanol, C 2 H 6 O, e da reação de obtenção do etanol a partir da fermentação da glicose. b) Qual é o nome dado ao processo de separação dos diversos produtos do petróleo? Escreva a fórmula estrutural do 2,2,4-trime tilpentano, um constituinte da gasolina que aumenta o desempenho do motor de um automóvel. RESOLUÇÃO: a) C 2 H 6 O + 3O 2 →2CO 2 + 3H 2 O C 6 H 12 O 6 →2C 2 H 6 O + 2CO 2 b) Destilação fracionada CH 3 | H H 3 C — C — C — C — CH 3 | H 2 | CH 3 CH 3 2,2,4-trimetilpentano 4. Algumas frações do petróleo podem ser transfor madas em outros compostos químicos úteis nas indústrias. Relacione os métodos citados às reações fornecidas: I. A isomerização catalítica transforma alcanos de cadeia reta em al - canos de cadeia ramificada. II. O craque ou craqueamento converte alcanos de cadeia longa em alcanos de cadeia menor e alcenos. Aumenta o rendimento em ga - solina e os alcenos produzidos podem ser utilizados pa ra a fabricação de plásticos. III. A reforma catalítica converte os alcanos e cicloalcanos em hi - drocarbonetos aromáticos. A) H 3 C — C — C — C — CH 3 →H 3 C — CH — CH 2 — CH 3 H 2 H 2 H 2 | CH 3 B) C) C 10 H 22 →C 8 H 18 + C 2 H 4 a) I-A, II-B, III-C b) I-A, II-C, III-B c) I-C, II-A, III-B d) I-C, II-B, III-A e) I-B, II-A, III-C RESOLUÇÃO: Resposta: B Éster metílico Dipeptídeo Aspartame C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 26 – 27 Q U Í M I C A A 3 . a S 5. (FUVEST-SP) – Na dupla-hélice do DNA, as duas cadeias de nucleotídeos são mantidas unidas por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas de cada cadeia. Duas dessas bases são a citosina (C) e a guanina (G). a) Mostre a fórmula estrutural do par C-G, indicando claramente as ligações de hidrogênio que nele existem. No nosso organismo, a síntese das proteínas é comandada pelo RNA mensageiro, em cuja estrutura estão presentes as bases uracila (U), citosina (C), adenina (A) e guanina (G). A ordem em que aminoácidos se ligam para formar uma proteína é definida por tríades de bases, presentes no RNA mensageiro, cada uma correspondendo a um determinado aminoácido. Algumas dessas tríades, com os aminoácidos correspondentes, estão representadas na tabela a seguir. Assim, por exemplo, a tríade GUU corresponde ao aminoácido valina. Letra da esquerda Letra do meio Letra da direita G U U b) Com base na tabela dada e na estrutura dos aminoácidos aqui apresentados, mostre a fórmula estrutural do tripeptídeo, cuja sequência de aminoácidos foi definida pela ordem das tríades no RNA mensageiro, que era GCA, GGA, GGU. O primeiro aminoácido desse tripeptídeo mantém livre seu grupo amino. RESOLUÇÃO: a) No par citosina-guanina, existem três ligações de hidrogênio (repre - sentadas por linha pontilhada) b) Conforme a tabela dada, obtêm-se os seguintes aminoácidos para as tríades do RNA mensageiro: A reação de formação do tripeptídeo está a seguir: H N O Citosina (C) cadeia N N H H N N Guanina (G) N O cadeia N N H H Alanina (Ala) N H H O O H Ácido aspártico (Asp) O H O H O N H H O Ácido glutâmico (Glu) O H N H H O O O H O H N H H O Glicina (Gly) Valina (Val) O H N H H O N N — H N citosina O N N cadeia H — N cadeia guanina O H — N N H H letra da esquerda letra do meio letra da direita aminoácido G C A alanina G G A glicina G G U glicina Letra da esquerda Letra do meio Letra da direita U C A G G Val Ala Asp Gly U G Val Ala Asp Gly C G Val Ala Glu Gly A G Val Ala Glu Gly G C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 27 28 – Q U Í M I C A A 3 .a S 1. O método de Moissan é utilizado para obtenção de acetileno, matéria-prima na indústria de polímeros. Em uma primeira etapa, ocorre calcinação de carbonato de cálcio, a 800°C. A cal virgem obtida na primeira etapa reage com carbono a 3000°C, produzindo carbureto e monóxido de carbono. Na 3. a etapa, chamada de “reação de Moissan”, o carbureto reage com água produzindo acetileno e cal hidratada. a) Equacione as reações citadas no texto. b) A partir do acetileno, pode-se obter PVC [poli(cloreto de vinila)]. Equacione as reações de acetileno com HCl e de polimerização do cloreto de vinila. RESOLUÇÃO: 800°C a) CaCO 3 →CaO + CO 2 3000°C CaO + 3C →CaC 2 + CO (carbureto) CaC 2 + 2H 2 O →Ca(OH) 2 + C 2 H 2 (reação de Moissan) b) HC CH + HCl →HC CH | | H Cl cloreto de vinila 2. Em uma indústria, um operário misturou, inadver tidamente, polietileno (PE), poli(cloreto de vinila) (PVC) e poliestireno (PS), limpos e moídos. Para recuperar cada um destes polímeros, utilizou o seguinte método de separação: jogou a mistura em um tanque contendo água (den si da de = 1,00 g/cm 3 ) separando, então, a fração que flu tuou (fração A) daquela que foi ao fundo (fração B). A seguir, re colheu a fração B, secou-a e jogou-a em outro tanque contendo solução salina (densidade = 1,10 g/cm 3 ), separando o material que flutuou (fra ção C) daquele que afundou (fração D). a) Identifique as frações A, C e D. b) Escreva as equações das polimerizações do PE, PVC e PS. RESOLUÇÃO: a) Ao se adicionar a mistura dos polímeros à água, temos: A fração A contém o polímero de densidade menor que a água (polietileno), d = 0,91 g/cm 3 a d = 0,98 g/cm 3 . A fração B contém os outros dois polímeros, de densidade maior que a da água. Ao se adicionar a fração B em solução salina de densidade igual a 1,10 g/cm 3 , teremos: H H n C C → C — C H 2 | H 2 | n Cl Cl PVC Fórmula do polímero Densidade (g/cm 3 ) (na temperatura de trabalho) —[ CH 2 — CH 2 ] n — ... 0,91 a 0,98 —[ CH — CH 2 ] n — | C 6 H 5 ... 1,04 a 1,06 —[ CH — CH 2 ] n — | Cl ... 1,35 a 1,42 MÓDULO 1 1 2 2 Polímeros C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 28 – 29 Q U Í M I C A A 3 . a S A fração que flutua (C) contém poliestireno, de densidade menor que a da solução salina. A fração que afunda (D) contém PVC, pois sua densidade é maior que a densidade da solução salina. H 2 H 2 p, ∆ b) n C = C →—[ CH 2 — CH 2 ] n — etileno cat polietileno (PE) H H 2 p∆ H H 2 n C = C →— [ C — C ] n — | cat | Cl Cl cloreto de vinila poli(cloreto de vinila) (PVC) 3. As garrafas PET são um dos problemas de po lui ção citados por am - bientalistas; sejam depositadas em aterros sani tários ou até mes mo jogadas indiscriminadamente em terrenos baldios e cur sos d’água, es - se material leva cerca de 500 anos para se degra dar. A reciclagem tem sido uma solução válida, embora ainda não atinja nem metade das garrafas PET produzidas no País. Pesqui sadores bra sileiros estudam o desenvolvimento de um plástico obti do a partir das garrafas PET, que se degrada em apenas 45 dias. O se gredo para o desenvolvimento do novo polímero foi utilizar em sua síntese um outro tipo de plástico, no caso um poliéster alifático, para acelerar o pro cesso de degradação. O polímero PET, poli(tereftalato de etileno), é obtido a partir da reação do ácido tereftálico com etilenoglicol na presença de catalisador e em condições de temperatura e pressão adequadas ao processo. a) Dê a fórmula estrutural do PET. Em relação à estrutura química dos polímeros citados, o que pode estar associado quanto à biodegradabilidade deles? b) O etanol é semelhante ao etilenoglicol. Entre esses dois álcoois, qual deve apresentar menor pressão de vapor e qual deve apresentar menor temperatura de ebulição? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A biodegradabilidade está relacionada ao tipo de cadeia. Pelo texto, podemos concluir que o plástico biodegradável possui cadeia alifática e o PET, que possui cadeia aromática, não é biodegradável. b) Etanol Etilenoglicol CH 3 – CH 2 – OH HO – CH 2 – CH 2 – OH Por estabelecer maior quantidade de ligações de hidrogênio entre suas moléculas, podemos concluir que o etilenoglicol possui força inter - molecular mais intensa; portanto, possui menor pressão de vapor. O etanol, por possuir maior pressão de vapor, possui menor ponto de ebulição. HOOC ácido tereftálico COOH HO — C — C — OH —— —— H H H H etilenoglicol — C C — O — C — C — O — —— —— H H H H PET —— O —— O ΄ ΅ n C = C H H n — H — C — C — [ ] H H H — vinilbenzeno estireno poliestireno n C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 29 30 – Q U Í M I C A A 3 .a S 4. O náilon e o dexon são materiais utilizados como fios para suturas cirúrgicas. O dexon é um polímero sintético obtido por polimerização do ácido gli cólico. No organismo, o dexon sofre hidrólise, resul tando em moléculas de ácido glicólico, que são meta bolizadas. O polímero dexon possui a seguinte fórmula es tru tural: a) Sabendo-se que o ácido glicólico é bifuncional, qual é a sua fórmula estrutural e seu nome oficial? b) Equacione a reação de formação do polímero dexon a partir do monômero, identificando a fun ção presente no polímero. c) O “náilon 66” é um polímero de condensação ob tido a partir do áci - do hexanodioico e 1,6-dia mi no-he xano. Por que o náilon é copo - límero e o dexon não o é? RESOLUÇÃO: a) b) A função orgânica presente no polímero é éster. c) Ambos são polímeros de condensação. O náilon é um co polímero, pois é obtido de 2 monômeros, e o dexon não é copolímero, pois é obtido apenas de um monômero (ácido glicólico). 5. (UNICAMP-SP) – Marcas Esmaecidas – gel feito de látex natural é a mais recente promessa para combater rugas. Um teste preliminar realizado com 60 mulheres de idade próxima a 50 anos indicou uma redução de 80% das rugas na região da testa e dos olhos, após quase um mês de uso diário de um gel antirrugas feito de látex da seringueira. Esses dados são parte de uma reportagem sobre farma - cologia, divulgada pela Revista da Fapesp n. o 157. a) O látex natural, a que se refere o texto, é uma dispersão coloidal de partículas de polímeros que, após coagulação, leva à formação da borracha natural. A partir da estrutura dos monômeros fornecidos no espaço de resposta, represente dois polímeros do látex, usando 4 monômeros em cada representação. b) Calcule a massa molar (g mol –1 ) de um látex cuja cadeia polimérica, para efeito de cálculo, é constituída por 10.000 unidades do monômero. Dado: massas molares em g/mol: C: 12; H: 1. RESOLUÇÃO: a) A reação de polimerização para os quatro monô meros será: CH 3 | 4H 2 C = C — CH = CH 2 → CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 | | | | → —H 2 C—C=C—C—C— C=C—C— C —C=C—C— C —C=C—C— H H 2 H 2 H H 2 H 2 H H 2 H 2 H H 2 O polímero formado apresenta isomeria geo métrica para cada ligação dupla representada. Dessa forma, dois polímeros possíveis são: b) Considerando a estrutura do polímero formado: em que n = 10.000 Como C = 12 · g/mol, tem-se: H = 1 10000 [ 5 . (12g/mol) + 8 (1g/mol)] = 680 000g/mol H 2 C — C — = O OH OH ácido hidroxietanoico H 2 C — C — = O OH n H O + H 2 C — C — = O OH n H O 2n H 2 O + — O — C — C — O — CH 2 — C — H 2 = O = O n —O — CH 2 — C — O — CH 2 — C — || || O O C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 30 – 31 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. A cobalamina (ou cianocobalamina), também conhecida como vitamina B 12 , possui uma função indispensável na formação do sangue e é essencial para uma boa manutenção do sistema nervoso. Segundo a organização norte-americana Food and Nutrition Board, a dose diária de vitamina B 12 necessária para o organismo é de 2,4 microgramas (µg) para adultos, 1,2µg para crianças de até oito anos e 2,8µg para gestantes e mães que amamentam. A porcentagem de cobalto na cobalamina é de 4,35% em massa. Uma criança de 7 anos que toma a dose diária recomendada ingere por dia quantos átomos de cobalto? Dados: 1µg = 1 x 10 –6 g; número de Avogadro = 6,0 . 10 23 ; massa molar do cobalto = 59,0g/mol. RESOLUÇÃO: Massa de cobalto em 1,2 . 10 –6 g de cobalamina: 1,2 . 10 –6 g ––––––––– 100% x ––––––––– 4,35% de cobalto x = 5,22 . 10 –8 g de cobalto 1 mol de Co ↓ 59g ––––––––– 6,0 . 10 23 átomos de cobalto 5,22 . 10 –8 g ––––––––– y y = 5,3 . 10 14 átomos de cobalto 2. O metano é um gás incolor, sua molécula é tetraédrica e apolar (CH 4 ), de pouca solubilidade na água e, quando adicionado ao ar, se transforma em mistura de alto teor inflamável. É o mais simples dos hidrocarbonetos. Qual o número de prótons existentes em 0,02 mol de metano? Dados: C (Z = 6); H (Z = 1); número de Avogadro = 6,0 . 10 23 . RESOLUÇÃO: 1 molécula de CH 4 : 6 + 4 x 1 = 10 prótons 1 mol de CH 4 –––––––––– 10 x 6,0 . 10 23 prótons 0,02 mol de CH 4 –––––––––– x x = 1,2 . 10 23 prótons 3. Um artigo publicado no The Agronomy Journal trata de um estudo relacionado à fixação de nitrogênio por uma planta for rageira que se desenvolve bem em um solo ácido. Essa planta tem o crescimento limitado pela baixa fixação de nitrogênio. O objetivo cen tral do trabalho era verificar como uma cultura de alfafa, cultivada junto à planta forrageira citada, poderia melhorar o crescimento desta, aumentando a fixação de nitrogênio. Relata o artigo que o terreno a ser adubado foi subdividido em cinco partes. Cada parte foi adubada com as seguintes quantidades fixas de nitrato de amônio, a cada vez, em kg/ha: 0; 28; 56; 84; 112. As adubações foram repetidas por 15 vezes em períodos regulares, iniciando-se no começo de 1994 e encerran do- se no final de 1996. Para monitorar a fixação de nitrogênio, os pesquisadores adicionaram uma peque nís sima quantidade conhecida de nitrato de amônio marcado ( 15 NH 4 15 NO 3 ) ao nitrato de amônio comercial a ser aplicado na plantação. a) Suponha duas amostras de mesma massa, uma de 15 NH 4 15 NO 3 e a outra de NH 4 NO 3 . A quantidade de nitrogênio (em mol) na amostra de NH 4 NO 3 é maior, igual ou menor do que na amostra de 15 NH 4 15 NO 3 ? Justifique sua resposta . b) Considere que, na aplicação regular de 28kg/ha, não sobrou nem faltou adubo para as plantas. Deter mi ne, em mol/ha, que quantidade desse adubo foi apli cada em excesso na parte que recebeu 112kg/ha, ao final do primeiro ano de estudo. Dado: massas molares em g/mol: N: 14; O: 16; H: 1. RESOLUÇÃO: a) Massa molar do NH 4 NO 3 = 80g/mol Massa molar do 15 NH 4 15 NO 3 = 82g/mol Quantidade em mol de nitrogênio: Portanto, a quantidade de nitrogênio (em mol) na amos tra de NH 4 NO 3 é maior. b) Quantidade em excesso do adubo para uma aplica ção: m = 112kg – 28kg = 84kg Número de aplicações em um ano: 36 meses ––––– 15 aplicações ⇒ x = 5 aplicações 12 meses ––––– x Resposta: 1,05 . 10 3 mol/ha . 5 = 5,25 . 10 3 mol/ha 4. Quantos gramas de cobre existem em 300g de sulfato de cobre (II) penta-hidratado, contendo 5% de impu re zas? Dados: massas molares em g/mol: H = 1,0; O = 16,0; Cu = 63,5; S = 32,0. RESOLUÇÃO: Massa molar do CuSO 4 . 5H 2 O = M = 63,5 + 32,0 + 4 . 16,0 + 5(2,0 + 16) = 249,5 ∴249,5g/mol Cálculo da impureza na amostra: 100g –––––––– 5g 300g –––––––– x x = 15g de impurezas Massa de CuSO 4 . 5H 2 O puro = (300 – 15)g = 285g Massa de cobre na amostra: 249,5g de CuSO 4 . 5H 2 O –––––––– 63,5g de Cu 285g de CuSO 4 . 5H 2 O –––––––– y y = 72,5g de cobre 2m x = –––– 80 Ά 80g →2 mol de N m →x Ά NH 4 NO 3 x > y 2m y = –––– 82 Ά 82g →2 mol de N m →y Ά 15 NH 4 15 NO 3 1 mol →80g x →84 . 10 3 g 84 . 10 3 x = ––––––– mol = 1,05 . 10 3 mol 80 MÓDULO 1 1 3 3 Teoria Atômico-Molecular C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 31 32 – Q U Í M I C A A 3 .a S MÓDULO 1 1 4 4 Cálculo Estequiométrico 1. Considere que representa H, representa C e re pre - senta O. O sistema final, após a reação de com bustão completa de 4,0g de metano (CH 4 ) em uma câmara de combustão hermeticamente fechada contendo 32,0g de gás oxigênio (O 2 ), é corretamente re pre - sentado pelo modelo esquematizado em Dadas as massas molares, em g/mol: H = 1, C = 12 e O = 16. RESOLUÇÃO: Calculando a quantidade de matéria de metano e oxi gênio na reação, temos: 1 mol de CH 4 →16,0g x →4,0g x = ∴ x = 0,25 mol de CH 4 1mol de de O 2 →32,0g ∴temos 1 mol de O 2 Montando a reação Portanto, no modelo apresentado, devemos encontrar moléculas de O 2 ( ), CO 2 ( ) e H 2 O ( ) na proporção 2: 1 : 2, o que ocorre no modelo representado na alternativa d, no qual temos 4O 2 ( ), 2CO 2 ( ), 4H 2 O ( ) Resposta: D 2. (UNICAMP-SP) – Especialmente para as crianças, havia uma sala reservada com muitos brinquedos, guloseimas, um palhaço e um mágico. Como Rango também tinha problemas com açúcar, algumas vezes ele colocava pouco açúcar nas receitas. Ao ex perimentar a pipoca doce, uma das crianças logo berrou: “Tio Rango, essa pipoca tá com pouco açúcar!” Aquela observação intrigou Rango, que ficou ali pensando.... a) “Coloquei duas xícaras de milho na panela e, depois que ele estourou, juntei três colheres de açúcar para derreter e queimar um pouco. Se cada colher tem mais ou menos 20 gramas de açúcar, quantas moléculas de sacarose (C 12 H 22 O 11 ) eu usei em uma panelada?” b) “Eu também sei que parte desse açúcar, após caramelizar, se decompõe em água e carbono. Se 1% desse açúcar se decompõe dessa forma, quantos gramas de carbono se formaram em cada panelada?” Dados: massas molares em g/mol: C = 12, H = 1, O = 16 Constante de Avogadro = 6,02 x 10 23 mol –1 RESOLUÇÃO: a) Cálculo da massa de açúcar: 1 colher de açúcar –––––– 20g 3 colheres de açúcar –––––– x x = 60g Cálculo da massa molar da sacarose: M(C 12 H 22 O 11 ) = (12.12)g/mol + (22.1)g/mol + (11.16)g/mol = 342g/mol Cálculo do número de moléculas de sacarose: 1 mol de C 12 H 22 O 11 ––––––– 6,02.10 23 moléculas ––––––– 342g y ––––––– 60g y = 1,05 . 10 23 moléculas b) Cálculo da massa de açúcar que sofreu decomposição: 60g –––––––– 100% x –––––––––– 1% x = 0,6g Cálculo da massa formada de carbono: ∆ C 12 H 22 O 11 →12C + 11H 2 O 1 mol 12 mol ↓ ↓ 342g –––––––––––– 12.12g 0,6g –––––––––––– y y = 0,25g 4,0g . 1 mol ––––––––––– 16,0g CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O 1 mol 2 mols 1 mol 2 mols início 0,25 mol 1 mol 0 0 reage e forma 0,25 mol 0,5 mol 0,25 mol 0,5 mol final 0 0,5 mol 0,25 mol 0,5 mol C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 32 – 33 Q U Í M I C A A 3 . a S 3. (UFRRJ) – O gás cianídrico (HCN) é um gás tóxico que mata por asfixia. O uso dessa substância na câ mara de gás, nos Estados Unidos da América, ocorria de acordo com a reação não balanceada abaixo: H 2 SO 4 + KCN →K 2 SO 4 + HCN Partindo de 24,5g de ácido sulfúrico com 90% de pureza, o volume obtido de gás cianídrico nas CNTP é de (Dados: massas molares em g/mol: H = 1,0; S = 32; O = 16; C = 12; N = 14; K = 39. Volume molar de gás nas CNTP = 22,4L/mol.) a) 16,42 litros. b) 13,02 litros. c) 11,20 litros. d) 10,08 litros. e) 9,61 litros. RESOLUÇÃO: Massa de ácido sulfúrico 24,5g ––––––––––– 100% x ––––––––––– 90% x = 22,05g de H 2 SO 4 1H 2 SO 4 + 2KCN →1K 2 SO 4 + 2HCN 1 mol 2 mol ↓ ↓ 98g –––––––––––––––––––– 2x22,4L 22,05g ––––––––––––––––––— – y Resposta: D 4. Compostos hidratados são sólidos que apresentam moléculas de água em sua estrutura e são mais comuns do que se imagina. Um exemplo disso são os tetos dos cômodos de nossas casas, que podem estar rebaixados com placas de gesso, que contêm o sulfato de cálcio di-hidratado, CaSO 4 . 2H 2 O. A determinação do grau de hidratação é feita experimentalmente. No laboratório, um aluno pesou 1,023g de um composto hidratado de coloração vermelha e aqueceu o sólido num cadinho de porcelana até desidratação completa, obtendo 0,603g de sulfato de cobalto (II) anidro, CoSO 4 , que tem coloração azul. Após fazer corretamente os cálculos, o aluno descobriu que o nome do composto hidratado era (Dados: massas molares (g/mol): H 2 O = 18; CoSO 4 = 155.) a) sulfato de cobalto (II) tri-hidratado. b) sulfato de cobalto (II) tetra-hidratado. c) sulfato de cobalto (II) penta-hidratado. d) sulfato de cobalto (II) hexa-hidratado. e) sulfato de cobalto (II) hepta-hidratado. RESOLUÇÃO: Massa de água que foi desidratada: m = 1,023g – 0,603g = 0,420g Equação da reação de desidratação: CoSO 4 . xH 2 O → CoSO 4 + xH 2 O 1 mol x mol ↓ ↓ 0,603g ––– 0,420g 155g ––– x . 18g Fórmula do sal: CoSO 4 . 6H 2 O ⇒sulfato de cobalto (II) hexa-hidratado Resposta: D 5. O CaCO 3 é um dos constituintes do calcário, importante matéria- prima utilizada na fabricação do cimento. Uma amostra de 7,50g de carbonato de cálcio impuro foi colocada em um cadinho de porcelana de massa 38,40g e calcinada a 900°C, obtendo-se como resíduo sólido somente o óxido de cálcio. Sabendo-se que a massa do cadinho com o resíduo foi de 41,97g, determinar o teor percentual de CaCO 3 na amostra analisada. Dados: massas molares em g/mol: Ca ...... 40; C .....12; O ......16. RESOLUÇÃO: Os dados fornecidos pelo enunciado são: • massa da amostra de CaCO 3 impuro que vai ser calcinada = 7,5g • massa do cadinho vazio = 38,40g • massa do cadinho após o aquecimento = 41,97g Equação química do processo: ∆ CaCO 3 (s) →CaO(s) + CO 2 (g) Massa de CaO que ficou no cadinho: 41,97g — 38,40g = 3,57g Cálculo da pureza da amostra: ∆ CaCO 3 (s) →CaO(s) + CO 2 (g) 100g –––––––– 56g x –––––––– 3,57g ∴x = 6,375g (CaCO 3 puro) 7,5g ––––– 100% 6,375g ––––– p p = 85% x = 6 y = 10,08L de HCN C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 33 34 – Q U Í M I C A A 3 .a S MÓDULO 1 1 5 5 Cinética Química 1. O composto C 6 H 5 N 2 Cl reage quantitativamente com água, a 40°C, ocorrendo a formação de fenol, ácido clorídrico e libe ração de nitrogênio. C 6 H 5 N 2 Cl(aq) + H 2 O(l) →C 6 H 5 OH(aq) + HCl(aq) + N 2 (g) Em um experimento, uma certa quantidade de C 6 H 5 N 2 Cl foi co locada em presença de água a 40°C e acompanhou-se a variação da con - centração de C 6 H 5 N 2 Cl com o tempo. A tabela abaixo mostra os resultados obtidos: Qual a velocidade média da reação em relação ao C 6 H 5 N 2 Cl, no intervalo de 0 a 18,0 minutos, expres sa em mol L –1 min –1 ? RESOLUÇÃO: v = = = 0,033 mol . L –1 min –1 2. A figura abaixo representa o resultado de dois ex peri mentos dife - rentes, (I) e (II), realizados pa ra uma mes ma reação química genérica (reagentes → pro dutos). As áreas hachuradas sob as curvas re pre - sentam o número de partículas reagentes com ener gia cinética igual ou maior que a energia de ativação da reação (E at ). a) Em qual experimento a temperatura é maior? Justifique. b) Em qual experimento a velocidade da reação é maior? Justifique. RESOLUÇÃO: a) Experimento II. b) Experimento II. A energia cinética média é diretamente proporcional à tem peratura absoluta. A energia cinética média das partículas nas condições do experimento II é maior. Quanto maior a temperatura, maior o número de partículas com energia cinética suficiente para reagir; logo, maior a velocidade da reação. Então, a temperatura e a velocidade em II são maiores do que em I. 3. O zinco reage com ácidos ocorrendo liberação do gás hidrogênio. Adicionam-se quantidades iguais de ácido em duas amostras de mesma massa de zinco: uma delas em raspas (A) e a outra em pó (B). Para esta experiência, o gráfico que deve representar a produção de hidrogênio em função do tempo de reação é: RESOLUÇÃO: Zinco em pó ⇒ maior superfície de contato com o ácido ⇒ maior velocidade de reação ⇒ maior volume de hidrogênio produzido num mesmo intervalo de tempo. Resposta: B conc. / mol L –1 tempo / min 0,80 zero 0,40 9,0 0,20 18,0 0,10 27,0 ∆ [C 6 H 5 N 2 Cl] ͉ ––––––––––––– ͉ ∆t 0,60 mol . L –1 ––––––––––––– 18 min C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 34 – 35 Q U Í M I C A A 3 . a S 4. A expressão da equação da velocidade de uma reação deve ser determinada experimentalmente, não poden do, em geral, ser predita diretamente a partir dos coeficientes estequiométricos da reação. O gráfico a seguir apresenta dados experimentais que possibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação: 2ICl(g) + H 2 (g) →I 2 (g) + 2HCl(g) a) Escreva a expressão da equação da velocidade para essa reação. b) Calcule a constante de velocidade nas condições da experiência e determine a velocidade da reação se as concentrações de ICl e H 2 forem 0,6 mol/L. RESOLUÇÃO: a) Mantendo-se a concentração de ICl constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando-se a concentração de H 2 , a velocidade também dobra. Trata-se de uma reação de 1. a or dem em relação a H 2 . Mantendo-se a concentração de H 2 constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando-se a concentração de ICl, a velo cidade também dobra. É uma reação de 1. a ordem em relação a ICl. Lei da velocidade: v = k [ICl] 1 . [H 2 ] 1 b) Cálculo da constante de velocidade (k) nas condições da experiência: Quando [H 2 ] = 0,30 mol/L e [ICl] = 0,15 mol/L, temos: v = 7,2 . 10 –7 mol/L.s v = k [ICl] . [H 2 ] 7,2 . 10 –7 = k . 0,15 . 0,30 k = 1,6 . 10 –5 L/mol . s Cálculo da velocidade de reação: v = k [ICl] . [H 2 ] v = 1,6 . 10 –5 . 0,6 . 0,6 v = 5,76 . 10 –6 mol/L . s 5. O estudo cinético, em fase gasosa, da reação representada por NO 2 + CO →CO 2 + NO mostrou que a velocidade da reação não depende da concentração de CO, mas depende da concentração de NO 2 elevada ao quadrado. Este resultado permite afirmar que a) o CO atua como catalisador. b) o CO é desnecessário para a conversão de NO 2 em NO. c) o NO 2 atua como catalisador. d) a reação deve ocorrer em mais de uma etapa. e) a velocidade de reação dobra se a concentração inicial de NO 2 for duplicada. RESOLUÇÃO: A reação ocorre em etapas, pois a concentração de CO não participa da etapa lenta. Resposta: D C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 35 36 – Q U Í M I C A A 3 .a S MÓDULO 1 1 6 6 Equilíbrio Químico I 1. A constante de equilíbrio da reação H 2 O(g) + Cl 2 O(g) → ← 2HOCl(g), a 25°C, é K c = K p = 0,090. Recipientes fechados, numerados de I até III, mantidos na temperatura de 25°C, contêm somente as três espécies químicas gasosas envolvidas na reação acima. Imediatamente após cada recipiente ter sido fechado, as pressões e/ou as quantidades de cada uma destas substâncias, em cada um dos recipientes, são: I. 5 mmHg de H 2 O(g), 400 mmHg de Cl 2 O(g) e 10 mmHg de HOCl(g). II. 10 mmHg de H 2 O(g), 200 mmHg de Cl 2 O(g) e 10 mmHg de HOCl(g). III. 0,080 mol de H 2 O(g), 0,125 mol de Cl 2 O(g) e 0,030 mol de HOCl(g). É correto afirmar que a) todos os recipientes contêm misturas gasosas em equilíbrio químico. b) todos os recipientes não contêm misturas gasosas em equilíbrio químico e, em todos eles, o avanço da reação se dá no sentido da esquerda para a di reita. c) a mistura gasosa do recipiente II não está em equilíbrio químico e a reação avança no sentido da esquerda para a direita. d) a mistura gasosa do recipiente III não está em equilíbrio químico e a reação avança no sentido da esquerda para a direita. e) as misturas gasosas dos recipientes I e II não estão em equilíbrio químico e as reações avançam no sen tido da direita para a esquerda. RESOLUÇÃO: Cálculo da relação para as misturas I e II: (I) = = 0,05 ⇒ O sistema não está em equilí- brio e o avanço da reação se dá no sentido de aumentar a pressão de HOCl (para a direita) até ser atingido o valor 0,090 (K p ). (II) = = 0,05 ⇒Igual ao sistema (I). Cálculo da relação para a mistura III: = = 0,090 ⇒ ⇒ O sistema está em equilíbrio. Resposta: C 2. Num recipiente de volume 1 litro, colocaram-se 3 mol de A para reagir com 2 mol de B, segundo a equação da reação: A(g) + B(g) → ← C(g). A constante de equilíbrio (K C ) na temperatura da experiência é igual a 0,5. Sabendo-se que, no equilíbrio, se for maior que 0,7, o sistema adquirirá cor azul e, se for menor que 0,7, adquirirá cor amarela, qual a cor desse sistema quando for atingido o equilíbrio? a) Azul. b) Amarelo. c) Verde. d) Branco. e) Preto. RESOLUÇÃO: K C = 0,5 = x 2 – 7x + 6 = 0 x = x 1 = 6 (não serve como resposta) x 2 = 1 No equilíbrio, teremos: [A] = 3 – x = 2 mol/L [B] = 2 – x = 1 mol/L [C] = x = 1 mol/L = = 0,5 ↓ cor amarela Resposta: B (pHOCl) 2 –––––––––––– pH 2 O . pCl 2 O (pHOCl) 2 –––––––––––– pH 2 O . pCl 2 O 10 2 –––––– 5 . 400 (pHOCl) 2 –––––––––––– pH 2 O . pCl 2 O 10 2 –––––– 10 . 200 [HOCl ] 2 –––––––––––– [H 2 O] . [Cl 2 O] [HOCl ] 2 –––––––––––– [H 2 O] . [Cl 2 O] (0,030/V) 2 ––––––––––––––––– (0,080/V) (0,125/V) [C] –––– [A] A(g) + B(g) → ← C(g) Início 3 mol/L 2 mol/L 0 Reage e forma x x x Equilíbrio 3 – x 2 – x x [C] ––––––– [A] . [B] x –––––––––––– (3 – x) (2 – x) + 7 ± ͙ෆෆෆෆ 49 – 4 . 6 –––––––––––––––– 2 1 –– 2 [C] –––– [A] C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 36 – 37 Q U Í M I C A A 3 . a S 3. (FUVEST-SP) – A reforma do gás natural com vapor de água é um processo industrial de produção de hidrogênio, em que também se gera monóxido de carbono. O hidrogênio, por sua vez, pode ser usado na síntese de amônia, na qual reage com nitrogênio. Tanto a reforma do gás natural quanto a síntese da amônia são reações de equilíbrio. Na figura, são dados os valores das constantes desses equilíbrios em função dos valores da temperatura. A curva de K 1 refere-se à reforma do gás natural e a de K 2 , à síntese da amônia. As constantes de equilíbrio estão expressas em termos de pressões parciais, em atm. a) Escreva a equação química balanceada que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água. b) Considere um experimento a 450°C, em que as pressões parciais de hidrogênio, monóxido de carbono, metano e água são, respectivamente, 0,30; 0,40; 1,00; 9,00 atm. Nessas condições, o sistema está em equilíbrio químico? Justifique sua resposta por meio de cálculos e análise da figura. c) A figura permite concluir que uma das reações é exotérmica e a outra, endotérmica. Qual é a reação exotérmica? Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) A equação química balanceada da reforma do gás natural (CH 4 ) com vapor de água é: CH 4 (g) + H 2 O(g) ← → CO(g) + 3H 2 (g) b) Na mistura citada a 450°C, temos as seguintes pressões parciais: 0,30atm(H 2 ), 0,40atm(CO), 1,00atm(CH 4 ) e 9,00atm(H 2 O). O valor da cons tan te de equilíbrio K p = a 450°C vale aproximada- mente 1,2 . 10 –3 (leitura do grá fico). Vamos determinar o quociente reacional Q p nessa temperatura. Q p = = = 1,2 . 10 –3 Podemos concluir que o sistema se encontra em equilíbrio. c) Numa reação exotérmica, o aumento da tempera tura implica uma diminuição da constante de equilíbrio. Aumentando-se a temperatura, o equilíbrio é deslo cado no sentido da reação que necessita de calor (reação endotérmica), diminuindo o rendimento do produto. Trata-se da reação de síntese da amônia: exotérmica N 2 (g) + 3H 2 (g) → ← 2NH 3 (g) (K 2 ) 4. Foram obtidos os seguintes dados para duas misturas dos gases NO 2 e N 2 O 4 em equilíbrio: a) Diga se a reação de dimerização do NO 2 é exotér mica ou endotérmica. Justifique. b) Sabendo-se que NO 2 é de cor castanha e N 2 O 4 é incolor, o que acontecerá com a intensidade da cor da mistura em equilíbrio se for reduzido o volume do sistema? RESOLUÇÃO: a) A dimerização do NO 2 pode ser expressa pela equação: 2NO 2 (g) → ← N 2 O 4 (g) Expressão da constante de equilíbrio: K c = Cálculo das constantes de equilíbrio: 80°C →K c = = 0,123 120°C →K c = = 0,031 Verifica-se que, aumentando-se a temperatura, a constante de equilíbrio K c diminui, diminuindo a concentração de N 2 O 4 e aumentando a concentração de NO 2 . Conclui-se que o equilíbrio é deslocado para a esquerda no sentido de formação de NO 2 . Como, aumentando-se a temperatura, desloca-se o equilíbrio no sentido da reação endotérmica (esquerda), podemos afirmar que a dimerização do NO 2 é exotérmica. exotérmica 2NO 2 (g) →N 2 O 4 (g) b) 2NO 2 (g) → ← 1N 2 O 4 (g) castanho incolor 2V 1V Reduzindo-se o volume do sistema (aumentando-se a pres são), o equi - líbrio é deslocado no sentido da reação que se dá com contração de volume (para a direita). Parte do NO 2 (castanho) se transformará em N 2 O 4 (incolor), dimi nuindo a intensidade da cor da mistura. pCO . (pH 2 ) 3 –––––––––––– pCH 4 . pH 2 O 0,40 . (0,30) 3 ––––––––––– 1,00 . 9,00 pCO . (pH 2 ) 3 ––––––––––––– pCH 4 . pH 2 O Mistura Temperatura [NO 2 ] [N 2 O 4 ] I 80°C 0,90 0,10 II 120°C 0,80 0,02 [N 2 O 4 ] ––––––– [NO 2 ] 2 0,10 ––––––– (0,90) 2 0,02 ––––––– (0,80) 2 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 37 38 – Q U Í M I C A A 3 .a S MÓDULO 1 1 7 7 Equilíbrio Químico II 1. O óxido de cálcio, conhecido comercialmente como cal virgem, é um dos materiais de construção utilizado há mais tempo. Para sua obtenção, a rocha calcária é moída e aquecida a uma temperatura de cerca de 900°C em diversos tipos de fornos, onde ocorre sua decomposição térmica. O principal constituinte do calcário é o carbonato de cálcio, e a reação de decomposição é representada pela equação: CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) Considerando-se que uma amostra de calcário foi decomposta a 900°C, em um recipiente fechado dotado de um êmbolo que permite ajustar o volume e a pressão do seu interior, e que o sistema está em equilíbrio, um procedimento adequado para aumentar a produção de óxido de cálcio seria a) aumentar a pressão do sistema. b) diminuir a pressão do sistema. c) acrescentar CO 2 ao sistema, mantendo o volume constante. d) acrescentar CaCO 3 ao sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. e) retirar parte do CaCO 3 do sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. RESOLUÇÃO: Para aumentar a produção de óxido de cálcio, devemos deslocar o equilíbrio para a direita, sentido no qual ocorre aumento de volume de gases. CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) 0V 1V A adição ou a retirada de CaCO 3 (s) não afeta o equilíbrio. A adição de CO 2 deslocará o equilíbrio para a esquerda, diminuindo o rendimento de CaO(s). A única alternativa correta é a diminuição da pressão do sistema, que desloca o equilíbrio no sentido de expansão de volume (para a direita), aumentando a produção de óxido de cálcio. Resposta: B 2. Considere a reação de dimerização da substância X. 2X(g) → ← X 2 (g) No gráfico abaixo, temos o rendimento da formação de X 2 em função da temperatura em duas pressões diferentes, P 1 e P 2 . Analise os seguintes itens, verificando se são verdadeiros ou falsos. I. A reação de dimerização é exotérmica. II. P 1 > P 2 III. Numa temperatura mais alta, o valor de K C será maior. IV. A presença de um catalisador aumenta o rendimento da reação. RESOLUÇÃO: I. Correto. Aumentando a temperatura, diminui o rendi mento, pois o equilíbrio é deslocado no sentido da reação inversa (endotér mica). A reação de dimerização é exotérmica. II. Correto. Como a reação se dá com contração de volume, aumentando a pressão, desloca-se o equilíbrio no sentido de formação do dímero (X 2 ). Numa mesma temperatura, aumentan do a pressão, aumenta o rendimento; logo P 1 > P 2 . III. Falso. Como a reação é exotérmica, aumentando a temperatura, di minui o rendimento; portanto, o valor de K C será menor. K C = IV. Falso. Um catalisador apenas aumenta a rapidez com que o equilíbrio é atingido. [X 2 ] –––– [X] 2 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 38 – 39 Q U Í M I C A A 3 . a S 3. A solubilização no meio biológico, que é essencial mente aquoso, é uma etapa importante para a absorção de fármacos por meio do trato gastrintestinal (estômago e intestino). Sabe-se que: I. no estômago, o pH pode ter valores de 1,0 a 3,0; II. no intestino delgado, o pH pode ter valores de até 8,4; III. um dos mecanismos de absorção por meio das mucosas do estômago e do intestino baseia-se no fato de a molécula estar na sua forma neutra. Considere os fármacos aspirina e anfetamina, cujas fór mulas e equi - líbrios em meio aquoso, em função da acidez do meio, são: Supondo que o único mecanismo de absorção por meio das mucosas seja a neutralidade do fármaco, identifique o órgão do trato gastrintestinal no qual cada um dos fármacos mencionados será preferencialmente absorvido. Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: A aspirina e a anfetamina serão absorvidas nas formas: pois elas são moléculas neutras. A aspirina é preferencialmente absorvida no estô mago, pois a concentração de H 3 O + é elevada, deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. A anfetamina é preferencialmente absorvida no intestino delgado, pois, como o meio é alcalino, a con centração de H 3 O + diminui (H 3 O + + OH – → ← 2H 2 O), deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. 4. O íon cromato e o íon dicromato em solução aquosa estabelecem o equilíbrio: 2CrO 2– 4 (aq) + H 2 O(l) → ← Cr 2 O 2– 7 (aq) + 2OH – (aq) amarelo laranja Ocorrerá um aumento na intensidade da coloração alaranjada do sistema quando se adicionar: a) NaOH(s) b) NaCl(s) c) NaHCO 3 (s) d) NH 4 Cl e) KNO 3 (s) RESOLUÇÃO: Para aumentar a intensidade da coloração alaranjada, o equilíbrio deve ser deslocado para a direita. O cloreto de amônio, por ser um sal derivado de ácido forte e base fraca, ao ser adicionado à solução, sofre hidrólise ácida formando íons H + . Ocorrerá neutralização dos íons OH – do sistema (H + + OH – → H 2 O), diminuindo sua concentração e deslocando o equilíbrio para a direita. NaOH e NaHCO 3 formam soluções básicas (deslocam o equilíbrio para a esquerda, diminuindo a intensidade da cor laranja). NaCl e KNO 3 são sais que não sofrem hidrólise e os seus íons não irão deslocar o equilíbrio. Resposta: D 5. O ácido nitroso sofre ionização segundo a equação: HNO 2 + H 2 O → ← H 3 O + + NO 2 – Sabendo-se que a constante de ionização vale 5,0 . 10 –6 mol/L, qual a concentração em mol/L de HNO 2 numa solução de pH = 4? RESOLUÇÃO: Como pH = 4 ⇒[H 3 O + ] = 10 –4 mol/L Na solução [H 3 O + ] = [NO 2 – ] = 10 –4 mol/L K i = 5,0 . 10 –6 = [HNO 2 ] = 2,0 . 10 –3 mol/L O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O Equilíbrio químico para a aspirina em meio aquoso Equilíbrio químico para a anfetamina em meio aquoso CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + O C OH CH 3 O C O CH 2 CH CH 3 NH 2 e O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O absorvida CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + absorvida [H 3 O + ] . [NO 2 – ] –––––––––––––– [HNO 2 ] 10 –4 . 10 –4 ––––––––––– [HNO 2 ] C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 39 40 – Q U Í M I C A A 3 .a S MÓDULO 1 1 8 8 Equilíbrio Químico III 1. Na prática de exercícios físicos, o organismo humano utiliza a glicose como principal fonte de energia. Havendo suprimento adequado de oxigênio, obtém-se o rendimento energético máximo possível, mas, quando o esforço é muito intenso, o fornecimento de oxigênio pode se tornar insuficiente e o organismo adotar rota alternativa menos eficiente, envolvendo produção de ácido láctico, o que resulta na diminuição do pH no músculo. Após um período de descanso, o pH do músculo retorna ao seu valor normal, aproximadamente neutro. O equilíbrio entre o ácido láctico e o lactato em meio aquoso encontra-se representado na equação química: K a = 1,0 x 10 –4 Calcule a razão entre as concentrações do íon lactato e do ácido láctico nas condições de equilíbrio químico, no músculo, quando o pH for igual a 7. Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO: A concentração de H 2 O não entra na expressão do K a , pois a sua concentração é constante: [lactato] . [H 3 O + ] K a = ––––––––––––––––– [ácido láctico] Quando o pH for igual a 7, a concentração dos íons H 3 O + será igual a 1,0 . 10 –7 mol/L. pH = – log [H 3 O + ] 7 = – log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 1,0 . 10 –7 mol/L [lactato] . 1,0 . 10 –7 1,0 . 10 –4 = ––––––––––––––––––– [ácido láctico] [lactato] 1,0 . 10 –4 ––––––––––––– = ––––––––– [ácido láctico] 1,0 . 10 –7 [lactato] –––––––––––– = 1,0 . 10 3 [ácido láctico] 2. 80,0mL de uma solução aquosa de hidróxido de potássio, de concentração 0,250mol/L, são parcialmente neutralizados por 20,0mL de uma solução aquosa de ácido nítrico, de concentração 0,500mol/L. a) Escreva a equação química da reação de neutralização. b) Sabendo que pOH = – log[OH – ] e que pH + pOH = 14, calcule o pH da solução após a adição do ácido. RESOLUÇÃO: a) KOH + HNO 3 →KNO 3 + H 2 O b) M= ∴ n = MV n KOH = 0,250mol/L . 0,080L = 0,02 mol n HNO 3 = 0,500mol/L . 0,020L = 0,01 mol Verifica-se que 0,01 mol de HNO 3 reage com 0,01 mol de KOH, sobrando 0,01 mol de KOH. KOH → K + + OH – 0,01 mol –––––––––– 0,01 mol [OH – ] = = 10 –1 mol/L pOH = – log 10 –1 = 1 pH = 14 – 1 = 13 3. (FGV) – Hospitais, roupas, banheiros, pisos etc. podem ser desin - fetados com soluções aquosas de hipoclorito de sódio. Considerando- se que a constante de hidrólise do íon ClO − , a 25°C, é 2 x 10 −7 , uma solução aquosa de NaClO com pH = 10 nessa mesma temperatura tem con centração de íon hipoclorito igual a: a) 0,01 mol/L b) 0,02 mol/L c) 0,05 mol/L d) 0,10 mol/L e) 0,20 mol/L RESOLUÇÃO: A hidrólise do íon hipoclorito pode ser representada por: ClO – + H 2 O → ← OH – + HClO e sua constante de hidrólise K h = O pH da solução é 10, e o pOH é 4. Sabendo-se que pOH = – log [OH – ], a concentração de [OH – ] é igual a 10 –4 mol/L. As concentrações de [OH – ] e [HClO] são iguais a 10 –4 mol/L. Substituindo-se na expressão da constante de hi drólise, teremos a concentração do hipoclorito: 2 . 10 –7 = [ClO – ] = [ClO – ] = 0,5 . 10 –1 Resposta: C CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH n ––– V 0,01mol ––––––– 0,100L [OH – ] [HClO] –––––––––––––– [ClO – ] 10 –4 . 10 –4 –––––––––– [ClO – ] 10 –8 –––––––– 2 . 10 –7 [ClO – ] = 0,05 mol/L C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 40 – 41 Q U Í M I C A A 3 . a S 4. (UNICAMP-SP) – Será então que poderia cair alguma questão ligada a Ecologia na prova de Química? – sugere Chuá. – É uma boa! – responde Naná. – Veja aqui nesta notícia de jornal: Uma indústria foi autuada pelas autoridades por poluir um rio com efluentes contendo íons Pb 2+ . O chumbo provoca no ser humano graves efeitos toxicológicos. Acho que uma boa pergunta es taria relacionada ao possível tratamento desses efluen tes para retirar o chumbo. Ele poderia ser precipitado na forma de um sal muito pouco solúvel e, a seguir, separado por filtração ou decantação. a) Considerando apenas a constante de solubili dade dos compostos a seguir, escreva a fórmula do ânion mais indicado para a precipitação do Pb 2+ . Jus tifique. Dados: sulfato de chumbo, Ks = 2 x 10 –8 ; carbo nato de chumbo, Ks = 2 x 10 –13 ; sulfeto de chumbo, Ks = 4 x 10 –28 . b) Se num certo efluente aquoso há 1 x 10 –3 mol/L de Pb 2+ e se a ele for adicionada a quantidade estequio métrica do ânion que você escolheu no item a, qual é a concentração final de íons Pb 2+ , que sobra neste efluente? Admita que não ocorra diluição signifi cativa do efluente. – Puxa, acho que por hoje chega. Será que conse guimos prever alguma questão da prova de Química? – diz Chuá. – Sei não! – responde Naná. – De qualquer forma acho que estamos bem preparados! RESOLUÇÃO: a) O ânion mais indicado para precipitar o Pb 2+ é aque le que forma o sal menos solúvel, no caso, o sulfeto de chumbo, pois este apresenta o menor Ks dentre os citados. Para compostos do tipo AB, o Ks é igual a x 2 , sendo x a solubilidade. A fórmula do ânion sulfeto é S 2– . b) O examinador admite não ocorrer diluição do efluente (1 x 10 –3 mol/L de Pb 2+ ) pela adição estequiométrica de ânions sulfeto (S 2– ). Irá ocorrer precipitação de PbS, quando o produto das con cen trações de íons Pb 2+ e S 2– na solução atingir o valor de Ks. Consequentemente, após a precipitação, as concen trações em mol/L de Pb 2+ e S 2– na solução serão iguais. PbS(s) → ← Pb 2+ (aq) + S 2– (aq) Ks = [Pb 2+ ] . [S 2– ] 4 x 10 –28 = x . x x = ͙ෆෆෆෆෆ 4 x 10 –28 x = 2 x 10 –14 mol/L A concentração final de íons Pb 2+ no efluente será 2 x 10 –14 mol/L. 5. São dadas soluções 2 x 10 –3 mol/L de Pb(NO 3 ) 2 e de Na 2 SO 4 (25°C). O produto de solubilidade do sulfato de chumbo (PbSO 4 ) é K PS = 1,3 x 10 –8 (25°C). Analise as proposições: I. A concentração de íons Pb 2+ na solução A é 2 x 10 –3 mol/L. II. A concentração de íons Na 1+ na solução B é 2 x 10 –3 mol/L. III. Misturando-se volumes iguais das duas soluções, forma-se um precipitado. É (são) correta(s) a) todas. b) somente I e III. c) somente I e II. d) somente II e III. e) somente I. RESOLUÇÃO: I. Correta. Pb(NO 3 ) 2 → Pb 2+ (aq) + 2NO – 3 (aq) 2 . 10 –3 mol/L 2 . 10 –3 mol/L 4 . 10 –3 mol/L II. Errada. Na 2 SO 4 → 2Na + (aq) + SO 2– 4 (aq) 2 . 10 –3 mol/L 4 . 10 –3 mol/L 2 . 10 –3 mol/L III. Correta. Pb(NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 SO 4 (aq) → PbSO 4 ↓ + 2NaNO 3 (aq) ppt O PbSO 4 irá precipitar-se se o produto das concentrações dos íons Pb 2+ e SO 2– 4 , após a mistura, for maior que o valor de K PS Cálculo do produto: [Pb 2+ ] . [SO 2– 4 ] = . = 1 . 10 –6 Como 1 . 10 –6 > 1,3 . 10 –8 , haverá precipitação do PbSO 4 . Resposta: B PbSO 4 (s) → ← Pb 2+ (aq) + SO 2– 4 (aq) K PS = [Pb 2+] . [SO 2– 4 ] = 1,3 . 10 –8 2 . 10 –3 –––––– 2 2 . 10 –3 –––––– 2 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 41 42 – Q U Í M I C A A 3 .a S 1. (UNICAMP-SP) – Numa entrevista à Revista FAPESP n. °163, um astrofísico brasileiro conta que propôs, em um artigo científico, que uma estrela bastante velha e fria (6.000 K), da constelação de Centauro, tem um núcleo quase totalmente cristalizado. Esse núcleo seria constituído princi palmente de carbono e a estrela estaria a caminho de se transformar em uma estrela de diamante, com a cristalização do carbono. a) O pesquisador relata ter identificado mais 42 estrelas com as mesmas características e afirma: Enquanto não termina o processo de cristalização do núcleo, as estre las de diamante permanecem com a temperatura cons tante. No que diz respeito à temperatura, in - de pen dentemente de seu valor absoluto, ele complementa essa afirmação fazendo uma analogia entre o processo que ocorre na estrela e a solidificação da água na Terra. Com base no conhecimento científico, você concorda com a analogia feita pelo pesquisador? Justifique. b) Ao final da reportagem afirma-se que: No diamante da estrela, apenas 0,01 Å separa os núcleos dos átomos do elemento que o compõem. Considerando-se que o raio atômico do carbono no diamante da Terra é de 0,77 Å, quanto valeria a relação numérica entre os volumes atômicos do carbono (Terra/estrela)? Mostre seu raciocínio. RESOLUÇÃO: a) Concorda-se com a afirmação. Quando a água se solidifica, a tem - peratura permanece constante, pois temos uma mudança de estado físico. H 2 O(l) →H 2 O(s) temperatura constante b) O volume atômico é diretamente proporcional ao raio atômico elevado ao cubo. Por exemplo, o volume da esfera é π r 3. V é proporcional a r 3 O raio do átomo de carbono no diamante da estrela será a metade de 0,01 Å estrela: r C = ∴ r C = 0,005Å Terra: r’ C = 0,77Å A relação numérica entre os volumes será: = = 3,65 . 10 6 2. (UNICAMP-SP) – Na Revista FAPESP n. °146 descreve-se um sistema de descon taminação e reciclagem de lâmpadas fluorescentes que separa seus componentes (vidro, mercúrio, pó fosfórico e terminais de alumínio), tornando-os disponíveis como matérias-primas para reutilização em vários tipos de indústria. a) Num trecho da reportagem, a responsável pelo projeto afirma: Essa etapa (separação do mercúrio) é rea lizada por um processo de subli mação do mercúrio, que depois é condensado à temperatura ambiente e armazenado para posterior comercialização. Consi - derando apenas esse trecho adaptado da reportagem, identifique as transformações físicas que o mercúrio sofre e as equacione adequadamente. b) Em relação à recuperação do mercúrio, a pesquisadora afirma: O mínimo para comercialização é 1 quilo, sendo que de cada mil lâm - padas só retiramos 8 gra mas de mercúrio, em média. Segundo a literatura, há cerca de 21mg desse metal em uma lâmpada de 40W. No contexto dessas informações, discuta critica mente a eficiência do processo de recuperação do mercúrio, considerando que todas as lâmpadas reco lhidas são de 40W. RESOLUÇÃO: a) Considerando que, nesta etapa do processo, o mercúrio se encontra no estado sólido, as transformações físicas sofridas por ele, com as respectivas equações químicas, estão descritas a seguir: I) Sublimação (passagem do estado sólido para o estado gasoso): Hg(s) → Hg(g) II) Condensação (passagem do estado gasoso para o estado líquido): Hg(g) →Hg(l) b) Cálculo da massa de mercúrio em 1000 lâmpadas de 40W: 1 lâmpada –––––––– 21 . 10 –3 g de Hg 1000 lâmpadas ––––––– x x = 21g de Hg A cada 1000 lâmpadas, são recuperados 8g de mercúrio. Desta forma, a eficiência do processo será de: 21g de Hg ––––––––– 100% 8g de Hg ––––––––– y y = 38,1% O mercúrio é um material tóxico, portanto, o processo ideal de recuperação deve ter uma eficiência elevada. O processo citado no enunciado tem eficiência de 38%, um valor baixo. Assim, este processo não é o ideal para a recuperação do mercúrio, pois a maior parte da massa será descartada como lixo. Além disso, para a comercialização mínima do mercúrio (1 quilo - grama), seriam necessárias 125 000 lâmpadas. 4 ––– 3 0,01Å –––––– 2 V T –––––– V E (0,77Å) 3 –––––––– (0,005Å) 3 MÓDULO 1 1 9 9 Substância e Mistura C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 42 – 43 Q U Í M I C A A 3 . a S 3. Qual passa a ser o estado físico (sólido, líquido ou gasoso) das substâncias da tabela abaixo, quando elas recebem os seguintes tratamentos: a) I, x, gasoso; II, x, líquido; II, z, sólido. b) I, y, gasoso; I, z, líquido; II, y, sólido. c) I, z, líquido; II, y, sólido; II, x, gasoso. d) I, x, gasoso; I, z, líquido; II, y, gasoso. e) I, y, líquido; I, x, líquido; II, x, líquido. RESOLUÇÃO: x ⇒I ⇒gasoso x ⇒II ⇒líquido y ⇒I ⇒gasoso y ⇒II ⇒líquido z ⇒I ⇒líquido z ⇒II ⇒sólido Resposta: A 4. (UNIFESP) – Dois experimentos foram realizados em um laboratório de química. Experimento 1: Três frascos abertos contendo, separadamente, volumes iguais de três solventes, I, II e III, foram deixados em uma capela (câmara de exaustão). Após algum tempo, verificou-se que os volumes dos solventes nos três frascos estavam diferentes. Experimento 2: Com os três solventes, foram preparadas três misturas binárias. Verificou-se que os três solventes eram miscíveis e que não reagiam quimicamente entre si. Sabe-se, ainda, que somente a mistura (I + III) é uma mistura azeotrópica. a) Coloque os solventes em ordem crescente de pressão de vapor. Indique um processo físico adequado para separação dos solventes na mistura (I + II). b) Esboce uma curva de aquecimento (temperatura x tempo) para a mistura (II + III), indicando a transição de fases. Qual é a diferença entre as misturas (II + III) e (I + III) durante a ebulição? RESOLUÇÃO: a) O solvente mais volátil apresenta maior pressão de vapor, assim a ordem crescente de volatilidade dos solventes é: I < III < II. Um método para separar os solventes da mistura (I + II) seria a destilação fracionada. b) Curva de aquecimento para a mistura (II + III): Durante a ebulição, a temperatura da mistura (I + III) fica constante (azeótropo); no caso da mistura (II + III), a temperatura não fica constante. Substância T.F. T.E. x Clorofórmio – 63 61 y Etanol – 117 78 z Fenol 41 182 C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 43 44 – Q U Í M I C A A 3 .a S 5. As velas do filtro de água de uso doméstico têm o seguinte aspecto: O carvão em pó (ativado) retém (adsorve) possíveis gases presentes na água. a) O que deve ficar retido na parte externa da porcelana? b) A água que sai da vela é uma substância pura? RESOLUÇÃO: a) Na parte externa da porcelana ficam as impurezas que têm diâmetro maior que o dos poros da vela. b) Não, mistura homogênea. C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 44 – 45 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. As bases ou álcalis são substâncias que neutralizam os ácidos e deixam azul o corante tornassol. As bases aparecem nos limpadores de fogão (hidróxido de sódio, base corrosiva), no leite de magnésia (hidróxido de magnésio), nos produtos de limpeza (hidróxido de amônio), na folha de azedinha. As urtigas são ácidas. Quando se “queima” a pele no contato com ur - ti ga, pode-se adotar o procedimento: I. esfregar uma folha de azedinha. II. lavar com solução de hidróxido de sódio. III. lavar com suco de limão. IV. colocar um pouco de leite de magnésia. Estão corretos somente os procedimentos: a) I e III b) I e IV c) I, II e IV d) III e IV e) II e IV RESOLUÇÃO I. Correto. A azedinha, básica, neutraliza a urtiga ácida. II. Incorreto. O hidróxido de sódio é corrosivo. III.Incorreto. Suco de limão é acido. IV. Correto. O hidróxido de magnésio não é corrosivo. Resposta: B 2. Sabe-se que a chuva ácida é formada pela dissolução, na água da chuva, de óxidos ácidos presentes na atmosfera. Entre os pares de óxidos relacionados, qual é constituído apenas por óxidos que provocam a chuva ácida? a) Na 2 O e NO 2 . b) CO 2 e MgO. c) CO 2 e SO 3 . d) CO e N 2 O. e) CO e NO. RESOLUÇÃO: Entre os óxidos que provocam a chuva ácida, temos: dióxido de carbono (CO 2 ) e trióxido de enxofre (SO 3 ), conforme as equações: CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 Resposta: C 3. Os exageros do final de semana podem levar o in divíduo a um quadro de azia. A azia pode ser descrita como uma sensação de queimação no esôfago, provocada pelo desbalanceamento do pH estomacal (excesso de ácido clorídrico). Um dos antiácidos comumente empregados no combate à azia é o leite de magnésia. O leite de magnésia possui 64,8 g de hidróxido de magnésio (Mg(OH) 2 por litro da solução. Qual a quantidade em mols de ácido neutra lizado ao se ingerir 9 mL de leite de magnésia? Dados: Massas molares (em g mol –1 ): Mg = 24,3; Cl = 35,4; O = 16; H = 1. RESOLUÇÃO: Massa de Mg(OH) 2 em 9mL de solução: 1000mL –––––––– 64,8g · x = 0,5832g de Mg(OH) 2 9mL –––––––– x Massa molar do Mg(OH) 2 = 24,3 + 2 . 16 + 2 . 1)g/mol = 58,3g/mol Equação da neutralização: Mg (OH) 2 + 2HCl →MgCl 2 + 2H 2 O 1 mol de Mg(OH) 2 ––––––––– 2 mol de HCl Ά 58,3g _______ 2 mol · y = 0,02 mol de HCl 0,5832g _______ y MÓDULO 2 2 0 0 Compostos Inorgânicos C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 45 46 – Q U Í M I C A A 3 .a S 4. (EFOA-MG) – Considere os resultados da mistura de soluções aquosas das substâncias relacionadas na tabela abaixo: a) Escreva a equação balanceada da reação de precipitação. b) Qual é a fórmula do precipitado? Justifique sua resposta de acordo com as informações contidas na tabela acima. c) Dê os nomes (IUPAC) de: KCl _________________________________________________ Pb(NO 3 ) 2 _____________________________________________ d) O tipo de ligação química entre o nitrogênio e o oxigênio no Pb(NO 3 ) 2 é ___________________________________________ e) Desenhe a estrutura de Lewis para o KCl. RESOLUÇÃO: a) b) PbCl 2 , porque, baseando-se na primeira reação, também teríamos a formação de KNO 3 , mas não há formação de precipitado, logo a substância insolúvel é cloreto de chumbo (II). c) KCl: cloreto de potássio Pb(NO 3 ) 2 : nitrato de chumbo (II) d) Covalente e) 5. No dia 19/04/2002, um caminhão carregado com ácido sulfúrico e soda cáustica tombou, conta minando um rio que abastece a cidade de Uberlândia. Sabendo que o ácido sulfúrico é um diácido e que a soda cáustica é uma monobase de sódio, é incorreto afirmar que as soluções aquosas do ácido e da base a) reagem completamente, na proporção de 1 mol de H 2 SO 4 para 2 mol de NaOH. b) reagem, neutralizando-se. c) reagem, formando sal e água. d) reagem completamente na proporção de 1 mol de H 2 SO 4 para 2 mols de NaOH, formando 2 mols de água. e) reagem, por meio de uma reação denominada de composição. RESOLUÇÃO: A equação química que corresponde ao processo é: 2NaOH + H 2 SO 4 →Na 2 SO 4 + 2H 2 O sal reação de neutralização Nota: As substâncias reagem completamente na proporção de 1 mol de H 2 SO 4 para 2 mols de NaOH, formando 2 mols de água. Resposta: E Pb (NO 3 ) 2 + 2K Cl 2KNO 3 + PbCl 2 2+ 1– 1+ 1– [K] + Cl •• •• • • • • [ [ – Mistura realizada Resultado observado NaNO 3 (aq) + KCl(aq) não ocorre precipitação Pb(NO 3 ) 2 (aq) + KCl(aq) formação de precipitado C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 46 – 47 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. De acordo com o texto a seguir, as chuvas ácidas podem ocorrer em ambientes diferentes. Essa chuva pode-se formar naturalmente pela reação do gás carbônico (CO 2 ) com água, con forme representa a equação química: I) H 2 O(l) + CO 2 (g) →H 2 CO 3 (aq) ácido carbônico Outro tipo de chuva ácida é decorrente dos óxidos de nitrogênio (N x O y ), principalmente o dióxido de nitrogênio (NO 2 ), formado pela reação de gás nitrogênio (N 2 ) com gás oxigênio (O 2 ) em ambientes com relâmpagos ou grande quantidade de veículos com motor à explosão, conforme a seqüência de equações: energia II) N 2 (g) + 2O 2 (g) → 2NO 2 (g) III) 2NO 2 (g) + H 2 O(l) →HNO 2 (aq) + HNO 3 (aq) ácido nitroso ácido nítrico O terceiro tipo de chuva ácida é formado em ambientes poluídos a partir da combustão de derivados do petróleo que, por possuírem impurezas de enxofre, formam o dióxido de enxofre (SO 2 ), conforme as equações químicas: IV) S(s) + O 2 (g) →SO 2 (g) V) SO 2 (g) + 1/2O 2 (g) →SO 3 (g) VI) SO 3 (g) + H 2 O(l) →H 2 SO 4 (aq) ácido sulfúrico O ácido sulfúrico é um ácido forte, que causa danos ao meio ambiente. Indique a alternativa correta. a) A equação II indica que o N 2 é oxidante. b) A equação IV apresenta S(s) como oxidante. c) A equação I representa uma reação de oxidorre dução. d) Todas as equações são de oxidorredução. e) A equação III indica que o NO 2 pode ser tanto oxidante como redutor. RESOLUÇÃO: As equações I. H 2 O + CO 2 →H 2 CO 3 1+ 2– 4+ 2– 1 +4+2– VI. SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 6+2– 1+ 2– 1+ 6+ 2– Não são de oxidorredução. Nas equações seguintes, temos: Resposta: E N 2 + 2O 2 2NO 2 0 0 4+ 2– redução oxidação II. 2NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 4+ 3+ redução 5+ oxidação Portanto: NO 2 é oxidante e redutor S + O 2 SO 2 0 4+ oxid ação 0 2– redução redutor oxidante SO 2 + 1/2O 2 SO 3 4+ 6+ oxidação 0 2– redução redutor oxidante 2– III. IV. V. MÓDULO 2 2 1 1 Oxidorredução C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:02 Página 47 48 – Q U Í M I C A A 3 .a S 2. Acerte os coeficientes estequiométricos das equa ções a seguir e indique o oxidante e o redutor. I. KMnO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 → MnSO 4 + H 2 O + O 2 + K 2 SO 4 II. I – + MnO – 4 + H 2 O →I 2 + MnO 2 + (OH) – RESOLUÇÃO: Oxidante: MnO – 4 Redutor: I – 3. O ácido oxálico (H 2 C 2 O 4 ) pode ser oxidado a gás carbônico, pela reação com permanganato de potássio em meio ácido a íon Mn 2+ . a) Escreva a equação química balanceada que representa a semirreação de oxidação e redução. b) Escreva a equação química global balanceada da reação. RESOLUÇÃO: a) Esboço da reação: Montando a semiequação de oxidação H 2 C 2 O 4 → 2CO 2 + 2e – H 2 C 2 O 4 →2CO 2 + 2H + + 2e – Montando a semiequação de redução 5e – + MnO – 4 → Mn 2+ 5e – + MnO – 4 → Mn 2+ + 4H 2 O 8H + + 5e – + MnO – 4 → Mn 2+ + 4H 2 O b) 5H 2 C 2 O 4 → 10CO 2 + 10e – + 10H + (x 5) 16H + + 10e – + 2MnO – 4 → 2Mn 2+ + 8H 2 O (x 2) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 5H 2 C 2 O 4 + 6H + + 2MnO – 4 →10CO 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O KMnO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 MnSO 4 + H 2 O + O 2 + K 2 SO 4 7+ 2+ redução: recebe 5e – 1– oxidação: doa 1e – 0 KMnO 4 n.º total e – = 5 . 1 = 5 H 2 O 2 n.º total e – = 1 . 2 = 2 2 5 Coeficientes I. 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 + 5H 2 O 2 2MnSO 4 + 8H 2 O + 5O 2 + 1K 2 SO 4 I – + MnO – 4 + H 2 O I 2 + MnO 2 + (OH) – II. ᮏ 1– 0 oxi dação: doa 1e – 7+ 4+ redução: recebe 3e – I 2 n.º total e – = 1 . 2 = 2 MnO – 4 n.º total e – = 3 . 1 = 3 3 2 Coeficientes Cálculo de ᮏ 6I – + 2MnO – 4 + 4H 2 O 3I 2 + 2MnO 2 + 8(OH) – – 6 – 2 = – x ∴ x = 8 Oxidante: KMnO 4 Redutor: H 2 O 2 6I – + 2MnO – 4 + yH 2 O 3I 2 + 2MnO 2 + xOH – H 2 C 2 O 4 + MnO 4 – Mn 2+ + CO 2 3+ 7+ 2+ 4+ redução: recebe 5e – oxidação: doa 1e – x 2 = 2e – C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 16:24 Página 48 – 49 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. Dependendo do meio em que se encontram, os metais podem sofrer oxidação (corrosão). Considere os seguintes potenciais padrão de re du ção. Duas placas de alumínio foram imersas em duas soluções – uma de HCl(aq) e outra de NaOH(aq). Verifique que as duas placas sofrem oxidação. Justifique escrevendo as equações das semirreações e das reações globais. RESOLUÇÃO: Em meio ácido: 2Al →6e – + 2Al 3+ + 1,66V 6H + + 6e – →3H 2 0,00V –––––––––––––––––––––––––––––––––– 2Al + 6H + →2Al 3+ + 3H 2 ∆E = + 1,66V (espontânea) Em meio básico: 2Al + 8OH – →2Al(OH) 1– 4 + 6e – + 2,33V 6H 2 O + 6e – →3H 2 + 6OH – – 0,83V –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2Al + 6H 2 O + 2OH – →2Al(OH) 1– 4 + 3H 2 ∆E = + 1,5V (espontânea) As duas placas de alumínio sofrem corrosão. 2. Considere a aparelhagem formada por duas células A — B e C — D. São dados os potenciais padrão de redução: Assinale a alternativa correta. a) A tensão da célula formada por (A – B) e (C – D) operando juntas será igual a: ∆E R = ∆E C – D – ∆E A – B = 2,07V b) No eletrodo A, o anodo da célula, Zn sofre oxi dação segundo a equação química: Zn(s) →2e – + Zn 2+ (aq) c) No eletrodo B, ocorre a redução dos íons Cu 2+ (aq). d) No eletrodo C, ocorre a oxidação dos íons de prata segundo a equação química. Ag + (aq) + e – →Ag 0 (s) e) Supondo que a quantidade de elétrons que circula no sistema é igual a 0,3 mol, o aumento de massa de prata metálica no eletrodo C será calculado da seguinte forma: Massa molar: Ag = 108g/mol Ag + (aq) + e – →Ag 0 (s) 1 mol →108g 0,3 mol →x x = g RESOLUÇÃO: Cálculo do ∆E da pilha: C – D operando isoladamente Mg →2e – + Mg 2+ + 2,37V 2Ag + + 2e – →2Ag + 0,80V ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Mg + 2Ag + → ← Mg 2+ + 2Ag 0 ∆E = + 3,17V Cálculo do ∆E da pilha: A – B operando isoladamente Cu 2+ + 2e – →Cu + 0,34V Zn →Zn 2+ + 2e – + 0,76V –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Zn + Cu 2+ →Cu + Zn 2+ ∆E = + 1,10V Como Mg e Zn estão em oposição e o E oxi do Mg sendo maior, Mg oxida-se e Zn 2+ reduz-se. Sendo assim ∆E C – D = 3,17V e ∆E A – B = – 1,10V e ∆E R = 3,17V – 1,10V = + 2,07V Ag + (aq) + e – → Ag(s) 1 mol –––– 108g 0,3 mol –––– x x = 0,3 . 108g Resposta: A 108 ––––– 0,3 Semirreação E 0 (volt) 2H + + 2e – →H 2 0,00 2H 2 O + 2e – →H 2 + 2OH – – 0,83 Al 3+ + 3e – →Al – 1,66 [Al (OH) 4 ] 1– + 3e – →Al + 4OH – – 2,33V Semirreação E 0 /Volt Zn 2+ (aq) + 2e – → Zn(s) – 0,76 Cu 2+ (aq) + 2e – →Cu(s) + 0,34 Ag + (aq) + e – →Ag(s) + 0,80 Mg 2+ (aq) + 2e – → Mg(s) – 2,37 MÓDULO 2 2 2 2 Pilha Eletroquímica C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 49 50 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. Uma espiral feita de cobre, de massa igual a 2,73g, foi imersa em solução de nitrato de prata, AgNO 3 , sendo assim mantida por um período de 48 horas. A tabela a seguir contém as observações registradas após ter decorrido esse tempo. Dados: Massas molares (g/mol): Ag = 108 Cu = 63 E 0 Ag + (aq) →Ag(s) = + 0,80 V E 0 Cu 2+ (aq) →Cu(s) = + 0,34 V A análise dos dados registrados conduz às seguintes afirmações: I. A cor azul da solução final indica presença de íons de cobre (II), provenientes da transfor mação Cu(s) →Cu 2+ (aq) + 2e – II. O depósito de prata deve-se à oxidação dos íons Ag + assim representada: Ag + (aq) →Ag (s) + 1e – III. A tendência dos íons prata em se reduzir é maior do que a dos íons cobre (II) IV. A razão molar Cu oxidado / Ag formada é 1 mol de Cu / 2 mol de Ag É correto o que se afirma apenas em a) I. b) II e IV. c) I, II e IV. d) II e III. e) I, III e IV. RESOLUÇÃO (I) Verdadeira. As reações que ocorreram no sistema foram: 2Ag + (aq) + 2e – →2Ag 0 (s) redução Cu 0 (s) → Cu 2+ (aq) + 2e – oxidação Íons Cu 2+ apresentam em solução aquosa cor azul. (II) Falsa. O depósito de prata metálica ocorre pela redução dos íons Ag + : Ag + (aq) + e – →Ag 0 (s) (III) Verdadeira. Como a reação ocorre espontaneamente, o potencial de redução de Ag + é maior que de Cu 2+ (Ag + tem maior tendência a ganhar elétron). (IV) Verdadeira. A equação global da reação é: 2Ag + (aq) + 1Cu 0 (s) →2Ag 0 (s) + Cu 2+ (aq) 1 mol 2 mol = Massa de cobre oxidado: 2,73g – 1,96g = 0,77g Confirmando com os dados obtidos: = = Resposta: E n Cu oxidado ––––––––––––– n Ag formada 1 ––– 2 n Cu –––– n Ag 0,77g –––––– 63g/mol –––––––––––– 2,56g ––––––––– 108g/mol 1 ––– 2 Sistema Estado inicial Estado final (após 48 h) Espiral de cobre (cor característica do metal) massa da espiral = = 2,73g solução incolor de AgNO 3 Espiral recoberta de prata; massa de prata depositada = 2,56g massa da espiral após a remoção da prata = = 1,96g solução azul C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 50 – 51 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. A figura apresenta a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de níquel (II), NiCl 2 . São dados as semirreações e seus respectivos potenciais: Cl 2 (g) + 2e – →2Cl – (aq) + 1,36V Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni(s) – 0,24V Indique a alternativa que apresenta as substâncias formadas no anodo e no catodo e o mínimo potencial aplicado pela bateria para que ocorra a eletrólise. a) Cl 2 , Ni e 1,12V b) Cl 2 , Ni e 1,60V c) Cl 2 , Ni e 1,36V d) O 2 , H 2 e 1,12V e) O 2 , Ni e 1,60V RESOLUÇÃO: A eletrólise ocorre segundo as equações: NiCl 2 (aq) →Ni 2+ (aq) + 2Cl – (aq) dissociação Catodo ᮎ: Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni 0 (s) consome 0,24V Anodo ᮍ: 2Cl – (aq) → 2e – + Cl 2 (g) consome 1,36V –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C. C. NiCl 2 (aq) →Ni(s) + Cl 2 (g) consomem 1,60V Voltagem mínima exigida: 1,60V Resposta: B 2. Observe o esquema representativo da eletrólise de solução aquosa de fluoreto de sódio e assinale a alternativa correta. a) A semirreação que ocorre no catodo é igual a 2H 2 O(l) + 2e – →H 2 (g) + 2(OH) – (aq) b) A semirreação que ocorre no ânodo é igual a 2F – (aq) →F 2 (g) + 2e – c) Trata-se da eletrólise da água, e os produtos obtidos (formados) são H 2 no tubo B e O 2 no tubo A. d) Após certo tempo de eletrólise, a solução estará ácida. e) Trata-se da eletrólise do fluoreto de sódio. RESOLUÇÃO: Trata-se da eletrólise da água, e as reações que ocorrem são: catodo ᮎ, tubo A: 2H 2 O(l) + 2e – →H 2 (g) + 2(OH) – (aq) anodo ᮍ, tubo B: H 2 O(l) →1/2O 2 (g) + 2H + (aq) + 2e – O meio será neutro, pois [H + ] = [OH – ]. Resposta: A MÓDULO 2 2 3 3 Eletrólise C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 51 52 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. Um processo de purificação de cobre metálico consiste em se passar uma corrente elétrica por uma solução aquosa de sulfato de cobre (II), de cor azul, durante um determinado intervalo de tempo. Nesta solução são mergulhados dois eletrodos de cobre metálico, sendo um de cobre impuro. No transcorrer do processo, o cobre metálico vai-se deposi - tando sobre um dos eletrodos, ficando livre das impurezas. O desenho a seguir mostra esquematicamente a situação no início do processo. Em qual dos eletrodos, A ou B, se depositará cobre metálico puri - ficado? Justifique. RESOLUÇÃO: É uma eletrólise com eletrodos não inertes. Anodo (eletrodo B, cobre impuro) Cu 0 (s) →2e – + Cu 2+ (aq) Catodo (eletrodo A, cobre puro) Cu 2+ (aq) + 2e – →Cu 0 (s) 4. Na eletrólise do brometo cúprico aquoso, depo sitou-se 0,500g de cobre em um dos eletrodos. Quantos gramas de bromo são formados no outro eletrodo? Escreva as semiequações para o anodo e o catodo. Quantos coulombs passaram pelo sistema? (Dados: Cu = 64g/mol; Br = 80g/mol.) F = 96 500C/mol de elétrons. RESOLUÇÃO: Cu 2+ (aq) + 2e – →Cu 0 (s) semiequação catódica (–) 2Br – (aq) →Br 2 (l) + 2e – semiequação anódica (+) Cu(s) →Br 2 (l) 64g → 160g 0,500g → x x = 1,25g 64g de Cu –––––––– 2 . 96 500C 0,500g de Cu –––––––– y y = 1508C C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 52 – 53 Q U Í M I C A A 3 . a S 1. Considere as informações abaixo sobre a com posição de algumas espécies químicas presentes na água do mar. Número de Avogadro: 6,0 x 10 23 Massa molar: O = 16,0g/mol Com base nas informações, é correto afirmar: 01)A espécie química não metálica de menor massa por quilograma de água do mar é o íon Br – (aq). 02)De um quilograma de água do mar pode ser ex traí do no máximo 0,010 mol de sulfato de cál cio. 04)A evaporação de 1000g de água do mar produz um resíduo sólido que contém 0,535 mol de clo reto de sódio. 08)O único sal presente na água do mar é o cloreto de sódio. 16)100g de água do mar contêm 6,0 x 10 20 íons K + . RESOLUÇÃO: 01) Correto. m Cl – = 35,5g/mol x 0,535 mol = 18,99g m SO 2– 4 = 96g/mol x 0,028 mol = 2,688g m Br – = 80 g/mol x 0,008 mol = 0,64g 02) Correto. CaSO 4 → Ca 2+ + SO 2– 4 0,010 mol 0,010 mol 04) Errado. Nem todo cloro está na forma de Na + Cl – . Além disso, a quantidade de Na + é 0,460 mol. 08) Errado. 16) Correto. 1000g de água –––––– 0,010 mol de K + 100g de água ––––––– x x = 0,0010 mol →6,0 . 10 20 íons K + 2. O Brasil possui a maior reserva do mundo de hematita (Fe 2 O 3 ), minério do qual se extrai o ferro metálico, um importante material usado em diversos setores, princi palmente na construção civil. O ferro- gusa é produzido em alto-forno conforme esquema, usando-se carvão co mo reagente e combustível, e o oxigênio do ar. Calcário (CaCO 3 ) é adicionado para remover a areia, formando silicato de cálcio. Reações no alto-forno (T = 1 600°C): 2C (s) + O 2 (g) →2CO(g) Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) →2Fe(l) + 3CO 2 (g) CaCO 3 (s) + areia →escória (l) [CaSiO 3 + CO 2 ] Números atômicos: C = 6, O = 8, Si =14, Fe = 26. Quais são as duas propriedades intensivas do ferro e da escória que permitem aplicar a técnica de separação dos componentes da mistura bifásica? Quais os tipos de ligações químicas existentes no ferro e no dióxido de carbono? RESOLUÇÃO: Propriedades intensivas são aquelas que não depen dem da quantidade de matéria. No alto-forno, tanto a escória como o ferro retirados encontram-se no estado líquido (fundidos). Podemos citar como propriedade intensiva a densi da de, uma vez que a escória (menor densidade) flutua na superfície do ferro fundido (maior densidade). Outra propriedade intensiva é a solubilidade de um líquido no outro. Trata- se de dois líquidos imiscíveis que formam um sistema heterogêneo. O ferro (Z = 26) é metal de transição e apresenta configuração 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Os elementos carbono e oxigênio são não-metais, com as seguintes configurações: C(1s 2 2s 2 2p 2 ) e O (1s 2 2s 2 2p 4 ) No ferro, os átomos se unem por ligação me tá lica (tan to no estado sólido como no estado líquido). Te mos íons positivos rodeados por um mar de elétrons (elétrons livres). No dióxido de carbono no estado gasoso, os átomos se unem por ligação covalente. O =C =O Elemento Massa molar/g. mol –1 Espécie Mol/kg de água do mar Cloro 35,5 Cl – (aq) 0,535 Sódio 23 Na + (aq) 0,460 Magnésio 24 Mg 2+ (aq) 0,052 Enxofre 32 SO 2– 4 (aq) 0,028 Cálcio 40 Ca 2+ (aq) 0,010 Potássio 39 K + (aq) 0,010 Bromo 80 Br – (aq) 0,008 MÓDULO 2 2 4 4 Química Descritiva C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 53 54 – Q U Í M I C A A 3 .a S 3. O cobre é encontrado livre, na natureza, na forma de pepitas. Conhecido desde a Antiguidade, foi o primeiro metal utilizado pelo ser humano e tornou-se o substituto ideal da pedra na fabricação de vários utensílios, tanto puro como na forma de ligas. É excelente condutor de eletricidade, sendo empregado principalmente em fios e cabos elétricos. Considerando o enunciado e as propriedades do cobre, julgue os itens abaixo. (01) O cobre pode ser obtido pela ustulação de sulfetos, como, por exemplo: ∆ CuS + O 2 →Cu + SO 2 (02) O cobre conduz a corrente elétrica no estado sólido. (04) O bronze é uma liga metálica de cobre e zinco. (08) Na reação: Cu 2+ (aq) + Zn 0 (s) →Cu 0 + Zn 2+ (aq) o íon de cobre é agente redutor. RESOLUÇÃO: (01) Correto. A ustulação é o aquecimento ao ar de sulfeto de metal nobre, produzindo o metal e dióxido de enxofre. A ustulação de sulfeto de metal não nobre produz o óxido do metal. (02) Correto. (04) Incorreto. Bronze é uma liga de cobre e estanho. (08) Incorreto. O íon Cu 2+ é o agente oxidante. 4. A composição química do cimento, embora varie, consiste, de um modo geral, de uma mistura de óxidos de cálcio, alumínio, magnésio, sódio, potássio e silício. Na mistura de cimento com água e areia, que tem uma consistência pastosa e é chamada de argamassa, ocorrem reações químicas, com aumento de temperatura da arga mas sa. A respeito da descrição feita, fazem-se as afir mações: Dados os grupos: Na e K (1A ou 1); Ca e Mg (2A ou 2) Al (3A ou 13); Si (4A ou 14); O (6A ou 16) I. As substâncias que formam o cimento têm fórmula geral E x O y . II. Na argamassa, ocorrem reações exotérmicas. III. O óxido de cálcio pode reagir com o gás car bônico do ar, produzindo carbonato de cálcio. IV. As reações de hidratação e hidrólise, que ocor rem na argamassa, são endotérmicas. Das afirmações, estão corretas: a) I, II, III e IV. b) I e III, somente. c) I, II e III, somente. d) III e IV, somente. e) I, III e IV, somente. RESOLUÇÃO: I. Correta. CaO, Al 2 O 3 , MgO, Na 2 O, K 2 O e SiO 2 II. Correta. Na argamassa, ocorrem reações exotérmicas, pois libe ram calor. III. Correta. CaO + CO 2 →CaCO 3 IV. Errada As reações que ocorrem na argamassa são exotér micas. Resposta: C C2_A_QUI_ALICE_PROF 05/10/10 10:03 Página 54 Q U Í M I C A B E Química Curso Extensivo – BE C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:45 Página I Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:45 Página II 1. Os fogos de artifício propiciam espetáculos em di ferentes eventos. Para que esses dispositivos funcionem, precisam ter em sua composição uma fonte de oxigênio, como o clorato de potássio (KClO 3 ), com bustíveis, co mo o enxofre (S 8 ) e o carbono (C), além de agentes de cor como o SrCl 2 (cor vermelha), o CuCl 2 (cor verde es - meralda) e outros. Podem conter também metais piro fóricos como Mg que, durante a combustão, emite inten sa luz branca, como a do flash de máquinas fotográficas. a) Escreva as equações químicas, balanceadas, que representam: – a decomposição do clorato de potássio, produzindo cloreto de potássio e oxigênio diatômico; – a combustão do enxofre; – a combustão do magnésio. b) Considerando o modelo atômico de Rutherford-Bohr, como se explica a emissão de luz colorida pela deto nação de fogos de artifício? RESOLUÇÃO: a) 2 KClO 3 (s) → 2 KCl(s) + 3 O 2 (g) ∆ S 8 (s) + 8 O 2 (g) →8 SO 2 (g) 2 Mg(s) + O 2 (g) →2 MgO(s) b) A energia produzida nas reações de combustão excita os elétrons dos íons Cu 2+ , Mg 2+ e Sr 2+ , promo vendo-os para níveis energéticos mais distantes do núcleo. Ao retornarem a seus níveis de origem, devolvem aquela energia, agora em forma de luz, ao meio ambiente. A cor da luz depende da diferença de energia entre os níveis percorridos pelos elétrons. 2. Reescreva as seguintes equações químicas, utilizando estruturas de Lewis (fórmulas eletrônicas em que os elétrons de valência são representados por • ou x), tanto para os reagentes quanto para os produtos. a) H 2 + F 2 →2 HF b) HF + H 2 O →H 3 O + + F – c) 2 Na 0 + F 2 →2 Na + F – d) HF + NH 3 →NH 4 + F – Dados: RESOLUÇÃO: • As fórmulas eletrônicas (Lewis) dos compostos são: Lembrete: Questão 1 MODELOS Dalton Thomson Rutherford + átomo = bolinha esfera positiva com elétrons incrustados os elétrons giram ao redor do núcleo positivo Bohr órbita permitida órbita proibida órbitas circulares com energia constante H N O F Na número atômico 1 7 8 9 11 número de elétrons de valência 1 5 6 7 1 – 1 Q U Í M I C A B E Revisão QUÍMICA MÓDULO 1 1 Estrutura do Átomo, Ligações Químicas C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:45 Página 1 3. O Brasil possui a maior reserva do mundo de hematita (Fe 2 O 3 ), minério do qual se extrai o ferro metálico, um importante material usado em diversos setores, princi palmente na construção civil. O ferro- gusa é produzido em alto-forno conforme esquema, usando-se carvão co mo reagente e combustível, e o oxigênio do ar. Calcário (CaCO 3 ) é adicionado para remover a areia, formando silicato de cálcio. Reações no alto-forno (T = 1 600°C): 2C (s) + O 2 (g) →2CO(g) Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) →2Fe(l) + 3CO 2 (g) CaCO 3 (s) + areia →escória (l) [CaSiO 3 + CO 2 ] Números atômicos: C = 6, O = 8, Si =14, Fe = 26. Quais são as duas propriedades intensivas do ferro e da escória que permitem aplicar a técnica de separação dos componentes da mistura bifásica? Quais os tipos de ligações químicas existentes no ferro e no dióxido de carbono? RESOLUÇÃO: Propriedades intensivas são aquelas que não depen dem da quantidade de matéria. No alto-forno, tanto a escória como o ferro retirados encontram-se no estado líquido (fundidos). Podemos citar como propriedade intensiva a densi da de, uma vez que a escória (menor densidade) flutua na superfície do ferro fundido (maior densidade). Outra propriedade intensiva é a solubilidade de um líquido no outro. Trata- se de dois líquidos imiscíveis que formam um sistema heterogêneo. O ferro (Z = 26) é metal de transição e apresenta configuração 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Os elementos carbono e oxigênio são não-metais, com as seguintes configurações: C(1s 2 2s 2 2p 2 ) e O (1s 2 2s 2 2p 4 ) No ferro, os átomos se unem por ligação me tá lica (tan to no estado sólido como no estado líquido). Te mos íons positivos rodeados por um mar de elétrons (elétrons livres). No dióxido de carbono no estado gasoso, os átomos se unem por ligação covalente. O =C =O 4. As moléculas de amônia e de gás carbônico apresentam formas geométricas e polaridades bem distintas. Descreva essas características. Dados: 7 N, 6 C, 8 O, 1 H. RESOLUÇÃO: gás carbônico O = C = O geometria molecular: linear molécula apolar 5. Nos pares de substâncias a seguir, indicar a de maior ponto de ebulição, justificando: a) H 3 C — CH 2 — CH 2 — CH 2 — OH e 1-butanol H 3 C — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 éter dietílico b) C 2 H 6 e C 8 H 18 etano octano RESOLUÇÃO: a) O 1-butanol tem maior ponto de ebulição, pois estabelece ponte de hidrogênio. b) O octano tem maior ponto de ebulição, pois tem maior cadeia (maior massa molecular). • • N H H H amônia geometria molecular: pirimidal molécula polar 2 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:45 Página 2 – 3 Q U Í M I C A B E 1. No gráfico, encontra-se representada a curva de solubilidade do nitrato de potássio (em gramas de soluto por 1000g de água). Para a obtenção de solução saturada contendo 200 g de nitrato de potássio em 500 g de água, a solução deve estar a uma temperatura, aproximadamente, igual a a) 12°C. b) 17°C. c) 22°C. d) 27ºC. e) 32°C. RESOLUÇÃO: Cálculo da massa de nitrato de potássio em 1000g de H 2 O na solução saturada: 500g de H 2 O –––––––– 200g de KNO 3 1000g de H 2 O –––––––– x x = 400g de KNO 3 Pelo gráfico, traçando as linhas de chamada, observamos que a temperatura do sistema deve ser da ordem de 27°C. Resposta: D 2. O cloreto de potássio é solúvel em água e a tabela a seguir fornece os valores de solubilidade deste sal em g/100g de água, em função da temperatura. Preparou-se uma solução de cloreto de potássio a 40°C dissolvendo-se 40,0g do sal em 100g de água. A temperatura da solução foi diminuída para 20°C e observou-se a formação de um precipitado. a) Analisando a tabela de valores de solubilidade, explique por que houve formação de precipitado e calcule a massa de precipitado formado. b) A dissolução do cloreto de potássio em água é um processo endotérmico ou exotérmico? Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) Houve formação de precipitado, pois a solubilidade do cloreto de potás sio a 20°C é menor do que a 40°C. Observe o esquema: Massa do precipitado: 6g b) A dissolução do cloreto de potássio em água é um processo endo - térmico, pois a solubilidade desse sal au men ta com o aumento da temperatura da água. 600 500 400 300 200 100 S o l u b i l i d a d e , g / 1 0 0 0 g H O 2 0 10 20 30 40 Temperatura, ºC 400g 27ºC (g/1000gH O) 2 T(ºC) TEMPERATURA (°C) SOLUBILIDADE (g/100g H 2 O) 10 31,0 20 34,0 30 37,0 40 40,0 MÓDULO 2 2 Soluções C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 3 4 – Q U Í M I C A B E 3. Medicamentos, na forma de preparados injetáveis, devem ser soluções isotônicas com relação aos fluidos celulares. O soro fisiológico, por exemplo, apresenta concentração de cloreto de sódio (NaCl) de 0,9% em massa (massa do soluto por massa da solução), com densidade igual a 1,0 g·cm –3 . a) Dada a massa molar do NaCl, em g·mol –1 , 58,5, qual a con centração, em mol·L –1 , do NaCl no soro fisio lógico? Apresente seus cálculos. b) Quantos litros de soro fisiológico podem ser prepa rados a partir de 1L de solução que contém 27 g·L –1 de NaCl (concentração aproximada des te sal na água do mar)? Apresente seus cál culos. RESOLUÇÃO: a) Supondo que temos 1 L ou 1000 cm 3 de soro: 1 g ––––– 1 cm 3 x ––––– 1000 cm 3 x = 1000g →massa da solução Cálculo da massa de NaCl na solução: 1000g –––––––––– 100% (solução) x –––––––––– 0,9% (só soluto) x = 9 g Cálculo da quantidade em mol de NaCl: 58,5g ––––––––– 1 mol de NaCl 9g ––––––––– x x = 0,1538 mol de NaCl Cálculo da concentração em mol/L: M= 0,154 mol/L RESOLUÇÃO ALTERNATIVA: C = 10 dp, C = M. M M. M = 10 dp ∴M. 58,5 = 10 . 1,0 . 0,9 M= 0,1538 mol/L C = 10 . 1 . 0,9 ∴C = 9g/L b) Concentração inicial = 27g/L: C = →logo: m = C . V, então, considerando que a solução final é o soro fisio lógico, temos: C . V = C’ . V’ 27 . 1 = 9 . V’ V’ = 3L de soro fisiológico 4. O ácido nítrico é um dos ácidos mais utilizados na indústria e em laboratórios químicos. É comercializado em diferentes concentrações e volumes, como frascos de 1 litro de solução aquosa, que contém 60% em massa de HNO 3 (massa molar 63g/mol). Por se tratar de ácido forte, encontra-se totalmente na forma ionizada quando em solução aquosa diluída. É um líquido incolor, mas adquire coloração castanha quando exposto à luz, devido à reação de fotodecomposição. Nesta reação, o ácido nítrico decompõe-se em dióxido de nitrogênio, gás oxigênio e água. a) Escreva as equações químicas, devidamente balan ceadas, da reação de fotodecomposição do ácido nítrico e da ionização do ácido nítrico em meio aquoso. b) A 20°C, a solução aquosa de ácido nítrico descrita apresenta concentração 13,0 mol/L. Qual é a densidade desta solução nessa mesma temperatura? Apresente os cálculos efetuados. RESOLUÇÃO: a) Fotodecomposição do ácido nítrico 2HNO 3 →2NO 2 + 1/2 O 2 + 1H 2 O Ionização do ácido nítrico em meio aquoso HNO 3 + H 2 O →H 3 O + + NO 3 – ou H 2 O HNO 3 →H + + NO 3 – b) Cálculo da massa de HNO 3 em 1L de solução 1 mol de HNO 3 ––––––––– 63g 13,0 mol de HNO 3 ––––––––– x x = 819g de HNO 3 Cálculo de massa da solução 819g ––––––– 60% y ––––––– 100% y = 1365g de solução Densidade da solução d = = = 1365g/L = 1,365g/mL m(g) ––––– V(L) m ––– V 1365g ––––– 1L C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 4 – 5 Q U Í M I C A B E 5. Uma solução foi preparada com 17,5g de sulfato de potássio (K 2 SO 4 ) e água suficiente para obter 500mL de solução. Determine a concentração em mol . L –1 dos íons potássio e dos íons sulfato na solução. Massas molares em g . mol –1 : K = 39, S = 32, O = 16. RESOLUÇÃO: Cálculo da massa molar do K 2 SO 4 : M = (2 . 39 + 1 . 32 + 4 . 16) g . mol –1 = 174 g.mol –1 Cálculo da quantidade de matéria do K 2 SO 4 : 1 mol –––––––––– 174g x –––––––––– 17,5g x = 0,1 mol Cálculo da concentração em mol . L –1 do K 2 SO 4 : 0,1 mol de K 2 SO 4 –––––––– 0,5L de solução y –––––––– 1L de solução y = 0,2 mol ∴M= 0,2 mol . L –1 Cálculo das concentrações dos íons: K 2 SO 4 →2K + + SO 4 2– 1 mol 2 mol 1 mol 0,2 mol . L –1 z w z = 0,4 mol . L –1 w = 0,2 mol . L –1 [K + ] = 0,4 mol . L –1 [SO 4 2– ] = 0,2 mol . L –1 C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 5 6 – Q U Í M I C A B E 1. A figura a seguir apresenta as curvas de pressão de vapor de três líquidos puros, 1, 2 e 3, em função da temperatura. Considere que os líquidos estão submetidos à mesma pressão e analise as seguintes afirmações: I. Quando os líquidos estão em suas respectivas temperaturas de ebulição, a pressão de vapor do líquido 1 é maior que a dos líquidos 2 e 3. II. Quando se adiciona um soluto não volátil ao líquido 2, observa- se um aumento no seu ponto de ebulição. III. Na temperatura ambiente, o líquido 3 é o mais volátil. IV. A maior intensidade das forças intermoleculares no líquido 3 é uma explicação possível para o comportamento observado. Está correto apenas o que se afirma em a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. RESOLUÇÃO: I) Errada. Quando os líquidos estão em suas respectivas tem peraturas de ebulição, a pressão de vapor é igual para os três líquidos. II) Correta. Esse fenômeno é denominado ebulioscopia. III) Errada. Na temperatura ambiente (25°C), o líquido 1 é o mais volátil. IV) Correta. Quanto maior a força intermolecular, menor a pressão de vapor e maior o ponto de ebulição. Resposta: D 2. Dadas as soluções aquosas 1. 0,1 mol/L de glicose 2. 0,1 mol/L de cloreto de sódio a) Qual a solução em que o solvente tem maior tem pe ra tura de ebulição? Justifique. b) Qual a solução em que o solvente tem maior tem pera tura de congelação? Justifique. c) Qual solução tem maior pressão osmótica? RESOLUÇÃO: glicose(s) → glicose(aq) 0,1 mol 0,1 mol/L H 2 O NaCl (s) → Na + (aq) + Cl – (aq) 0,1 mol 0,1 mol/L 0,1 mol/L total = 0,2 mol/L a) Solução 2. Maior número de partículas dispersas. b) Solução 1. Menor número de partículas dispersas. c) Solução 2. Maior número de partículas dispersas. π = M R T i MÓDULO 3 3 Propriedades Coligativas C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 6 – 7 Q U Í M I C A B E 3. O dióxido de carbono tem diversas e importantes aplicações. No estado gasoso, é utilizado no combate a incêndios, em especial quando envolvem materiais elétricos; no estado sólido, o denominado gelo seco é utilizado na refrigeração de produtos perecíveis, entre outras aplicações. A figura apresenta um esboço do diagrama de fases para o CO 2 . Com base nas informações fornecidas pelo diagrama de fases para o CO 2 , é correto afirmar que a) o CO 2 estará no estado líquido para qualquer valor de temperatura, quando sob pressão igual a 67 atm. b) o CO 2 pode passar diretamente do estado sólido para o gasoso, quando a pressão for menor que 5,1 atm. c) haverá equilíbrio entre os estados líquido e gasoso para qualquer valor de pressão, quando sob temperatura igual a 25 ºC. d) as curvas representam as condições de temperatura e pressão em que existe uma única fase do CO 2 . e) há mais de um conjunto de condições de pressão e temperatura em que coexistem as três fases em equilíbrio. RESOLUÇÃO: Para pressão menor que 5,1 atm, aumentando a temperatura, o CO 2 no estado sólido passa direta mente para o CO 2 no estado gasoso (sublimação). O ponto que corresponde a 5,1 atm e – 56°C é chamado de ponto triplo, on - de coexistem em equilíbrio os três estados físicos (sólido → ← líquido → ← ga - soso). As curvas representam o estado de equilíbrio entre duas fases (S → ← L, L → ← V, S → ← V). Resposta: B 4. (UFSCar) – Um tipo de sapo do Sudeste da Ásia, Rana cancrivora, nasce e cresce em locais de água doce, tais como rios e lagos. Depois de atingir seu desenvolvimento pleno neste ambiente, o sapo adulto possui duas características marcantes. A primeira delas é ser dotado de uma pele com alta permeabilidade, que lhe permite trocar eficiente - mente O 2 e CO 2 gasosos, água e íons, entre seus tecidos e o meio aquático externo. A segunda carac terística é que na procura por alimentos ele se move para manguezais, onde o teor salino é muito mais elevado que o do seu meio aquático original. Para evitar os danos que poderiam resultar da mudança de ambientes, o sapo dispõe de recursos metabólicos, que podem envolver a diminuição da excreção de NaCl ou da ureia (H 2 N – CO – NH 2 ) contidos em seu corpo, sendo que neste caso a ureia não sofre hidrólise. a) Supondo que o controle dos efeitos da mudança de ambiente fosse feito exclusivamente pela retenção de NaCl pelo organismo deste sapo, seria necessária a retenção de 2,63g de NaCl por 100 mililitros de líquido corporal. Se o controle fosse feito exclusiva mente pela retenção de ureia pelo organismo deste sapo, calcule a quantidade, em gramas, de ureia por 100 mililitros de líquido corporal para obter o mesmo efeito de proteção que no caso do NaCl. b) Considerando outra espécie de sapo, cuja pele fosse permeável apenas ao solvente água, escreva o que ocorreria a este sapo ao se mover da água doce para a água salgada. Justifique sua resposta. Dados: massas molares: NaCl = 58,4 g mol –1 ; ureia = 60,0 g mol –1 . RESOLUÇÃO: a) Cálculo da quantidade, em mols, contida em 2,63g de NaCl: n = ⇒n = ⇒ H 2 O NaCl(s) → Na + (aq) + Cl – (aq) 0,045mol 0,045mol 0,045mol 144424443 0,090mol de partículas A ureia não sofre hidrólise. Logo, para obter o mesmo efeito de proteção que o NaCl, será necessário igual número de partículas dispersas em 100mL de líquido corporal (0,090mol): Quantidade, em gramas, de ureia: n = ⇒0,090mol = ⇒ Serão necessários 5,40g de ureia. b) Ao se mover da água doce para a salgada, por osmose haveria perda de água do sapo em virtude da maior concentração de partículas dispersas no meio externo que é hipertônico com relação aos seus tecidos. 70 60 50 40 30 20 10 67 5,1 P r e s s ã o ( a t m ) sólido líquido gás -56 -60 -40 -20 0 20 25 Temperatura (ºC) m ––– M 2,63g ––––––––– 58,4g/mol n = 0,045mol de NaCl em 100mL de líquido corporal m ––– M m ––––––––– 60,0g/mol m = 5,40g C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 7 8 – Q U Í M I C A B E 1. Se todo o calor obtido pela combustão de 0,10 mol de metano fosse aproveitado no aquecimento de 1,0 x 10 3 g de água inicialmente a 10°C, qual seria a temperatura final da água? Dados: Calor específico da água = 1,0 cal g –1 grau 1– RESOLUÇÃO: Na queima de 1 mol de CH 4 , obtêm-se 200kcal, portanto, o calor liberado na queima de 0,1 mol será 20kcal ou 20.000cal. Q = m c ∆t 20.000 = 1000 . 1 . ∆t ∆t = ∴ ∆t = 20°C ∆t = t final – t inicial 20 = t final – 10 Resposta: t final = 30°C 2. (UNESP) – Sob certas circunstâncias, como em locais sem acesso a outras técnicas de soldagem, pode-se utilizar a reação entre alumínio (Al) pulverizado e óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) para soldar trilhos de aço. A equação química para a reação entre alumínio pulverizado e óxido de ferro (III) é: 2Al(s) + Fe 2 O 3 (s) →Al 2 O 3 (s) + 2Fe(s) O calor liberado nessa reação é tão intenso que o ferro produzido é fundido, podendo ser utilizado para soldar as peças desejadas. Co nhe cendo-se os valores de entalpia de formação para o Al 2 O 3 (s) = –1676 kJ/mol e para o Fe 2 O 3 (s) = –824 kJ/mol, nas condições padrão (25ºC e 1 atmosfera de pressão), calcule a entalpia dessa reação nessas condições. Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO 2 Al(s) + Fe 2 O 3 (s) → Al 2 O 3 (s) + 2Fe(s) ∆H 0 f = zero ∆H 0 f = – 824 ∆H 0 f = – 1676 ∆H 0 f = zero ∑∆H 0 f = – 824 ∑∆H 0 f = – 1676 reagentes produtos ∆H reação =∑∆H 0 f – ∑∆H 0 f = – 1676 – (– 824 ) produtos reagentes 3. O gás cloro, Cl 2 , é altamente tóxico, pois, ao ser ina lado, reage com a água existente nos pulmões, formando HCl, ácido clorídrico, capaz de provocar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Cl 2 (g) + H 2 O(g) →HCl(g) + HClO(g) Calcular a variação de entalpia, para a reação acima, sendo dadas as energias de ligação. RESOLUÇÃO: O O / \ / \ Cl — Cl + H H → H — Cl + H Cl ligações rompidas ligações formadas 1Cl — Cl : 1 . 243kJ 1H — Cl : 1(– 431kJ) 2H — O : 2 . 464kJ 1H — O : 1(– 464kJ) –––––––––––––––––––– 1O — Cl : 1(– 205kJ) Total: 1171kJ –––––––––––––––––––– Total: –1100kJ ∆H = + 1171kJ – 1100kJ CH 4 (g) + 2O 2 (g) →2H 2 O(l) + CO 2 (g) ∆H = – 200kcal/mol de CH 4 20.000 ––––––– 1.000 kJ –––– mol kJ –––– mol kJ ∆H reação = – 852 –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol Ligação Energia de ligação (kJ/mol) a 25°C e 1 atm Cl — Cl 243 H — O 464 H — Cl 431 Cl — O 205 ∆H = + 71kJ MÓDULO 4 4 Termoquímica C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 8 – 9 Q U Í M I C A B E 4. As variações de entalpia (∆H) do oxigênio, do estanho e dos seus óxidos, a 298K e 1 bar, estão representadas no diagrama a seguir. Assim, a formação do SnO(s), a partir dos elementos, corresponde a uma variação de entalpia de – 286kJ/mol. a) Calcule a variação de entalpia (∆H 1 ) correspondente à decom - posição do SnO 2 (s) nos respectivos elementos, a 298K e 1 bar. b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de entalpia (∆H 2 ) da reação entre o óxido de estanho (II) e o oxigênio, produzindo o óxido de estanho (IV), a 298K e 1 bar. RESOLUÇÃO: a) SnO 2 (s) →Sn(s) + O 2 (g) Através do diagrama, o valor do ∆H 1 é + 581kJ/mol b) SnO(s) + ½O 2 (g) →SnO 2 (s) Pelo diagrama, temos: – 581kJ = – 286kJ – x x = – 295kJ ∆H 2 = – 295kJ 5. O cultivo da cana-de-açúcar faz parte da nossa história, desde o Brasil Colônia. O açúcar e o álcool são seus principais produtos. Com a crise mundial do petróleo, o incentivo à fabricação de carros a álcool sur giu, na década de 1970, com o Proálcool. Esse Programa Nacional acabou sendo extinto no final da década de 1990. Um dos pontos altos nas discussões em Joanes burgo sobre desen volvimento sustentável foi o pacto entre Brasil e Alemanha para investi mento na produção de carros a álcool. a) Escreva a equação de combustão do etanol, devi da mente balan - ceada. Calcule o calor de com bus tão de 1 mol de etanol, a partir das seguintes equações: ∆H f (kJ/mol) C (s) + O 2 (g) →CO 2 (g) – 394 H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) →H 2 O (l) – 286 2 C (s) + 3 H 2 (g) +1/2 O 2 (g) →C 2 H 5 OH (l) – 278 b) A reação de combustão do etanol é endotérmica ou exotémica? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A equação de combustão completa do etanol pode ser ex pressa por: C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g) → 2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) Cálculo do ∆H de combustão a partir da Lei de Hess: Inverter a equação III: C 2 H 5 OH(l) →2C(s) + 3H 2 (g) + 1/2O 2 (g) ∆H = + 278kJ Multiplicar a equação I por 2: 2C(s) + 2O 2 (g) →2CO 2 (g) ∆H = – 788kJ Multiplicar a equação II por 3: 3H 2 (g) + O 2 (g) →3H 2 O(l) ∆H = – 858kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g) →2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) ∆H = – 1368kJ b) A reação é exotérmica, pois o ∆H é negativo. 3 –– 2 -286 kJ/mol Sn(s) + O (g) 2 SnO(s) + 0,5 O (g) 2 -581 kJ/mol SnO (s) 2 H C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 9 10 – Q U Í M I C A B E 1. Em leite adulterado, é comum encontrar peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), substância adicionada pelo fraudador com a finalidade de diminuir o desenvolvimento de micro-organismos provenientes de manipulação e estoca gem inadequadas do produto. Um teste simples para a detecção dessa substância consiste em gotejar solução aquosa de iodeto de potássio em uma amostra acidificada do leite a ser analisado. Caso contenha H 2 O 2 , a amostra adquirirá coloração amarelada devido à formação de iodo, uma molécula diatômica.Escreva a equação química que representa a reação entre o peróxido de hidrogênio e o iodeto em meio ácido, com produção de iodo e água, apresentando os números de oxidação para o iodo no reagente (íon iodeto) e no produto (iodo molecular). RESOLUÇÃO: A equação química que representa a reação entre o peróxido de hidrogênio e o iodeto em meio ácido com produção de iodo e água é: redução: H 2 O 2 : e – = 1 . 2 = 2 1 oxidação: I 2 : e – = 1 . 2 = 2 1 1H 2 O 2 + 2I – + 2H + →1I 2 + 2H 2 O I – : Nox do I no íon iodeto = 1 – I 2 : Nox do I no iodo molecular = 0 2. Com a entrada em vigor, em 2008, da Lei Seca no Brasil, a quantidade de álcool ingerido passou a ser medida pela polícia por meio da determinação do teor de álcool presente no ar exalado pelo motorista investigado.A determinação do teor alcoólico é feita por meio do etilômetro, que consiste numa célula eletroquímica que gera corrente elétrica quando álcool etílico está presente no ar exalado, devido à ocorrência da reação global representada a seguir: 2CH 3 CH 2 OH(g) + O 2 (g) →2CH 3 CHO(g) + 2H 2 O(l) Durante o teste, o motorista investigado sopra através de um tubo para o interior do aparelho, no qual há dois eletrodos de platina separados por eletrólito, que permite a passagem dos íons H + . Se houver álcool presente no ar exalado pelo motorista, no primeiro eletrodo de platina ocorre a semirreação na qual o etanol é convertido em etanal, com a liberação de íons H + e elétrons. Os elétrons liberados passam pelo circuito elétrico externo, gerando uma corrente proporcional à quan ti - dade de álcool contido no ar exalado. Os íons H + , por sua vez, atraves - sam o eletrólito e, no outro eletrodo de platina, reagem com o O 2 e com os elétrons que passaram pelo circuito externo, formando água. Com base nessas informações sobre o etilômetro, escreva e identifique as equações químicas que correspondem às semirreações de oxidação e de redução que ocorrem nesse processo. RESOLUÇÃO: Semirreação de oxidação: etanol é convertido em etanal com liberação de H + e elétrons: CH 3 CH 2 OH →CH 3 CHO + 2H + + 2e – etanol etanal ou Semirreação de redução: íons H + reagem com o O 2 e com os elétrons, formando H 2 O. 2H + + ½O 2 + 2e – → H 2 O ou 4H + + O 2 + 4e – → 2H 2 O 1– 1– 0 2– H 2 O 2 + I – + H + → I 2 + H 2 O redução ∆ = 1 oxidação ∆ = 1 CH 3 — C — OH — — H H CH 3 — C — — — H O 1+ 1– 2CH 3 CH 2 OH 2CH 3 CHO + 4H + + 4e – oxidação O 2 redução 0 H 2 O –2 MÓDULO 5 5 Oxidorredução – Eletroquímica C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 10 – 11 Q U Í M I C A B E 3. Dentre os elementos, há alguns com grande tendência à oxidação, como sódio, enquanto outros, como platina, são muito resistentes à oxidação. Um valor que indica a tendência à oxidação ou à redução é o potencial padrão de redução, E 0 , que pode ser obtido experimen - talmente e é representado em semirreações, como exemplificado a seguir: Li + + e – = Li E 0 = –3,04V Ag + + e – = Ag E 0 = 0,80V. Em reações de oxidação e redução, há fluxo de elétrons e, quando isso gera energia, forma-se uma pilha, fonte de energia bastante comum nos dias de hoje. Considere uma pilha formada a partir de lítio e prata em seus estados de oxidação mais comuns. a) Escreva a equação global da reação dessa pilha. b) Calcule a diferença de potencial desta pilha, em con dições padrão. RESOLUÇÃO: a) O cátion Ag + vai sofrer redução, pois tem maior potencial de redução, enquanto o metal Li sofre oxidação, pois tem maior potencial de oxidação. anodo: Li →Li + + e – E 0 oxi = 3,04V catodo: Ag + + e – →Ag E 0 red = 0,80V equação : Li + Ag + →Li + + Ag ∆E 0 = 3,84V global b) ∆E 0 = 3,84V 4. A figura apresenta a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de níquel(II), NiCl 2 . São dados as semirreações de redução e seus respec tivos potenciais: Cl 2 (g) + 2e – → 2Cl – (aq) E 0 = + 1,36 V Ni 2+ (aq) + 2e – → Ni(s) E 0 = – 0,24 V a) Indique as substâncias formadas no anodo e no catodo. Justifique. b) Qual deve ser o mínimo potencial aplicado pela bateria para que ocorra a eletrólise? Justifique. RESOLUÇÃO: a) As semirreações que ocorrem na eletrólise são: polo ᮎ(catodo): Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni(s) polo ᮍ(anodo): 2Cl – (aq) →2e – + Cl 2 (g) No catodo (onde ocorre a redução), temos a forma ção do metal níquel e no anodo (onde ocorre a oxi dação), a formação do gás cloro. b) Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni(s) –0,24V 2Cl – (aq) → 2e – + Cl 2 (g) –1,36V _______________________________________ Ni 2+ (aq) + 2Cl – (aq) →Ni(s) + Cl 2 (g) –1,60V O mínimo potencial aplicado pela bateria para que ocorra a eletrólise é 1,60V. 5. A superfície de uma peça metálica foi cromada por meio da eletrólise de 500 mL de uma solução aquosa, contendo íons Cr 3+ em concentração de 0,1 mol/L. a) Escreva a equação da semirreação em que íons de cromo são transformados em cromo metálico. b) Sendo 1 faraday a carga elétrica de 1 mol de elétrons, e consi - derando rendimento de 100%, que carga elé trica é necessária para eletrolisar todo o cromo presente na solução? RESOLUÇÃO a) Cr 3+ (aq) + 3e – →Cr 0 (s) b) Cálculo da quantidade de íons Cr 3+ : 0,1 mol de Cr 3+ –––––– 1000 mL x mol de Cr 3+ –––––– 500 mL ⇒x = 0,05 mol de Cr 3+ 3 mol de e – –––––– 1 mol de Cr 3+ y mol de e – –––––– 0,05 mol de Cr 3+ y = 0,15 mol de e – 1 mol de e – –––––– 1 faraday 0,15 mol de e – –––––– z faraday z = 0,15 faraday Nota: Um faraday equivale a aproximadamente 96 500C. Em coulomb, a carga elétrica seria 0,15 x 96 500C = 14 475C C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 11 1. (UNIFESP) – Dois experimentos foram realizados em um labo - ratório de química. Experimento 1: Três frascos abertos contendo, separadamente, volumes iguais de três solventes, I, II e III, foram deixados em uma capela (câmara de exaustão). Após algum tempo, verificou-se que os volumes dos solventes nos três frascos estavam diferentes. Experimento 2: Com os três solventes, foram preparadas três misturas binárias. Verificou-se que os três solventes eram miscíveis e que não reagiam quimicamente entre si. Sabe-se, ainda, que somente a mistura (I + III) é uma mistura azeotrópica. a) Coloque os solventes em ordem crescente de pressão de vapor. Indique um processo físico adequado para separação dos solventes na mistura (I + II). b) Esboce uma curva de aquecimento (temperatura x tempo) para a mistura (II + III), indicando a transição de fases. Qual é a diferença entre as misturas (II + III) e (I + III) durante a ebulição? RESOLUÇÃO: a) O solvente mais volátil apresenta maior pressão de vapor, assim a ordem crescente de volatilidade dos solventes é: I < III < II. Um método para separar os solventes da mistura (I + II) seria a destilação fracionada. b) Curva de aquecimento para a mistura (II + III): Durante a ebulição, a temperatura da mistura (I + III) fica constante (azeótropo); no caso da mistura (II + III), a temperatura não fica constante. 2. (UFSCar) – Uma das fontes de poluição ambiental gerada pelas atividades de um posto de gasolina é o efluente resultante de lavagem de veículos. Este efluente é uma mistura que contém geralmente água, areia, óleo e sabão. Para minimizar a poluição ambiental, antes de ser lançado na rede de esgoto, esse efluente deve ser submetido a tratamento, cujo processo inicial consiste na passagem por uma “caixa de separação”, esquematizada na figura que se segue. Sabendo-se que água e sabão formam uma única fase, e que os óleos empregados em veículos são menos densos e imiscíveis com esta fase (água + sabão), pede-se: a) Escreva os nomes dos componentes desse efluente que se acumulam nos espaços 1 e 2. b) Escreva o nome do processo responsável pela se pa ração dos componentes do efluente nos espaços 1 e 2 RESOLUÇÃO: a) Espaço 1: O componente que se acumula é a areia, que, por ser o mais denso entre todos os outros componentes, sedimenta-se nesse recipiente. Espaço 2: O componente que se acumula é o óleo, que, por ser menos denso que a mistura água + sa bão, fica retido no topo desse recipiente. b) Como a propriedade que determina a separação dessa mistura nos espaços 1 e 2 é a densidade, o nome desse processo é a decantação. 12 – Q U Í M I C A B E MÓDULO 6 6 Substância e Mistura, Leis das Combinações Químicas C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 12 – 13 Q U Í M I C A B E 3. (UNICAMP) – Depois das 19 horas, os convidados começaram a chegar. Dina os recepcionava no bar, onde havia dois baldes: um deles com gelo e o outro com gelo seco. Dina bradava aos quatro cantos: “Isso faz a festa tornar-se mais química, já que esses sólidos serão usados para resfriar as bebidas!” Para cada bebida, Estrondosa escolhia o sólido mais apropriado. Curiosamente alguém pediu duas doses iguais de uísque, uma com gelo e outra com gelo seco, mas colocou os copos em uma mesa e não consumiu as bebidas. Passado um certo tempo, um colega de faculdade resolveu verificar se Dina ainda era a “sabichona” de antigamente, e foi logo perguntando: a) “Esses sólidos, quando colocados nas bebidas, sofrem transfor ma - ções. Que nomes são dados para essas duas transformações? E por que essas transformações fazem com que as bebidas se resfriem?” b) “Dina, veja essas figuras e pense naqueles dois copos de uísque que nosso amigo não bebeu. Qual copo, da situação inicial, corresponde ao copo d da situação final? Em algum dos copos, a concentração final de álcool ficou diferente da concentração inicial? Por quê?” Obs.: considerar a figura para responder ao item b. RESOLUÇÃO: a) Com gelo: fusão: H 2 O(s) →H 2 O(l). Com gelo seco: sublimação: CO 2 (s) →CO 2 (g) Esses processos são endotérmicos, absorvendo o calor das bebidas, resfriando-as, portanto. b) O copo x na situação inicial continha gelo seco, que é mais denso que a bebida e que, ao sublimar, faz com que o nível de bebida no copo fique mais baixo, copo d. No copo c, a concentração de álcool diminuiu, pois a fusão do gelo aumenta o volume da solução e, consequentemente, a dilui. Note que no copo y, o gelo não faz parte da solução. 4. O fluxograma acima representa o processo de se paração da mistura de água, óleo, areia e sulfato de cobre. Sabe-se que o sulfato de cobre não é solúvel em óleo e que está completamente dissolvido na água. Com base nessas informações e nos conhecimentos sobre misturas, indique: a) Os processos de separação de misturas que foram utilizados. b) Equacione a reação de neutralização que leva à formação do sal presente na mistura. RESOLUÇÃO: a) I. Filtração. II. Decantação. III. Evaporação / destilação. b) H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 →CuSO 4 + 2H 2 O 5. Numa primeira experiência, colocando-se 2,4g de magnésio em presença de 9,1g de cloro, veri fica-se a formação de 9,5g de cloreto de magnésio com um excesso de 2g de cloro. Numa segunda experiên cia, adicionando-se 5g de magnésio a 14,2g de cloro, formam-se 19g de cloreto de magnésio com 0,2g de magnésio em excesso. Veri ficar se os resultados estão de acordo com as Leis de Lavoisier e de Proust. RESOLUÇÃO: A reação da experiência é: 1.ª exp.: 2,4g + 7,1g = 9,5g LAVOISIER: { obedece 2.ª exp.: 4,8g + 14,2g = 19,0g 2,4g 7,1g 9,5g PROUST: { ––––– = –––––– = –––––– = constante = 0,5 obedece 4,8g 14,2g 19,0g magnésio + cloro → cloreto de magnésio 1.ª experiência 2,4g 9,1 – 2g = 7,1g 9,5g 2.ª experiência 5g – 0,2g = 4,8g 14,2g 19,0g C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 13 14 – Q U Í M I C A B E 1. Estudos pré-clínicos têm de mons trado que uma droga conhecida por aprepitante apresenta ação inibitória dos vômitos induzidos por agentes qui mioterápicos citotóxicos, tais como a cisplatina. Essa droga apre senta a seguinte fórmula estrutural: Duas das funções orgânicas encontradas na estrutura dessa droga são a) cetona e amina. b) cetona e éter. c) amina e éter. d) amina e éster. e) amida e éster. RESOLUÇÃO: A estrutura, a seguir, apresenta as funções: Resposta: C 2. Identifique todos os grupos fun cio nais presentes nos seguintes compostos: a) vanilina, o composto responsável pelo sabor de bau nilha; b) carvona, o composto responsável pelo sabor de hortelã. RESOLUÇÃO: a) Os grupos funcionais presentes na vanilina, cuja fór mula estrutural está representada abaixo, são: b) Os grupos funcionais presentes na carvona são: MÓDULO 7 7 Funções Orgânicas e Isomeria C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 14 3. Associe de cima para baixo: 1. ( ) isômeros funcionais 2. H 3 C — CH — CH 3 e ( ) metâmeros (isômeros | de compensação) OH H 3 C — CH 2 — CH 2 — OH CH 2 3. H 2 C=CH—CH 3 e H 2 C — CH 2 ( ) tautômeros 4. H 3 C—O—CH 2 —CH 2 — CH 3 ( ) isômeros de posição e H 3 C—CH 2 —O—CH 2 —CH 3 5. ( ) isômeros de cadeia RESOLUÇÃO: 5, 4, 1, 2, 3 4. As abelhas rainhas produzem um feromônio cuja fór mula é apresentada a seguir. O || CH 3 — C — (CH 2 ) 5 — CH =CH — COOH a) Forneça o nome de duas funções orgânicas pre sentes na molécula deste feromônio. b) Sabe-se que um dos compostos responsáveis pelo poder regulador que a abelha rainha exerce sobre as demais abelhas é o isômero trans deste fero mô nio. Forneça as fórmulas estruturais dos isômeros cis e trans e identifique-os. RESOLUÇÃO: a) O feromônio: possui as funções cetona e ácido carboxílico. b) Os isômeros cis e trans são: Obs.: As condições para que uma subs tância apresente isomeria cis-trans é possuir dupla ligação entre átomos de carbono e ligantes diferentes entre si em cada carbono da dupla. H 3 C — C — — — O H H 2 C = C — H — OH CH 3 OH CH 2 — OH e – 15 Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 15 5. O ibuprofen é um anti-inflamatório muito usado. Sobre este composto, é correto afirmar que a) sua fórmula molecular é C 13 H 18 O 2 . b) não tem carbono assimétrico. c) pertence à função amina. d) apresenta cadeia heterocíclica saturada. e) tem massa molar igual a 174 g/mol. Dados: Massas molares em g/mol: C = 12, H = 1 e O = 16. RESOLUÇÃO: O ibuprofen: tem fórmula molecular C 13 H 18 O 2 , possui um átomo de car bo no assimétrico, pertence à função ácido car boxílico, possui cadeia aromática e tem massa molar 206 g/mol. Resposta: A 6. Moléculas que apresentam carbono quiral são muito comuns na natureza. Para os organismos vivos, a quira lidade é particularmente importante, pois uma molé cula que apresenta imagem especular pode pro vocar um efeito fisiológico benéfico, enquanto a que representa sua imagem no espelho pode ser inerte ou provocar problemas de saúde. Na síntese de medicamentos, a existência de carbono quiral é sempre uma preocu pação, pois embora duas moléculas possam ter a mesma fórmula molecular, apenas uma delas poderá ser ativa. O naproxeno, cuja molécula é representada a seguir, é o princípio ativo de um antiinfla - matório. Seu enanciômero não apresenta efeito sobre a inflamação e ainda pode provocar problemas no fígado. Indique o carbono quiral e identifique as funções presentes nessa molécula. RESOLUÇÃO: Considere a fórmula estrutural: O carbono quiral ou assimétrico está indicado com asterisco. As funções presentes no naproxeno são: éter e ácido carboxílico. 16 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 16 Reação de substituição: | | | | — C — C — H + AA → — C — C — A + HA | | | | ordem de substituição: C3 ário > C2 ário > C1 ário 1. Escreva as fórmulas estruturais dos compostos alcanoclorados obtidos pela reação entre o 2-metilbutano e o gás cloro. RESOLUÇÃO: CH 3 — CH — CH 2 — CH 3 + Cl 2 → | CH 3 Cl Cl | | CH 2 — CH — CH 2 — CH 3 ; CH 3 — C — CH 2 — CH 3 ; | | CH 3 CH 3 Cl Cl | | CH 3 — CH — CH — CH 3 ; CH 3 — CH — CH 2 — CH 2 | | CH 3 CH 3 Reação de Adição: A B A B | | +AB | | —C≡C— +AB →—C=C— → —C— C — | | A B Regra de Markovnikov: H entra no C da dupla ou tripla mais hidro - genado. 2. Dois isômeros estruturais são produzidos quando brometo de hidrogênio reage com 2-penteno. a) Dê o nome e as fórmulas estruturais dos dois isômeros. b) Qual é o nome dado a este tipo de reação? Se fosse 2-buteno no lu - gar de 2-penteno, o número de isô me ros estruturais seria o mesmo? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A reação de brometo de hidrogênio com 2-penteno produz dois isômeros estruturais (isomeria plana): 2CH 3 — CH =CH — CH 2 — CH 3 + 2HBr → →CH 3 — CH — CH 2 — CH 2 — CH 3 + | Br 2-bromopentano + CH 3 — CH 2 — CH — CH 2 — CH 3 | Br 3-bromopentano b) É uma reação de adição. Se a reação fosse com 2-buteno, formar-se-ia apenas o 2-bro mobutano (o 2-buteno é simétrico com relação à dupla ligação). CH 3 — CH =CH — CH 3 + HBr →CH 3 — CH — CH 2 — CH 3 | Br 2-bromobutano Lembrete: Questão 1 Lembrete: Questão 2 – 17 Q U Í M I C A B E MÓDULO 8 8 Reações Orgânicas I C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 17 3. O que ocorreu com a seringueira, no final do século XIX e início do XX, quando o látex era retirado das árvores nativas sem preocupação com o seu cultivo, ocorre hoje com o pau-rosa, árvore típica da Amazônia, de cuja casca se extrai um óleo rico em linalol, fixador de perfumes cobiçado pela indústria de cosméticos. Diferente da seringueira, que explorada racionalmente pode produzir látex por décadas, a árvore do pau-rosa precisa ser abatida para a extração do óleo da casca. Para se obter 180 litros de essência de pau-rosa, são necessárias de quinze a vinte toneladas dessa madeira, o que equivale à derrubada de cerca de mil árvores. Além do linalol, outras substâncias constituem o óleo essencial de pau-rosa, entre elas: Considerando as fórmulas estruturais das substâncias I, II e III, classifique cada uma quanto à classe funcional a que pertencem. Represente a estrutura do produto da adição de 1 mol de água, em meio ácido, também conhe cida como reação de hidratação, à substância alfa- terpineol. RESOLUÇÃO: A reação de hidratação da substância alfa-terpineol é: 18 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 18 4. Grupos ligados ao anel benzênico interferem na sua reatividade. Alguns grupos tornam as posições orto e para mais reativas para reações de substituição e são chamados orto e para dirigentes, enquanto outros grupos tornam a posição meta mais reativa, sendo chamados de meta dirigentes. • Grupos orto e para dirigentes: – Cl, – Br, – NH 2 , – OH, – CH 3 • Grupos meta dirigentes: – NO 2 , – COOH, – SO 3 H As rotas sintéticas I, II e III foram realizadas com o objetivo de sintetizar as substâncias X, Y e Z, respectivamente. Escreva as fórmulas estruturais dos produtos intermediários e de X, Y e Z. RESOLUÇÃO: (I) 1.ª Etapa – Nitração do benzeno na presença de catalisador (H 2 SO 4 ) 2.ª Etapa – Cloração do nitrobenzeno na presença de AlCl 3 como catalisador. (II) 1.ª Etapa – Monocloração do benzeno na presença de catalisador (AlCl 3 ) 2.ª Etapa – Dicloração (III) 1.ª Etapa – Reação do benzeno com cloreto de metila (Friedel Crafts) na presença de catalisador (AlCl 3 ) 2.ª Etapa – Nitração do tolueno – 19 Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 19 5. Uma das principais fontes de energia térmica utilizadas atualmente no Estado de São Paulo é o gás natural proveniente da Bolívia (constituído principalmente por metano). No entanto, devido a problemas políticos e econômicos que causam eventuais interrupções no fornecimento, algumas empresas estão voltando a utilizar o GLP (gás liquefeito de petróleo, constituído principalmente por butano). Forneça as equações químicas para a combustão de cada um desses gases e calcule os volumes de cada um deles que produzem 22,4 litros de CO 2 . RESOLUÇÃO: Combustão do gás natural (principalmente metano): CH 4 (g) + 2O 2 (g) →CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Combustão do GLP (principalmente butano): C 4 H 10 (g) + 13/2O 2 (g) →4CO 2 (g) + 5H 2 O(g) Admitindo que os gases formados e os gases reagentes se encontrem na mesma temperatura e pressão, a proporção em mols é igual à proporção volumétrica. Para o gás natural, teremos: produz 1V de CH 4 →1V de CO 2 x → 22,4L de CO 2 x = 22,4L de CH 4 Para o gás liquefeito de petróleo, teremos: 1V de C 4 H 10 →4V de CO 2 y → 22,4L de CO 2 y = 5,6L de C 4 H 10 20 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 20 – 21 Q U Í M I C A B E 1. Quando o etanol é posto em contato com o ácido sulfúrico, a quente, ocorre uma reação de desidra tação, e os produtos formados estão relacionados à temperatura de reação. A desidratação intramolecular ocorre a 170°C e a desidratação intermolecular a 140°C. Os produtos da desidratação intramolecular e da intermolecular do etanol são, respectivamente, a) etano e etoxieteno. b) eteno e etoxietano. c) etoxieteno e eteno. d) etoxietano e eteno. e) etoxieteno e etano. RESOLUÇÃO: Desidratação intramolecular: H OH | | H 2 SO 4 H 2 C — CH 2 →H 2 C = CH 2 + H 2 O 170°C Eteno Desidratação intermolecular: H 2 SO 4 H 3 C — CH 2 —OH + H O — CH 2 — CH 3 → 140°C H 3 C — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 + H 2 O Etoxietano Resposta: B 2. A reação química entre um ácido carboxílico e um álcool é chamada de esterificação. Nessa reação, forma-se também água, devido à saída de um H do grupo OH do álcool e o grupo OH do ácido, como indica o exemplo Complete a equação a seguir e dê o nome do composto orgânico for - mado. RESOLUÇÃO: propanoato de metila 3. O éster etanoato de octila é a substância responsável pelo aroma característico das laranjas, podendo ser sintetizada em uma única etapa de síntese. Apresente a equação para a reação de produção do éster etanoato de octila, empregando como reagentes um álcool e um ácido carboxílico. RESOLUÇÃO: A reação entre ácido carboxílico e álcool é chamada de esterificação. O éster etanoato de octila é obtido a partir da reação: I) Oxidação enérgica de alceno com KMnO 4 ou K 2 Cr 2 O 7 em meio ácido (H 2 SO 4 ) [O] R — C =C —R →R — C =O + O =C —R | | H + | | H R OH R II) Ozonólise de alceno R — C =C —R + O 3 + H 2 O →R—C =O+ O =C —R | | | | H R H R 4. Complete as equações a seguir: [O] a) H 3 C — C =C — CH 2 — CH 3 → | | H + H CH 3 b) H 3 C — C =C — CH 3 + O 3 + H 2 O → | | H CH 3 RESOLUÇÃO: H 3 C — C — OH — — O + HO — CH 2 — CH 3 H 3 C — C + H 2 O — O — CH 2 — CH 3 — — O H 3 C — CH 2 — C — OH — — O + HO — CH 3 H 3 C — CH 2 — C — OH — — O + H O — CH 3 H 3 C — CH 2 — C + H 2 O — — O — O — CH 3 H 3 C — C — OH — —O ácido etanóico + HO — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 3 1-octanol H 2 O + H 3 C — C — O — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 3 — —O etanoato de octila Lembrete: Questão 4 O O || a) H 3 C — C e H 3 C — C — CH 2 — CH 3 OH O O || b) H 3 C — C e H 3 C — C — CH 3 H MÓDULO 9 9 Reações Orgânicas II C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 21 Oxidação de álcoois com KMnO 4 /H 2 SO 4 [O] [O] álcool 1 ário →aldeído →ácido carboxílico [O] álcool 2 ário →cetona [O] álcool 3 ário →não há reação 5. Complete as equações a seguir. [O] [O] H 3 C — CH 2 — OH → → etanol OH | [O] H 3 C — C — CH 3 → | H 2-propanol RESOLUÇÃO: O [O] [O] H 3 C — CH 2 — OH → H 3 C — C → – H 2 O H etanal O → H 3 C — C OH ácido etanoico OH O | [O] || H 3 C — C — CH 3 →H 3 C — C — CH 3 | – H 2 O H propanona 6. A chamada “lei seca” foi criada para tentar diminuir o número de acidentes envolvendo veículos automotores, procurando evitar que sejam conduzidos por motoristas alcoolizados. Para uma fiscalização eficaz, o chamado bafômetro é utilizado nas operações de policiamento nas cidades e rodovias do país. Os primeiros equipamentos desse tipo eram constituídos por tubos em cujo interior havia dicromato de potássio e ácido sulfúrico, imobilizados em sílica. Ao soprar no tubo, o ar exalado pela pessoa entra em contato com esses reagentes, e, caso tenha consumido álcool, seus vapores reagem segundo a equação química: 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → → 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O sendo detectado devido à coloração verde, característica do Cr 2 (SO 4 ) 3 produzido. É correto afirmar que, na reação que ocorre no bafômetro, o etanol é a) hidrolisado. b) desidratado pelo H 2 SO 4 . c) reduzido pelo H 2 SO 4 . d) reduzido pelo K 2 Cr 2 O 7 . e) oxidado pelo K 2 Cr 2 O 7 . RESOLUÇÃO: 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → → 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O No processo, o etanol (redutor) é oxidado a ácido acético: e o dicromato de potássio (oxidante) é reduzido a sulfato de crômio (III): No bafômetro, o etanol é oxidado pelo K 2 Cr 2 O 7 . Resposta: E Lembrete: Questão 5 C H OH 2 5 C H O 2 4 2 -2 0 Oxidação K Cr O 2 2 7 Cr (SO ) 2 4 3 +6 +3 Redução 22 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 22 – 23 Q U Í M I C A B E 1. As garrafas PET são um dos problemas de po lui ção citados por am - bientalistas; sejam depositadas em aterros sani tários ou até mes mo jogadas indiscriminadamente em terrenos baldios e cur sos d’água, es - se material leva cerca de 500 anos para se degra dar. A reciclagem tem sido uma solução válida, embora ainda não atinja nem metade das garrafas PET produzidas no país. Pesqui sadores bra sileiros estudam o desenvolvimento de um plástico obti do a partir das garrafas PET, que se degrada em apenas 45 dias. O se gredo para o desenvolvimento do novo polímero foi utilizar em sua síntese um outro tipo de plástico, no caso um poliéster alifático, para acelerar o pro cesso de degradação. O polímero PET, poli(tereftalato de etileno), é obtido a partir da reação do ácido tereftálico com etilenoglicol na presença de catalisador e em condições de temperatura e pressão adequadas ao processo. a) Dê a fórmula estrutural do PET. Em relação à estrutura química dos polímeros citados, o que pode estar associado quanto à biodegradabilidade dos mesmos? b) O etanol é semelhante ao etilenoglicol. Dentre esses dois álcoois, qual deve apresentar menor pressão de vapor e qual deve apresentar menor temperatura de ebulição? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A biodegradabilidade está relacionada ao tipo de cadeia. Pelo texto, podemos concluir que o plástico biodegradável possui cadeia alifática e o PET, que possui cadeia aromática, não é biodegradável. b) Etanol Etilenoglicol CH 3 – CH 2 – OH HO – CH 2 – CH 2 – OH Por estabelecer maior quantidade de ligações de hidrogênio entre suas moléculas, podemos concluir que o etilenoglicol possui força inter - molecular mais intensa; portanto, possui menor pressão de vapor. O etanol, por possuir maior pressão de vapor, possui menor ponto de ebulição. 2. Os α-aminoácidos são moléculas que têm um grupo amino e um grupo carboxila ligados a um mesmo átomo de carbono. Um dos vinte α-aminoácidos en con trados em proteínas naturais é a ala nina. Essa molécula possui também um átomo de hidrogênio e um grupo metila ligados ao carbono α. Na formação de pro teínas, que são polímeros de aminoácidos, estes se ligam entre si por ligações peptídicas. A ligação peptídica forma-se entre o grupo amino de uma molécula e o grupo carboxila de uma outra molécula de aminoácido, com a eliminação de uma molécula de água. Com base nessas informações, pedem-se a) a fórmula estrutural da alanina. b) a equação química que representa a reação entre duas moléculas de alanina formando uma ligação peptídica. RESOLUÇÃO: a) H 2 N — CH — COOH | CH 3 b) H 2 N — CH — CO N — CH — COOH → | H | CH 3 CH 3 O || →H 2 N — CH — C — N — CH — COOH + H 2 O | | | CH 3 H CH 3 OH + H MÓDULO 1 1 0 0 Polímeros – Bioquímica C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 23 3. Na preparação de churrasco, o aroma agradável que desperta o apetite dos apreciadores de carne deve-se a uma substância muito volátil que se forma no pro cesso de aquecimento da gordura animal. (R, R’ e R’’: cadeias de hidrocarbonetos com mais de 10 átomos de carbono.) Esta substância é composta apenas por carbono, hi drogênio e oxigênio. Quando 0,5 mol desta substância sofre combustão completa, forma-se um mol de moléculas de água. Nesse composto, as razões de massas entre C e H e entre O e H são, respec tiva mente, 9 e 4. a) Calcule a massa molar desta substância. b) A gordura animal pode ser transformada em sabão por meio da reação com hidróxido de sódio. Apre sente a equação dessa reação e o seu respectivo nome. Dadas massas molares (g/mol): C = 12, H = 1 e O = 16. RESOLUÇÃO: a) A substância é formada apenas por CHO. C x H y O z 1/2C x H y O z + O 2 →1H 2 O + outros produtos Para esta reação estar balanceada em relação ao H, o composto original terá 4 átomos de H (y = 4). Como: = 9 = 9 m C = 36 Como cada átomo de C tem massa atômica igual a 12u, temos 3 átomos de C (x = 3) e = 4 = 4 m O = 16 Como cada átomo de O tem massa atômica igual a 16u, temos 1 átomo de O (z = 1), logo a fórmula é C 3 H 4 O M = (3 . 12 + 4 . 1 + 1 . 16)g/mol = 56g/mol b) A reação da gordura com NaOH é a reação de sa ponificação: 4. Nas tecnologias para substituição dos derivados do petróleo por outras fontes de energias renováveis, o Brasil destaca-se no cenário internacional pelo uso do etanol e, mais recentemente, do biodiesel. Na transesterificação, processo de obtenção do biodiesel, ocorre uma reação entre um óleo e um álcool na presença de catalisador, tendo ainda como subproduto a glicerina. H 2 COH | HCOH C 17 H 31 COOH | H 2 COH ácido linoleico (L) Glicerina Quando são utilizados o etanol e o triglicerídeo LLL, na transes - terificação, os produtos orgânicos formados apresentam os grupos funcionais a) álcool e éster. b) álcool e éter. c) álcool e ácido carboxílico. d) ácido carboxílico e éster. e) ácido carboxílico e éter. RESOLUÇÃO: A reação de transesterificação entre o etanol e o triglicerídeo LLL está representada a seguir: Logo, os produtos da reação pertencem às funções álcool e éster. Resposta: A m C –––– m H m C –––– 4 m O –––– m H m O –––– 4 CH 2 — O — C — C 17 H 31 —— O CH — O — C — C 17 H 31 —— O CH 2 — O — C — C 17 H 31 —— O + 3CH 3 — CH 2 — OH 3C 17 H 31 — C — O — CH 2 — CH 3 —— O + H 2 C — OH — HC — OH — H 2 C — OH 24 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 24 5. (UFSCar) – Uma porção representativa da estrutura do polímero conhecido como Kevlar, patente da DuPont, é mostrada na figura a seguir. A estrutura pode ser descrita como sendo formadas por longas fibras poliméricas, aproximadamente planares, mantidas por ligações covalentes fortes, e cada fibra interagindo com suas vizinhas através de ligações hidrogênio, representadas por linhas interrompidas na figura. Devido ao conjunto dessas interações, o polímero é altamente resistente a impactos, propriedade que é aproveitada na confecção de coletes à prova de bala. a) Escreva as fórmulas estruturais dos dois reagentes utilizados na síntese do Kevlar, identificando as funções orgânicas presentes nas moléculas de cada um deles. b) Transcreva a porção representativa da fórmula estrutural da fibra polimérica em destaque na figura (dentro dos colchetes) para seu caderno de respostas. Assinale e identifique a função orgânica que se origina da reação de polimerização. RESOLUÇÃO: a) Os dois reagentes utilizados são: b) A função orgânica que se origina da reação de polimerização é amida. – 25 Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 25 26 – Q U Í M I C A B E 1. Especialmente para as crianças, havia uma sala reservada com muitos brinquedos, guloseimas, um palhaço e um mágico. Como Rango também tinha problemas com açúcar, algumas vezes ele colocava pouco açúcar nas receitas. Ao ex perimentar a pipoca doce, uma das crianças logo berrou: “Tio Rango, essa pipoca tá com pouco açúcar!” Aquela observação intrigou Rango, que ficou ali pensando.... a) “Coloquei duas xícaras de milho na panela e, depois que ele estourou, juntei três colheres de açúcar para derreter e queimar um pouco. Se cada colher tem mais ou menos 20 gramas de açúcar, quantas moléculas de sacarose (C 12 H 22 O 11 ) eu usei em uma panelada?” b) “Eu também sei que parte desse açúcar, após caramelizar, se decompõe em água e carbono. Se 1% desse açúcar se decompõe dessa forma, quantos gramas de carbono se formaram em cada panelada?” Dados: Massas molares em g/mol: C = 12, H = 1, O = 16 Constante de Avogadro = 6,02 x 10 23 mol –1 RESOLUÇÃO: a) Cálculo da massa de açúcar: 1 colher de açúcar –––––– 20g 3 colheres de açúcar –––––– x x = 60g Cálculo da massa molar da sacarose: M(C 12 H 22 O 11 ) = (12.12)g/mol + (22.1)g/mol + (11.16)g/mol = 342g/mol Cálculo do número de moléculas de sacarose: 1 mol de C 12 H 22 O 11 ––––––– 6,02.10 23 moléculas ––––––– 342g y ––––––– 60g y = 1,05 . 10 23 moléculas b) Cálculo da massa de açúcar que sofreu decomposição: 60g –––––––– 100% x –––––––– 1% x = 0,6g Cálculo da massa formada de carbono: ∆ C 12 H 22 O 11 →12C + 11H 2 O 1 mol 12 mol ↓ ↓ 342g –––––––––––– 12.12g 0,6g –––––––––––– y y = 0,25g 2. Diversos gases formam a atmosfera da Terra, sendo que a quanti - dade de alguns deles vem aumentando por ação antropogênica, o que pode causar problemas. O oxi gê nio, em suas diferentes formas alotrópicas, tem funções distintas e essenciais para a manutenção da vida no planeta. a) Escreva a fórmula química das duas formas alotró picas mais comuns do oxigênio, apontando a função de cada uma delas relacionada com a manutenção da vida na Terra. b) Considerando que cerca de 20% em volume da atmosfera é constituída de oxigênio em sua forma alotrópica mais abundante, calcule a massa desse gás contido num reservatório de 24,6m 3 cheio de ar a 27 °C e 1 atm de pressão. Dados: P x V = n x R x T; R = 0,082 atm L mol –1 K –1 . massa molar do gás oxigênio = 32g/mol RESOLUÇÃO: a) O elemento oxigênio (O) forma duas substâncias simples (formas alotrópicas) diferentes. Gás oxigênio: O 2 , O = O Gás ozônio: O 3 , O gás oxigênio (O 2 ) é o gás vital, essencial na respi ração. O gás oxigênio promove a combustão dos alimentos, liberando a energia necessária para a realização dos processos necessários para a ma nuten ção da vida. O gás ozônio é poluente na troposfera, mas na estratosfera forma uma camada que absorve a maior parte da radiação ultravioleta proveniente do Sol, permitindo a manutenção da vida. b) Cálculo da quantidade de matéria total: P . V = n . R . T 1atm . 24,6 . 10 3 L = n . 0,082 atm . L . mol –1 . K –1 . 300K n = 1000 mol de ar A porcentagem em volume coincide com a por centagem em mol: 1000 mol ––––––– 100% x ––––––– 20% x = 200 mol Massa de gás oxigênio (O 2 ): 1 mol –––––– 32g 200 mol –––––– y y = 6400g O O O MÓDULO 1 1 1 1 Mol e Estequiometria C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 26 – 27 Q U Í M I C A B E 3. O pirrol é uma amina secundária que apresenta uma cadeia classificada como fechada, não ramificada, insaturada e heterogênea. A polimerização do pirrol conduz à formação do poli pirrol, um polímero condutor cujas fibras são usadas na produção de tecidos para camuflagem contra radares, pois absorvem micro-ondas. A análise elementar do pirrol resulta na seguinte com posição percentual em massa: carbono = 71,6%; nitro gênio = 20,9% e hidrogênio = 7,5%. Dadas as massas molares, em g/mol, para o C = 12; o N = 14 e o H = 1, e sabendo-se que a massa molar do pirrol é de 67g/mol, escreva as fórmulas molecular e estrutural do pirrol. RESOLUÇÃO: 71,6g de C Para 100g do composto Ά 20,9g de N 7,5g de H Cálculo da quantidade em mol de C: 1 mol de C –––––– 12g x –––––– 71,6g x = 5,97 mol de C Cálculo da quantidade em mol de N: 1 mol de N –––––– 14g y –––––– 20,9g y = 1,49 mol de N Cálculo da quantidade em mol de H: 1 mol de H –––––– 1g z –––––– 7,5g z = 7,5 mol de H Proporção entre números de átomos: 5,97 : 7,5 : 1,49 = 4 : 5 : 1 A fórmula mínima do composto será: C 4 H 5 N Cálculo da massa molar da fórmula mínima: M do C 4 H 5 N = (4 . 12 + 5 . 1 + 1 . 14)g/mol = 67g/mol Portanto, a fórmula molecular será: C 4 H 5 N O pirrol é uma amina secundária (tem o grupo — N — ) | H e como a cadeia é fechada, não ramificada e insa turada, a sua fórmula estrutural é: 4. Em 2004, iniciou-se, no Brasil, a exploração de uma importante jazida de minério de cobre. Nestes mi nérios, o metal é normalmente encontrado na forma de sulfetos, como o CuS, e, para sua obtenção, o minério é submetido à ustulação – aquecimento sob atmosfera de ar ou de oxigênio. Neste processo, além do cobre metálico, ob tém-se o dióxido de enxofre. Como subproduto, pode-se obter o ácido sulfúrico, por reação do SO 2 com o oxi gênio, formando o trió xi do de enxofre (SO 3 ), e deste com a água, resul tan do no H 2 SO 4 . a) Escreva a equação química para a ustulação do CuS. b) Dadas as massas molares, em g·mol –1 : H = 1; S = 32 e O = 16, calcule a massa de ácido sulfú ri co que pode ser obtida a partir de 64kg de SO 2 . Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO: a) A equação química do processo é: ∆ CuS + O 2 →Cu + SO 2 b) SO 2 + 1/2O 2 →SO 3 H 2 O + SO 3 →H 2 SO 4 –––––––––––––––––––––––––– SO 2 + 1/2O 2 + H 2 O → H 2 SO 4 1 mol 1 mol ↓ ↓ 64g –––––––––––––––– 98g 64kg –––––––––––––––– x x = 98kg 5. Na indústria, a amônia é obtida pelo processo de nominado Haber- Bosch, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de um catalisador apro priado, conforme mostra a reação não balanceada: N 2 (g) + H 2 (g) → ← NH 3 (g) catalisador Com base nessas informações, considerando um ren di mento de 100% e sabendo que as massas mola res desses compostos são: N 2 = 28 g/mol, H 2 = 2 g/mol, NH 3 = 17 g/mol, calcule a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7g de ni tro gênio com 3g de hidrogênio. b) Nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se existir, qual a massa em excesso desse reagente? RESOLUÇÃO: a) N 2 (g) + 3H 2 (g) → ← 2NH 3 (g) 1 mol ––––– 3 mol –––––– 2 mol ↓ ↓ ↓ 28g ––––––– 6g –––––––– 34g 7g ––––––– 1,5g –––––––– x x = 8,5g reagente reagente limitante em excesso b) Massa em excesso de hidrogênio (H 2 ) = 3g – 1,5g = 1,5g H — C C — H H — C C — H N | H C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 27 28 – Q U Í M I C A B E 1. Um tipo bastante importante de reação química são as de decom - posição, reações nas quais uma única substância reagente origina como produto duas ou mais substâncias. Considerando as rea ções de decomposição I, II e III, identifique os produtos A, B, D e E. luz I: H 2 O 2 (l) → A (l) + B (g) calor II: CaCO 3 (s) → C (s) + D (g) corrente III: H 2 O (l) → E (g) + B (g) elétrica RESOLUÇÃO: I. Decomposição do peróxido de hidrogênio: luz H 2 O 2 (l) → H 2 O(l) + 1/2 O 2 (g) A B II. Decomposição do carbonato de cálcio: calor CaCO 3 (s) → CaO(s) + CO 2 (g) C D III. Decomposição da água: corrente H 2 O(l) → H 2 (g) + 1/2O 2 (g) elétrica E B A: H 2 O B: O 2 D: CO 2 E: H 2 2. Algumas substâncias, quando dissolvi das em água, reagem produ - zindo íons em solução. Dentre estas substâncias, algumas são muito co muns: cloreto de hidrogênio (HCl) e cloreto de sódio (NaCl). Conside rando as interações destas subs tân cias com a água, indivi - dualmente, escreva as equa ções químicas para as reações que envolvem a) a dissociação dos íons existentes no composto originalmente iônico. b) a ionização da substância que originalmente é um composto covalente. RESOLUÇÃO: a) A equação química que representa a dissociação dos íons existentes no cloreto de sódio é: H 2 O Na + Cl – (s) →Na + (aq) + Cl – (aq) ou Na + Cl – (s) + (x + y) H 2 O →Na + (H 2 O)x + Cl – (H 2 O)y b) A equação química que representa a ionização do cloreto de hidrogênio é: HCl (g) + H 2 O(l) → ← H 3 O + (aq) + Cl – (aq) 3. Um dos possíveis meios de se remover CO 2 gasoso da atmosfera, diminuindo assim sua contribuição para o “efeito estufa”, envolve a fixação do gás por orga nismos microscópicos presentes em rios, lagos e, princi palmente, oceanos. Dados publicados em 2003 na revista Química Nova na Escola indicam que o reservatório da hidroelétrica de Promissão, SP, absorve 704 toneladas de CO 2 por dia. a) Calcule a quantidade de CO 2 , expressa em mol/dia, absorvida pelo reservatório. (Dado: mas sa molar de CO 2 = 44 g/mol.) b) Suponha que parte do CO 2 permaneceu dissolvida na água do reservatório, na forma CO 2 (aq). Em pregando equações químicas, discuta qualitativa mente o efeito que o CO 2 dissolvido terá sobre as características químicas da água do reservatório. RESOLUÇÃO: a) CO 2 : M = 44g/mol 44g –––––– 1mol 704 . 10 6 g ––––––– x x = 16 . 10 6 mol ∴1,6 . 10 7 mol b) CO 2 (g) → ← CO 2 (aq) CO 2 (aq) + H 2 O(l) → ← H 2 CO 3 (aq) → ← H + (aq) + HCO – 3 (aq) A dissolução do CO 2 na água do reservatório torna-a ácida (pH < 7), de acordo com as equações acima envol vidas. 4. Os exoesqueletos de muitos corais e moluscos são formados em grande parte por carbonato de cálcio. Uma maneira de determinar o teor de cálcio em amostras de conchas consiste em solubilizá-las e separar o cálcio das demais substâncias por preci pitação. O precipitado formado é separado por filtração, determinando-se sua massa e encontrando-se seu teor através de cálculos es te quio métricos. As equações que descrevem as reações desse processo são: a) CaCO 3 + 2HCl →CaCl 2 + H 2 O + CO 2 CaCl 2 + 2NaOH →Ca(OH) 2 + 2NaCl b) CaCO 3 →CaO + CO 2 CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 c) CaCO 3 + 2HCl →CaCl 2 + H 2 O + CO 2 CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 d) Ca(HCO 3 ) 2 + 2HCl →CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2 CaCl 2 + 2NaOH →Ca(OH) 2 + 2NaCl e) Ca(HCO 3 ) 2 →CaO + 2CO 2 + H 2 O CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 RESOLUÇÃO: As equações químicas que envolvem a determinação do teor de cálcio são: CaCO 3 (s) + 2HCl(aq) →CaCl 2 (aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) CaCl 2 (aq) + 2NaOH(aq) →Ca(OH) 2 (s) + 2NaCl(aq) Resposta: A MÓDULO 1 1 2 2 Compostos Inorgânicos C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 28 – 29 Q U Í M I C A B E 5. O fertilizante sulfato de amônio pode ser obtido pela reação química que ocorre pela passagem de amônia gasosa (NH 3 ) em ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ). Uma equação química que representa essa reação é a) NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + NH 4 SO 4 b) 2 NH 3 + H 2 SO 4 →(NH 4 ) 2 SO 4 c) 2 NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + (NH 4 ) 2 SO 3 d) NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + NH 3 SO 3 e) NH 3 + H 2 SO 4 →NH 5 SO 4 RESOLUÇÃO: A equação química que representa a reação entre NH 3 e H 2 SO 4 é: 2NH 3 + H 2 SO 4 →(NH 4 ) 2 SO 4 Resposta: B 6. As estações municipais de tratamento de água trans formam a água contaminada na água potável que chega a nossas casas. Nessas estações, primeira mente um “tratamento primário” remove partículas de sujeira e detritos por peneiramento e filtração. Em seguida, num “tratamento secundário”, sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio são adicionados à água. A reação destes dois compostos leva à formação de hidróxido de alumínio, um composto de aspecto gela tinoso que arrasta impurezas para o fundo do tanque de tratamento. Finalmente, numa última etapa, adiciona-se hipoclorito de sódio, que tem ação bac tericida (mata bactérias) e fungicida (mata fungos). a) Escreva a reação química balanceada entre sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio, levando à for mação de hidróxido de alumínio e sulfato de cálcio. b) Escreva a fórmula química do hipoclorito de sódio. A ação bactericida e fungicida deste composto se deve ao forte poder oxidante do ânion hipoclorito. Numa reação de oxidorredução, o átomo de cloro no hipoclorito é reduzido a cloreto (Cl – ). Quantos elétrons o átomo de cloro ganha nesse processo? RESOLUÇÃO: a) b) A fórmula do hipoclorito de sódio é NaClO. Cada átomo de cloro do hipoclorito recebe 2 elé trons. Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca (OH) 2 → 2Al(OH) 3 + 3CaSO 4 NaClO → Cl – 1+ 1– ∆e – = 2 C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 29 1. (UNIFESP) – Para neutralizar 10,0 mL de uma solução de ácido clorídrico, foram gastos 14,5 mL de solução de hidróxido de sódio 0,120 mol/L. Nesta titulação ácido-base foi utilizada fenolftaleína como indicador do ponto final da reação. A fenolftaleína é incolor no meio ácido, mas torna-se rosa na presença de base em excesso. Após o final da reação, percebe-se que a solução gradativamente fica incolor à medida que a fenolftaleína reage com excesso de NaOH. Neste experimento, foi construído um gráfico que representa a concentração de fenolftaleína em função do tempo. a) Escreva a equação da reação de neutralização e calcule a concen - tração, em mol/L, da solução de HCl. b) Calcule a velocidade média de reação de decomposição da fenolftaleína durante o intervalo de tempo de 50 segundos iniciais de reação. Explique por que a velocidade de reação não é a mesma durante os diferentes intervalos de tempo. RESOLUÇÃO: a) HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H 2 O (ᐉ) ou H + (aq) + OH – (aq) →H 2 O (ᐉ) 1 mol de HCl ––––– 1 mol de NaOH n A ––––– n B Logo: n A = n B M A V A = M B V B M A · 10,0 mL = 0,120 · 14,5 mL M A = 0,174 mol/L b) v média = = = v média = 4 · 10 –5 mol/L · s A velocidade da reação é dada por uma fórmula do tipo: v = k [fenolftaleína] x À medida que a concentração do reagente (fenolftaleína) diminui, a velocidade da reação decresce. 2. (UFSCar) – O primeiro veículo lançador de satélites (VLS) desen - volvido no Brasil foi destruído por um incêndio, em 22 de agosto de 2003, causando a morte de 21 en genheiros e técnicos. O incêndio ocorreu devido à combustão do combustível sólido da aeronave, atingindo temperaturas da ordem de 3.000°C. Suponha que um ônibus espacial utilize um combustível sólido constituído de alumínio em pó, perclorato de amônio (NH 4 ClO 4 ) e o catalisador óxido de ferro (III). Durante a decolagem, o Fe 2 O 3 catalisa a reação entre NH 4 ClO 4 e Al, resultando nos produtos sólidos Al 2 O 3 e AlCl 3 e gasosos NO e H 2 O. a) Escreva a equação química, devidamente balan ceada, da reação que ocorre durante a decolagem deste ônibus espacial. b) O gráfico a seguir apresenta as curvas de uma reação que ocorre na presença e na ausência de um catalisador. Relacione os segmentos A e B com as energias cor respondentes e a dependência dos mesmos com o catalisador. RESOLUÇÃO: a) Admitindo-se coeficiente 1 para a substância NH 4 ClO 4 , temos a sequên - cia para determinar os coeficientes: 1NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1/3AlCl 3 + NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →1Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O 3NH 4 ClO 4 + 3Al →1Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O b) segmento A: energia de ativação da reação cata lisada. O catalisador diminui a energia de ativação. segmento B: variação de entalpia (∆H), não depende do catalisador. No caso, B representa a energia absorvida pela reação. mol –––– L ͉∆M͉ ––––– ∆t ͉ 3 × 10 –3 mol/L – 5 × 10 –3 mol/L͉ –––––––––––––––––––––––––––––– 50s – 0s 30 – Q U Í M I C A B E MÓDULO 1 1 3 3 Cinética Química C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 30 3. (UNIFESP) – Estudos cinéticos da reação entre os gases NO 2 e CO na formação dos gases NO e CO 2 revelaram que o processo ocorre em duas etapas: I. NO 2 (g) + NO 2 (g) →NO(g) + NO 3 (g) II. NO 3 (g) + CO(g) →NO 2 (g) + CO 2 (g) O diagrama de energia da reação está esquematizado a seguir. a) Apresente a equação global da reação e a equação da velocidade da reação que ocorre experimental mente. b) Verifique e justifique se cada afirmação a seguir é verdadeira: I. a reação em estudo absorve calor; II. a adição de um catalisador, quando o equilíbrio é atingido, aumenta a quantidade de gás carbônico. RESOLUÇÃO: a) I) NO 2 (g) + NO 2 (g) →NO(g) + NO 3 (g) II) NO 3 (g) + CO(g) →NO 2 (g) + CO 2 (g) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– equação NO 2 (g) + CO(g) →NO(g) + CO 2 (g) global A equação de velocidade é tirada da etapa lenta (I): v = k [NO 2 ] 2 b) I. errada: libera calor, reação exotérmica II. errada: catalisador não desloca equilíbrio, portan to, não altera a quantidade de CO 2 . 4. Soluções aquosas de água oxigenada, H 2 O 2 , decom põem-se, resul - tando água e gás oxigênio. A figura abaixo representa a decomposição de três soluções de água oxigenada em função do tempo, sendo uma delas catalisada por óxido de ferro (III), Fe 2 O 3 . a) Qual das curvas representa a reação catalisada? Justifique. b) Qual das curvas representa a reação mais lenta? Justifique. RESOLUÇÃO: a) Curva B. Catalisador acelera reações; na curva B, obser va-se uma diminuição maior da [H 2 O 2 ] num mesmo intervalo de tempo. b) Curva C. Partindo de uma concentração menor que a da curva A, o tempo é o mesmo para o consumo total da H 2 O 2 . 5. A expressão da equação da velocidade de uma reação deve ser determinada experimentalmente, não poden do, em geral, ser predita diretamente a partir dos coeficientes estequiométricos da reação. O gráfico a seguir apresenta dados experimentais que pos sibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação: 2ICl(g) + H 2 (g) →I 2 (g) + 2HCl(g) a) Escreva a expressão da equação da velocidade para essa reação. b) Calcule a constante de velocidade nas condições da experiência e determine a velocidade da reação se as concentrações de ICl e H 2 forem 0,6 mol/L. RESOLUÇÃO: a) Mantendo-se a concentração de ICl constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando a concentração de H 2 , a velocidade dobra. Trata-se de uma reação de 1 a or dem em relação a H 2 . Mantendo-se a concentração de H 2 constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando a concentração de ICl, a velo cidade também dobra. É uma reação de 1 a ordem em relação a ICl. Lei da velocidade v = k [ICl] 1 . [H 2 ] 1 b) Cálculo da constante de velocidade (k) nas condições da experiência. Quando [H 2 ] = 0,30 mol/L e [ICl] = 0,15 mol/L, temos v = 7,2 . 10 –7 mol/L.s v = k [ICl] . [H 2 ] 7,2 . 10 –7 = k . 0,15 . 0,30 k = 1,6 . 10 –5 L/mol . s Cálculo da velocidade de reação v = k [ICl] . [H 2 ] v = 1,6 . 10 –5 . 0,6 . 0,6 v = 5,76 . 10 –6 mol/L . s – 31 Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 31 1. A produção de grafita artificial vem crescendo significa tivamente, uma vez que grafita natural de boa qualidade para uso industrial é escassa. Em atmosferas ricas em dióxido de carbono, a 1 000 ºC, a grafita reage segundo a reação: C(grafita) + CO 2 (g) ← → 2 CO (g) A 1 000 ºC, no estado de equilíbrio, as pressões parciais de CO e CO 2 são 1,50 atm e 1,25 atm, respectivamente. Calcule o valor da constante de equilíbrio (K p ) para a reação nessa temperatura. RESOLUÇÃO: C(grafita) + CO 2 (g) → ← 2 CO (g) A expressão da constante de equilíbrio em termos de pressão parcial é: K p = Como no equilíbrio as pressões parciais de CO e CO 2 são respectivamente 1,50 atm e 1,25 atm, temos: K p = = 1,80 2. O óxido de cálcio, conhecido comercialmente como cal virgem, é um dos materiais de construção utilizado há mais tempo. Para sua obtenção, a rocha calcária é moída e aquecida a uma temperatura de cerca de 900°C em diversos tipos de fornos, onde ocorre sua decom - posição térmica. O principal constituinte do calcário é o carbonato de cálcio, e a reação de decomposição é representada pela equação: CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) Considerando-se que uma amostra de calcário foi decomposta a 900°C, em um recipiente fechado dotado de um êmbolo que permite ajustar o volume e a pressão do seu interior, e que o sistema está em equilíbrio, um procedimento adequado para aumentar a produção de óxido de cálcio seria a) aumentar a pressão do sistema. b) diminuir a pressão do sistema. c) acrescentar CO 2 ao sistema, mantendo o volume constante. d) acrescentar CaCO 3 ao sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. e) retirar parte do CaCO 3 do sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. RESOLUÇÃO: Para aumentar a produção de óxido de cálcio, devemos deslocar o equi - líbrio para a direita, sentido no qual ocorre aumento de volume de gases. CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) 0V 1V A adição de ou a retirada de CaCO 3 (s) não afeta o equilíbrio. A adição de CO 2 deslocará o equilíbrio para a esquerda, diminuindo o rendimento de CaO(s). A única alternativa correta é a diminuição da pressão do sistema, que desloca o equilíbrio no sentido de expansão de volume (para a direita), aumentando a produção de óxido de cálcio. Resposta: B (p CO ) 2 –––––––– (p CO 2 ) (1,50) 2 –––––––– 1,25 32 – Q U Í M I C A B E MÓDULO 1 1 4 4 Equilíbrio Químico I C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 32 3. Sob condições experimentais adequadas, o gás metano pode ser convertido nos gases etano e hidrogênio: 2 CH 4 (g) → ← C 2 H 6 (g) + H 2 (g) Para essa reação, a dependência da constante de equilíbrio com a temperatura é dada na tabela. a) A reação de conversão do gás metano para etano é uma reação endo térmica? No sistema em equilíbrio, a concentração de gás metano pode ser aumentada se houver um aumento de temperatura? Justifique suas respostas. b) No sistema em equilíbrio, qual deve ser o efeito na concentração do gás hidrogênio quando, separadamente, se adiciona um catalisador e quando há um aumento de pressão? Justifique suas respostas. RESOLUÇÃO: a) Aumentando-se a temperatura, a constante de equilíbrio aumenta. Logo, aumenta a concentração dos produtos. O equilíbrio foi deslocado para a direita. De acordo com o princípio de Le Chatelier, um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica. Portanto, a reação de formação dos produtos é endotérmica. A concentração de gás metano diminui com o aumento da temperatura, pois o equilíbrio é deslocado no sentido de formação do etano. b) A adição de um catalisador não desloca o equilíbrio, portanto a concentração do hidrogênio permanece constante. Como não há variação na quantidade de matéria (2 mols de reagentes e 2 mols de produtos), não há deslocamento do equilíbrio por aumento de pressão. Porém, o volume diminui, fazendo aumentar as concen - trações de todos os participantes do equilíbrio. 4. Num recipiente de volume 1 litro, colocaram-se 3 mol de A para reagir com 2 mol de B, segundo a equação da reação: A(g) + B(g) → ← C(g). A constante de equilíbrio (K C ) na temperatura da experiência é igual a 0,5. Sabendo-se que, no equilíbrio, se for maior que 0,7, o sistema adquire cor azul e, se for menor que 0,7, adquire cor amarela, qual a cor desse sistema quando for atingido o equilíbrio? a) azul. b) amarelo. c) verde. d) branco. e) preto. RESOLUÇÃO: K C = 0,5 = x 2 – 7x + 6 = 0 x = x 1 = 6 (não serve como resposta) x 2 = 1 No equilíbrio, teremos: [A] = 3 – x = 2 mol/L [B] = 2 – x = 1 mol/L [C] = x = 1 mol/L = = 0,5 ↓ cor amarela Resposta: B Temperatura (K) constante de equilíbrio 298 400 600 9 x 10 –13 8 x 10 –10 6 x 10 –7 K c = [C 2 H 6 ] · [H 2 ] –––––––––––– [CH 4 ] 2 [C] –––– [A] A(g) + B(g) → ← C(g) início 3 mol/L 2 mol/L 0 reage e forma x x x equilíbrio 3 – x 2 – x x [C] ––––––– [A] . [B] x –––––––––––– (3 – x) (2 – x) + 7 ± ͙ෆෆෆෆ 49 – 4 . 6 –––––––––––––––––– 2 [C] –––– [A] 1 –– 2 – 33 Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 33 5. Na produção de hidrogênio por via petroquímica, sobram traços de CO e CO 2 nesse gás, o que impede sua aplicação em hidrogenações catalíticas, uma vez que CO é veneno de catalisador. Usando-se o próprio hidrogênio, essas impurezas são removidas, sendo trans for - madas em CH 4 e H 2 O. Essas reações ocorrem a temperaturas ele vadas, em que reagentes e pro dutos são gasosos, chegando a um equilíbrio de cons tante K I no caso do CO e a um equilíbrio de constante K II no caso do CO 2 . O gráfico traz a variação dessas constantes com a temperatura. a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 °C, as pres sões parciais de CO, H 2 , CH 4 e H 2 O, eram, res pec ti vamente, 4 x 10 –5 atm; 2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi alcan çado. Explique. b) As transformações de CO e CO 2 em CH 4 mais H 2 O são exo - térmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta. c) Em qual das duas transformações, na de CO ou na de CO 2 , o calor desprendido ou absorvido é maior? Explique, em termos do mó - dulo da quantidade de calor (͉Q͉) envolvida. RESOLUÇÃO: a) A reação de CO com H 2 pode ser expressa por: CO(g) + 3H 2 (g) → ← CH 4 (g) + H 2 O(g) K I K I = Vamos determinar o quociente reacional (Q p ) a 460°C: Q p = = = 500 Observando o gráfico, verificamos que o Q p é igual a K I e, portanto, podemos concluir que o sistema se encontra em equilíbrio. b) Pelo gráfico, verificamos que tanto para a reação I: (CO(g) + 3H 2 (g) → ← CH 4 (g) + H 2 O(g) ) como para a reação II: (CO 2 (g) + 4H 2 (g) → ← CH 4 (g) + 2H 2 O(g) ), um aumento da temperatura implica uma diminuição da constante de equilíbrio. Podemos concluir que ambas reações são exotérmicas. c) A reação I libera mais calor. A reação I apresenta maior valor para a constante de equilíbrio que a reação II, numa mesma tem pera tura. Isso significa que a reação I é mais espon tânea. Levando em conta apenas a entalpia, a rea ção I libera mais calor. p CH 4 . p H 2 O –––––––––––––– p CO . p 3 H 2 p CH 4 . p H 2 O –––––––––––––– p CO . p 3 H 2 0,4 . 0,4 –––––––––––– 4 . 10 –5 . 2 3 34 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 34 1. Na prática de exercícios físicos, o organismo humano utiliza a glicose como principal fonte de energia. Havendo suprimento adequado de oxigênio, obtém-se o rendimento energético máximo possível, mas quando o esforço é muito intenso, o fornecimento de oxigênio pode se tornar insuficiente, e o organismo adotar rota alternativa menos eficiente, envolvendo produção de ácido láctico, o que resulta na diminuição do pH no músculo. Após um período de descanso, o pH do músculo retorna ao seu valor normal, aproximadamente neutro.O equilíbrio entre o ácido láctico e o lactato em meio aquoso encontra-se representado na equação química: K a = 1,0 x 10 –4 Calcule a razão entre as concentrações do íon lactato e do ácido láctico nas condições de equilíbrio químico, no músculo, quando o pH for igual a 7. Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO: A concentração de H 2 O não entra na expressão do K a , pois a sua concentração é constante: [lactato] . [H 3 O + ] K a = ––––––––––––––––– [ácido láctico] Quando o pH for igual a 7, a concentração dos íons H 3 O + é igual a 1,0 . 10 –7 mol/L pH = – log [H 3 O + ] 7 = – log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 1,0 . 10 –7 mol/L [lactato] . 1,0 . 10 –7 1,0 . 10 –4 = ––––––––––––––––––– [ácido láctico] [lactato] 1,0 . 10 –4 ––––––––––––– = ––––––––– [ácido láctico] 1,0 . 10 –7 [lactato] –––––––––––– = 1,0 . 10 3 [ácido láctico] 2. A solubilização no meio biológico, que é essencial mente aquoso, é uma etapa importante para a absorção de fármacos a partir do trato gastrintestinal (estômago e intestino). Sabe-se que I. no estômago, o pH pode ter valores de 1,0 a 3,0; II. no intestino delgado, o pH pode ter valores de até 8,4; III. um dos mecanismos de absorção por meio das mucosas do estômago e do intestino baseia-se no fato de a molécula estar na sua forma neutra. Considere os fármacos aspirina e anfetamina, cujas fór mulas e equilíbrios em meio aquoso, em função da acidez do meio, são: Supondo-se que o único mecanismo de absorção por meio das mucosas seja a neutralidade do fármaco, identifique o órgão do trato gastrin te s - tinal no qual cada um dos fármacos mencionados será preferencial - mente absorvido. Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: A aspirina e a anfetamina serão absorvidas nas formas pois elas são moléculas neutras. A aspirina é preferencialmente absorvida no estô mago, pois a concentração de H 3 O + é elevada deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. A anfetamina é preferencialmente absorvida no intestino delgado, pois como o meio é alcalino, a con centração de H 3 O + diminui (H 3 O + + OH – → ← 2H 2 O), deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido Láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido Láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O Equilíbrio químico para a aspirina em meio aquoso Equilíbrio químico para a anfetamina em meio aquoso CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + O C OH CH 3 O C O CH 2 CH CH 3 NH 2 e O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O absorvida CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + absorvida – 35 Q U Í M I C A B E MÓDULO 1 1 5 5 Equilíbrio Químico II C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 35 3. Um estudante conectou, por meio de uma mangueira, duas garrafas de água mineral, sendo uma com gás e outra sem. Por meio de um peagâmetro inserto na água com gás, ele acompanhou a variação de pH e pôde construir um gráfico registrando a variação de pH em função do tempo. Com relação à garrafa não monitorada pelo peagâmetro, pode-se concluir que o gráfico que melhor representaria a variação de pH é: RESOLUÇÃO: Considere a garrafa 1 com gás (CO 2 ) e a garrafa 2 sem gás. Após a conexão entre as duas garrafas, ocorre a passagem de gás da garrafa 1 para a garrafa 2 (difusão). Assim, a concentração de gás na garrafa 1 diminui e o pH aumenta, e na garrafa 2 a concentração de gás aumenta e o pH diminui. No equilíbrio, o pH fica cons tante. CO 2 (aq) + H 2 O(l) → ← H + (aq) + HCO – 3 (aq) pH = – log [H + ] Para a garrafa 2, tem-se: [CO 2 (aq)] aumenta, [H + (aq)] aumenta, pH diminui Resposta: D 4. Em um laboratório químico, um aluno identificou três recipientes com as letras A, B e C. Utilizando água destilada (pH = 7), o aluno dissolveu quan ti da des suficientes para obtenção de soluções aquosas 0,1 mol/L de cloreto de sódio, NaCl, acetato de sódio, CH 3 COONa, e cloreto de amônio, NH 4 Cl, nos reci pien tes A, B e C, respectivamente. Após a dissolução, o aluno mediu o pH das soluções dos recipientes A, B e C. Os valores corretos obtidos foram, respectiva men te, a) = 7, > 7 e < 7. b) = 7, < 7 e > 7. c) > 7, > 7 e > 7. d) < 7, < 7 e < 7. e) = 7, = 7 e < 7. RESOLUÇÃO: NaCl: não sofre hidrólise (pH = 7) CH 3 COO – + HOH → ← CH 3 COOH + OH – (pH > 7) NH 4 + + HOH → ← NH 3 + H 3 O + (pH < 7) Resposta: A 5. Suspensões de sulfato de bário, devido à propriedade de serem opacas aos raios X, podem ser utilizadas como contraste em exames radiológicos, nos quais os pacientes ingerem uma dose constituída por 200 mL dessa sus pensão. Os íons Ba 2+ são tóxicos e a absorção de 10 –2 mol desse íon pode ser fatal para um ser humano adul to. Calcule a quantidade de íons Ba 2+ inicialmente dissol vida na suspensão e, considerando que todo o material em solução seja absorvido pelo organismo, verifique se o paciente corre o risco de morrer devido à intoxicação por esse cátion. Justifique sua resposta. Dado: Constante do produto de solubilidade do BaSO 4 = 1 x 10 –10 . RESOLUÇÃO Determinação da concentração de íons Ba 2+ na solução saturada de BaSO 4 . Seja s a solubilidade em mol/L: H 2 O BaSO 4 (s) → Ba 2+ (aq) + SO 2– 4 (aq) s s s K s = [Ba 2+ ] [SO 2– 4 ] →1 . 10 –10 = s 2 →s = 1 . 10 –5 mol/L Cálculo da quantidade de íons Ba 2+ em 200mL da solução saturada de BaSO 4 : 1 x 10 –5 mol de Ba 2+ ––––––– 1000 mL y ––––––– 200 mL y = mol = 2 . 10 –6 mol de Ba 2+ O paciente não corre risco de morrer, pois a quantidade de íons Ba 2+ é inferior a 10 –2 mol. 200 . 10 –5 –––––––––– 1000 36 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 36 1. O cloreto de potássio, KCl, é um composto utilizado como fertilizante para plantas. Os íons K + e Cl – apre sentam raios iônicos respectivamente iguais a 138 pm e 181 pm, em que 1 pm = 10 –12 m. O peróxido de hi dro gênio, H 2 O 2 , é um produto químico de grande impor - tância industrial, decompondo-se quan do ex posto à luz. É usa do em grande escala como alvejante para tecidos, papel e polpa de madeira. a) Faça uma estimativa dos raios atômicos do K e do Cl. Justifique a sua resposta. b) Escreva a equação da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio. Calcule a quantidade em mol de moléculas do gás produzido, na decom posição de 10 mols de moléculas de peróxido de hidrogênio. RESOLUÇÃO: a) Quando um átomo perde elétrons (transformando-se em cátion), seu raio diminui devido a uma maior atração do núcleo sobre os elétrons que restaram: > Podemos concluir que o raio atômico do potássio será maior que o raio do íon potássio: r K > 138pm Quando um átomo ganha elétrons (transformando-se em ânion), seu raio aumenta graças a uma maior repulsão entre os elétrons: < Podemos concluir que o raio atômico do cloro será menor que o raio do íon cloreto: r Cl < 181 pm b) Decomposição do peróxido de hidrogênio: H 2 O 2 → H 2 O + 1/2O 2 ↓ ↓ 1 mol –––––––––––– 0,5 mol 10 mol ––––––––––– x x = 5 mols de moléculas de oxigênio 2. Os átomos dos elementos X, Y e Z apresentam as seguintes configurações eletrônicas no seu estado fundamental: X → 1s 2 2s 2 2p 5 Y → 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Z →1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 É correto afirmar que: a) dentre os citados, o átomo do elemento X tem o maior raio atômico. b) o elemento Y é um metal alcalino e o elemento Z é um halogênio. c) dentre os citados, o átomo do elemento Z tem a maior afinidade eletrônica. d) o potencial de ionização do elemento X é menor do que o do átomo do elemento Z. e) o elemento Z pertence ao grupo 15 (V A) e está no quarto período da classificação periódica. RESOLUÇÃO: X →1s 2 2s 2 2p 5 ; grupo 17 (halogênio); 2. o período Y →1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; grupo 1 (metal alcalino); 3. o pe ríodo Z →1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 ; grupo 17 (halo gênio); 4. o pe ríodo A variação da afinidade eletrônica na tabela periódica é: X apresenta maior afinidade eletrônica. A variação do potencial de ionização na tabela periódica é: X apresenta maior potencial de ionização. Resposta: B K K + Cl Cl – – 37 Q U Í M I C A B E MÓDULO 1 1 6 6 Tabela Periódica e Radioatividade C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 37 3. (UFSCar) – O uso de isótopos radioativos, em Medicina, tem aumentado muito nos últimos anos, sendo o tecnécio-99 o mais usado em clínicas e hospitais brasileiros. O principal fornecedor desse isótopo é o Canadá, e proble mas técnicos recentes em seus reatores resultaram em falta desse material no Brasil. Uma proposta alternativa para solucionar o problema no país foi substituir o tecnécio-99 pelo tálio- 201. O tálio-201 pode ser produzido a partir do tálio-203, bombardeado por próton ( 1 1 p) acelerado em acelerador de partículas. O tálio-203 incorpora o próton acelerado e rapidamente se desintegra, formando chumbo-201 e emitindo nêutrons no processo. Posteriormente, o chumbo-201 sofre nova desintegração, formando Tl-201, um isótopo com meia-vida de 73 horas. Pede-se: a) Escreva a equação balanceada, que representa a reação nuclear para a produção de 201 Pb, a partir do bombardeamento do 203 Tl com prótons, segundo o processo descrito no enunciado dessa questão. b) Considerando que na amostra inicial de radiofármaco contendo 201 Tl tem uma atividade radioativa inicial igual a A 0 , e que pode ser utilizada em exames médicos até que sua atividade se reduza a A 0 /4, calcule o período de tempo, expresso em horas, durante o qual essa amostra pode ser utilizada para a realização de exames médicos. Dados: 203 81 Tl = tálio-203; 204 82 Pb (sic) = chumbo-204; 201 82 Pb = chumbo-201; 1 0 n nêutron; 1 1 p próton. RESOLUÇÃO: a) 203 81 Tl + 1 1 p → 201 82 Pb + 3 1 0 n b) t 1/2 = 73h 73h A 0 73h A 0 A 0 →–––– →–––– 2 4 Período de tempo = 146h 4. (UNIFESP) – No estudo do metabolismo ósseo em pacientes, pode ser utilizado o radioisótopo Ca-45, que decai emitindo uma partícula beta negativa, e cuja curva de decaimento é representada na figura. A absorção deficiente de cálcio está associada a doenças crônicas como osteoporose, câncer de cólon e obesidade. A necessidade de cálcio varia conforme a faixa etária. A OMS (Organização Mundial da Saúde) recomenda uma dose de 1000 mg/dia na fase adulta. A suplementação desse nutriente é necessária para alguns indivíduos. Para isso, o carbonato de cálcio pode ser apresentado em comprimidos que contêm 625 mg de CaCO 3 . a) Determine a meia-vida do radioisótopo Ca-45 e escreva a equação do decaimento do Ca-45. b) Determine o número de comprimidos do suplemento carbonato de cálcio que corresponde à quantidade de cálcio diária recomendada pela OMS para um indivíduo adulto. Dados: massas molares em g/mol: Ca: 40, C: 12, O: 16 RESOLUÇÃO: a) Pelo gráfico, a atividade deste radioisótopo cai de 80kBq para 20 kBq em 320 dias, logo: P P 80 →40 →20 t = 2P (período de meia vida) 320 = 2P Pela tabela periódica dada: 45 20 Ca → –1 0 β + 45 21 X b) A OMS recomenda uma dose diária de 1000 mg de cálcio e o compri - mido tem 625 mg de CaCO 3 : 1 CaCO 3 →1 Ca 100g –––––––– 40g 625mg –––––––– x x = x = 250mg de cálcio em 1 comprimido 250mg ––––– 1 comprimido 1000mg ––––– y y = y = 4 comprimidos P = 160 dias 625 . 40 ––––––– 100 1000 ––––– 250 38 – Q U Í M I C A B E C2 RGeral QUI BE Prof Lu 21/10/10 08:46 Página 38 Q U Í M I C A D Química Curso Extensivo – D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página I Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página II 1. Os fogos de artifício propiciam espetáculos em di ferentes eventos. Para que esses dispositivos funcionem, precisam ter em sua composição uma fonte de oxigênio, como o clorato de potássio (KClO 3 ), com bustíveis, co mo o enxofre (S 8 ) e o carbono (C), além de agentes de cor como o SrCl 2 (cor vermelha), o CuCl 2 (cor verde es - meralda) e outros. Podem conter também metais piro fóricos como Mg que, durante a combustão, emite inten sa luz branca, como a do flash de máquinas fotográficas. a) Escreva as equações químicas, balanceadas, que representam: – a decomposição do clorato de potássio, produzindo cloreto de potássio e oxigênio diatômico; – a combustão do enxofre; – a combustão do magnésio. b) Considerando o modelo atômico de Rutherford-Bohr, como se explica a emissão de luz colorida pela deto nação de fogos de artifício? RESOLUÇÃO: a) 2 KClO 3 (s) → 2 KCl(s) + 3 O 2 (g) ∆ S 8 (s) + 8 O 2 (g) →8 SO 2 (g) 2 Mg(s) + O 2 (g) →2 MgO(s) b) A energia produzida nas reações de combustão excita os elétrons dos íons Cu 2+ , Mg 2+ e Sr 2+ , promo vendo-os para níveis energéticos mais distantes do núcleo. Ao retornarem a seus níveis de origem, devolvem aquela energia, agora em forma de luz, ao meio ambiente. A cor da luz depende da diferença de energia entre os níveis percorridos pelos elétrons. 2. Reescreva as seguintes equações químicas, utilizando estruturas de Lewis (fórmulas eletrônicas em que os elétrons de valência são representados por • ou x), tanto para os reagentes quanto para os produtos. a) H 2 + F 2 →2 HF b) HF + H 2 O →H 3 O + + F – c) 2 Na 0 + F 2 →2 Na + F – d) HF + NH 3 →NH 4 + F – Dados: RESOLUÇÃO: • As fórmulas eletrônicas (Lewis) dos compostos são: Lembrete: Questão 1 MODELOS Dalton Thomson Rutherford + átomo = bolinha esfera positiva com elétrons incrustados os elétrons giram ao redor do núcleo positivo Bohr órbita permitida órbita proibida órbitas circulares com energia constante H N O F Na número atômico 1 7 8 9 11 número de elétrons de valência 1 5 6 7 1 – 1 Q U Í M I C A D Revisão QUÍMICA MÓDULO 1 1 Estrutura do Átomo, Ligações Químicas C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 1 3. O Brasil possui a maior reserva do mundo de hematita (Fe 2 O 3 ), minério do qual se extrai o ferro metálico, um importante material usado em diversos setores, princi palmente na construção civil. O ferro- gusa é produzido em alto-forno conforme esquema, usando-se carvão co mo reagente e combustível, e o oxigênio do ar. Calcário (CaCO 3 ) é adicionado para remover a areia, formando silicato de cálcio. Reações no alto-forno (T = 1 600°C): 2C (s) + O 2 (g) →2CO(g) Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) →2Fe(l) + 3CO 2 (g) CaCO 3 (s) + areia →escória (l) [CaSiO 3 + CO 2 ] Números atômicos: C = 6, O = 8, Si =14, Fe = 26. Quais são as duas propriedades intensivas do ferro e da escória que permitem aplicar a técnica de separação dos componentes da mistura bifásica? Quais os tipos de ligações químicas existentes no ferro e no dióxido de carbono? RESOLUÇÃO: Propriedades intensivas são aquelas que não depen dem da quantidade de matéria. No alto-forno, tanto a escória como o ferro retirados encontram-se no estado líquido (fundidos). Podemos citar como propriedade intensiva a densi da de, uma vez que a escória (menor densidade) flutua na superfície do ferro fundido (maior densidade). Outra propriedade intensiva é a solubilidade de um líquido no outro. Trata- se de dois líquidos imiscíveis que formam um sistema heterogêneo. O ferro (Z = 26) é metal de transição e apresenta configuração 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Os elementos carbono e oxigênio são não-metais, com as seguintes configurações: C(1s 2 2s 2 2p 2 ) e O (1s 2 2s 2 2p 4 ) No ferro, os átomos se unem por ligação me tá lica (tan to no estado sólido como no estado líquido). Te mos íons positivos rodeados por um mar de elétrons (elétrons livres). No dióxido de carbono no estado gasoso, os átomos se unem por ligação covalente. O =C =O 4. As moléculas de amônia e de gás carbônico apresentam formas geométricas e polaridades bem distintas. Descreva essas características. Dados: 7 N, 6 C, 8 O, 1 H. RESOLUÇÃO: gás carbônico O = C = O geometria molecular: linear molécula apolar 5. Nos pares de substâncias a seguir, indicar a de maior ponto de ebulição, justificando: a) H 3 C — CH 2 — CH 2 — CH 2 — OH e 1-butanol H 3 C — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 éter dietílico b) C 2 H 6 e C 8 H 18 etano octano RESOLUÇÃO: a) O 1-butanol tem maior ponto de ebulição, pois estabelece ponte de hidrogênio. b) O octano tem maior ponto de ebulição, pois tem maior cadeia (maior massa molecular). • • N H H H amônia geometria molecular: pirimidal molécula polar 2 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 2 – 3 Q U Í M I C A D 1. No gráfico, encontra-se representada a curva de solubilidade do nitrato de potássio (em gramas de soluto por 1000g de água). Para a obtenção de solução saturada contendo 200 g de nitrato de potássio em 500 g de água, a solução deve estar a uma temperatura, aproximadamente, igual a a) 12°C. b) 17°C. c) 22°C. d) 27ºC. e) 32°C. RESOLUÇÃO: Cálculo da massa de nitrato de potássio em 1000g de H 2 O na solução saturada: 500g de H 2 O –––––––– 200g de KNO 3 1000g de H 2 O –––––––– x x = 400g de KNO 3 Pelo gráfico, traçando as linhas de chamada, observamos que a temperatura do sistema deve ser da ordem de 27°C. Resposta: D 2. O cloreto de potássio é solúvel em água e a tabela a seguir fornece os valores de solubilidade deste sal em g/100g de água, em função da temperatura. Preparou-se uma solução de cloreto de potássio a 40°C dissolvendo-se 40,0g do sal em 100g de água. A temperatura da solução foi diminuída para 20°C e observou-se a formação de um precipitado. a) Analisando a tabela de valores de solubilidade, explique por que houve formação de precipitado e calcule a massa de precipitado formado. b) A dissolução do cloreto de potássio em água é um processo endotérmico ou exotérmico? Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: a) Houve formação de precipitado, pois a solubilidade do cloreto de potás sio a 20°C é menor do que a 40°C. Observe o esquema: Massa do precipitado: 6g b) A dissolução do cloreto de potássio em água é um processo endo - térmico, pois a solubilidade desse sal au men ta com o aumento da temperatura da água. 600 500 400 300 200 100 S o l u b i l i d a d e , g / 1 0 0 0 g H O 2 0 10 20 30 40 Temperatura, ºC 400g 27ºC (g/1000gH O) 2 T(ºC) TEMPERATURA (°C) SOLUBILIDADE (g/100g H 2 O) 10 31,0 20 34,0 30 37,0 40 40,0 MÓDULO 2 2 Soluções C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 3 4 – Q U Í M I C A D 3. Medicamentos, na forma de preparados injetáveis, devem ser soluções isotônicas com relação aos fluidos celulares. O soro fisiológico, por exemplo, apresenta concentração de cloreto de sódio (NaCl) de 0,9% em massa (massa do soluto por massa da solução), com densidade igual a 1,0 g·cm –3 . a) Dada a massa molar do NaCl, em g·mol –1 , 58,5, qual a con centração, em mol·L –1 , do NaCl no soro fisio lógico? Apresente seus cálculos. b) Quantos litros de soro fisiológico podem ser prepa rados a partir de 1L de solução que contém 27 g·L –1 de NaCl (concentração aproximada des te sal na água do mar)? Apresente seus cál culos. RESOLUÇÃO: a) Supondo que temos 1 L ou 1000 cm 3 de soro: 1 g ––––– 1 cm 3 x ––––– 1000 cm 3 x = 1000g →massa da solução Cálculo da massa de NaCl na solução: 1000g –––––––––– 100% (solução) x –––––––––– 0,9% (só soluto) x = 9 g Cálculo da quantidade em mol de NaCl: 58,5g ––––––––– 1 mol de NaCl 9g ––––––––– x x = 0,1538 mol de NaCl Cálculo da concentração em mol/L: M= 0,154 mol/L RESOLUÇÃO ALTERNATIVA: C = 10 dp, C = M. M M. M = 10 dp ∴M. 58,5 = 10 . 1,0 . 0,9 M= 0,1538 mol/L C = 10 . 1 . 0,9 ∴C = 9g/L b) Concentração inicial = 27g/L: C = →logo: m = C . V, então, considerando que a solução final é o soro fisio lógico, temos: C . V = C’ . V’ 27 . 1 = 9 . V’ V’ = 3L de soro fisiológico 4. O ácido nítrico é um dos ácidos mais utilizados na indústria e em laboratórios químicos. É comercializado em diferentes concentrações e volumes, como frascos de 1 litro de solução aquosa, que contém 60% em massa de HNO 3 (massa molar 63g/mol). Por se tratar de ácido forte, encontra-se totalmente na forma ionizada quando em solução aquosa diluída. É um líquido incolor, mas adquire coloração castanha quando exposto à luz, devido à reação de fotodecomposição. Nesta reação, o ácido nítrico decompõe-se em dióxido de nitrogênio, gás oxigênio e água. a) Escreva as equações químicas, devidamente balan ceadas, da reação de fotodecomposição do ácido nítrico e da ionização do ácido nítrico em meio aquoso. b) A 20°C, a solução aquosa de ácido nítrico descrita apresenta concentração 13,0 mol/L. Qual é a densidade desta solução nessa mesma temperatura? Apresente os cálculos efetuados. RESOLUÇÃO: a) Fotodecomposição do ácido nítrico 2HNO 3 →2NO 2 + 1/2 O 2 + 1H 2 O Ionização do ácido nítrico em meio aquoso HNO 3 + H 2 O →H 3 O + + NO 3 – ou H 2 O HNO 3 →H + + NO 3 – b) Cálculo da massa de HNO 3 em 1L de solução 1 mol de HNO 3 ––––––––– 63g 13,0 mol de HNO 3 ––––––––– x x = 819g de HNO 3 Cálculo de massa da solução 819g ––––––– 60% y ––––––– 100% y = 1365g de solução Densidade da solução d = = = 1365g/L = 1,365g/mL m(g) ––––– V(L) m ––– V 1365g ––––– 1L C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 4 – 5 Q U Í M I C A D 5. Uma solução foi preparada com 17,5g de sulfato de potássio (K 2 SO 4 ) e água suficiente para obter 500mL de solução. Determine a concentração em mol . L –1 dos íons potássio e dos íons sulfato na solução. Massas molares em g . mol –1 : K = 39, S = 32, O = 16. RESOLUÇÃO: Cálculo da massa molar do K 2 SO 4 : M = (2 . 39 + 1 . 32 + 4 . 16) g . mol –1 = 174 g.mol –1 Cálculo da quantidade de matéria do K 2 SO 4 : 1 mol –––––––––– 174g x –––––––––– 17,5g x = 0,1 mol Cálculo da concentração em mol . L –1 do K 2 SO 4 : 0,1 mol de K 2 SO 4 –––––––– 0,5L de solução y –––––––– 1L de solução y = 0,2 mol ∴M= 0,2 mol . L –1 Cálculo das concentrações dos íons: K 2 SO 4 →2K + + SO 4 2– 1 mol 2 mol 1 mol 0,2 mol . L –1 z w z = 0,4 mol . L –1 w = 0,2 mol . L –1 [K + ] = 0,4 mol . L –1 [SO 4 2– ] = 0,2 mol . L –1 C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 5 6 – Q U Í M I C A D 1. A figura a seguir apresenta as curvas de pressão de vapor de três líquidos puros, 1, 2 e 3, em função da temperatura. Considere que os líquidos estão submetidos à mesma pressão e analise as seguintes afirmações: I. Quando os líquidos estão em suas respectivas temperaturas de ebulição, a pressão de vapor do líquido 1 é maior que a dos líquidos 2 e 3. II. Quando se adiciona um soluto não volátil ao líquido 2, observa- se um aumento no seu ponto de ebulição. III. Na temperatura ambiente, o líquido 3 é o mais volátil. IV. A maior intensidade das forças intermoleculares no líquido 3 é uma explicação possível para o comportamento observado. Está correto apenas o que se afirma em a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. RESOLUÇÃO: I) Errada. Quando os líquidos estão em suas respectivas tem peraturas de ebulição, a pressão de vapor é igual para os três líquidos. II) Correta. Esse fenômeno é denominado ebulioscopia. III) Errada. Na temperatura ambiente (25°C), o líquido 1 é o mais volátil. IV) Correta. Quanto maior a força intermolecular, menor a pressão de vapor e maior o ponto de ebulição. Resposta: D 2. Dadas as soluções aquosas 1. 0,1 mol/L de glicose 2. 0,1 mol/L de cloreto de sódio a) Qual a solução em que o solvente tem maior tem pe ra tura de ebulição? Justifique. b) Qual a solução em que o solvente tem maior tem pera tura de congelação? Justifique. c) Qual solução tem maior pressão osmótica? RESOLUÇÃO: glicose(s) → glicose(aq) 0,1 mol 0,1 mol/L H 2 O NaCl (s) → Na + (aq) + Cl – (aq) 0,1 mol 0,1 mol/L 0,1 mol/L total = 0,2 mol/L a) Solução 2. Maior número de partículas dispersas. b) Solução 1. Menor número de partículas dispersas. c) Solução 2. Maior número de partículas dispersas. π = M R T i MÓDULO 3 3 Propriedades Coligativas C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 6 – 7 Q U Í M I C A D 3. O dióxido de carbono tem diversas e importantes aplicações. No estado gasoso, é utilizado no combate a incêndios, em especial quando envolvem materiais elétricos; no estado sólido, o denominado gelo seco é utilizado na refrigeração de produtos perecíveis, entre outras aplicações. A figura apresenta um esboço do diagrama de fases para o CO 2 . Com base nas informações fornecidas pelo diagrama de fases para o CO 2 , é correto afirmar que a) o CO 2 estará no estado líquido para qualquer valor de temperatura, quando sob pressão igual a 67 atm. b) o CO 2 pode passar diretamente do estado sólido para o gasoso, quando a pressão for menor que 5,1 atm. c) haverá equilíbrio entre os estados líquido e gasoso para qualquer valor de pressão, quando sob temperatura igual a 25 ºC. d) as curvas representam as condições de temperatura e pressão em que existe uma única fase do CO 2 . e) há mais de um conjunto de condições de pressão e temperatura em que coexistem as três fases em equilíbrio. RESOLUÇÃO: Para pressão menor que 5,1 atm, aumentando a temperatura, o CO 2 no estado sólido passa direta mente para o CO 2 no estado gasoso (sublimação). O ponto que corresponde a 5,1 atm e – 56°C é chamado de ponto triplo, on - de coexistem em equilíbrio os três estados físicos (sólido → ← líquido → ← ga - soso). As curvas representam o estado de equilíbrio entre duas fases (S → ← L, L → ← V, S → ← V). Resposta: B 4. (UFSCar) – Um tipo de sapo do Sudeste da Ásia, Rana cancrivora, nasce e cresce em locais de água doce, tais como rios e lagos. Depois de atingir seu desenvolvimento pleno neste ambiente, o sapo adulto possui duas características marcantes. A primeira delas é ser dotado de uma pele com alta permeabilidade, que lhe permite trocar eficiente - mente O 2 e CO 2 gasosos, água e íons, entre seus tecidos e o meio aquático externo. A segunda carac terística é que na procura por alimentos ele se move para manguezais, onde o teor salino é muito mais elevado que o do seu meio aquático original. Para evitar os danos que poderiam resultar da mudança de ambientes, o sapo dispõe de recursos metabólicos, que podem envolver a diminuição da excreção de NaCl ou da ureia (H 2 N – CO – NH 2 ) contidos em seu corpo, sendo que neste caso a ureia não sofre hidrólise. a) Supondo que o controle dos efeitos da mudança de ambiente fosse feito exclusivamente pela retenção de NaCl pelo organismo deste sapo, seria necessária a retenção de 2,63g de NaCl por 100 mililitros de líquido corporal. Se o controle fosse feito exclusiva mente pela retenção de ureia pelo organismo deste sapo, calcule a quantidade, em gramas, de ureia por 100 mililitros de líquido corporal para obter o mesmo efeito de proteção que no caso do NaCl. b) Considerando outra espécie de sapo, cuja pele fosse permeável apenas ao solvente água, escreva o que ocorreria a este sapo ao se mover da água doce para a água salgada. Justifique sua resposta. Dados: massas molares: NaCl = 58,4 g mol –1 ; ureia = 60,0 g mol –1 . RESOLUÇÃO: a) Cálculo da quantidade, em mols, contida em 2,63g de NaCl: n = ⇒n = ⇒ H 2 O NaCl(s) → Na + (aq) + Cl – (aq) 0,045mol 0,045mol 0,045mol 144424443 0,090mol de partículas A ureia não sofre hidrólise. Logo, para obter o mesmo efeito de proteção que o NaCl, será necessário igual número de partículas dispersas em 100mL de líquido corporal (0,090mol): Quantidade, em gramas, de ureia: n = ⇒0,090mol = ⇒ Serão necessários 5,40g de ureia. b) Ao se mover da água doce para a salgada, por osmose haveria perda de água do sapo em virtude da maior concentração de partículas dispersas no meio externo que é hipertônico com relação aos seus tecidos. 70 60 50 40 30 20 10 67 5,1 P r e s s ã o ( a t m ) sólido líquido gás -56 -60 -40 -20 0 20 25 Temperatura (ºC) m ––– M 2,63g ––––––––– 58,4g/mol n = 0,045mol de NaCl em 100mL de líquido corporal m ––– M m ––––––––– 60,0g/mol m = 5,40g C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 7 8 – Q U Í M I C A D 1. Se todo o calor obtido pela combustão de 0,10 mol de metano fosse aproveitado no aquecimento de 1,0 x 10 3 g de água inicialmente a 10°C, qual seria a temperatura final da água? Dados: Calor específico da água = 1,0 cal g –1 grau 1– RESOLUÇÃO: Na queima de 1 mol de CH 4 , obtêm-se 200kcal, portanto, o calor liberado na queima de 0,1 mol será 20kcal ou 20.000cal. Q = m c ∆t 20.000 = 1000 . 1 . ∆t ∆t = ∴ ∆t = 20°C ∆t = t final – t inicial 20 = t final – 10 Resposta: t final = 30°C 2. (UNESP) – Sob certas circunstâncias, como em locais sem acesso a outras técnicas de soldagem, pode-se utilizar a reação entre alumínio (Al) pulverizado e óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) para soldar trilhos de aço. A equação química para a reação entre alumínio pulverizado e óxido de ferro (III) é: 2Al(s) + Fe 2 O 3 (s) →Al 2 O 3 (s) + 2Fe(s) O calor liberado nessa reação é tão intenso que o ferro produzido é fundido, podendo ser utilizado para soldar as peças desejadas. Co nhe cendo-se os valores de entalpia de formação para o Al 2 O 3 (s) = –1676 kJ/mol e para o Fe 2 O 3 (s) = –824 kJ/mol, nas condições padrão (25ºC e 1 atmosfera de pressão), calcule a entalpia dessa reação nessas condições. Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO 2 Al(s) + Fe 2 O 3 (s) → Al 2 O 3 (s) + 2Fe(s) ∆H 0 f = zero ∆H 0 f = – 824 ∆H 0 f = – 1676 ∆H 0 f = zero ∑∆H 0 f = – 824 ∑∆H 0 f = – 1676 reagentes produtos ∆H reação =∑∆H 0 f – ∑∆H 0 f = – 1676 – (– 824 ) produtos reagentes 3. O gás cloro, Cl 2 , é altamente tóxico, pois, ao ser ina lado, reage com a água existente nos pulmões, formando HCl, ácido clorídrico, capaz de provocar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Cl 2 (g) + H 2 O(g) →HCl(g) + HClO(g) Calcular a variação de entalpia, para a reação acima, sendo dadas as energias de ligação. RESOLUÇÃO: O O / \ / \ Cl — Cl + H H → H — Cl + H Cl ligações rompidas ligações formadas 1Cl — Cl : 1 . 243kJ 1H — Cl : 1(– 431kJ) 2H — O : 2 . 464kJ 1H — O : 1(– 464kJ) –––––––––––––––––––– 1O — Cl : 1(– 205kJ) Total: 1171kJ –––––––––––––––––––– Total: –1100kJ ∆H = + 1171kJ – 1100kJ CH 4 (g) + 2O 2 (g) →2H 2 O(l) + CO 2 (g) ∆H = – 200kcal/mol de CH 4 20.000 ––––––– 1.000 kJ –––– mol kJ –––– mol kJ ∆H reação = – 852 –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol kJ –––– mol Ligação Energia de ligação (kJ/mol) a 25°C e 1 atm Cl — Cl 243 H — O 464 H — Cl 431 Cl — O 205 ∆H = + 71kJ MÓDULO 4 4 Termoquímica C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 8 – 9 Q U Í M I C A D 4. As variações de entalpia (∆H) do oxigênio, do estanho e dos seus óxidos, a 298K e 1 bar, estão representadas no diagrama a seguir. Assim, a formação do SnO(s), a partir dos elementos, corresponde a uma variação de entalpia de – 286kJ/mol. a) Calcule a variação de entalpia (∆H 1 ) correspondente à decom - posição do SnO 2 (s) nos respectivos elementos, a 298K e 1 bar. b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de entalpia (∆H 2 ) da reação entre o óxido de estanho (II) e o oxigênio, produzindo o óxido de estanho (IV), a 298K e 1 bar. RESOLUÇÃO: a) SnO 2 (s) →Sn(s) + O 2 (g) Através do diagrama, o valor do ∆H 1 é + 581kJ/mol b) SnO(s) + ½O 2 (g) →SnO 2 (s) Pelo diagrama, temos: – 581kJ = – 286kJ – x x = – 295kJ ∆H 2 = – 295kJ 5. O cultivo da cana-de-açúcar faz parte da nossa história, desde o Brasil Colônia. O açúcar e o álcool são seus principais produtos. Com a crise mundial do petróleo, o incentivo à fabricação de carros a álcool sur giu, na década de 1970, com o Proálcool. Esse Programa Nacional acabou sendo extinto no final da década de 1990. Um dos pontos altos nas discussões em Joanes burgo sobre desen volvimento sustentável foi o pacto entre Brasil e Alemanha para investi mento na produção de carros a álcool. a) Escreva a equação de combustão do etanol, devi da mente balan - ceada. Calcule o calor de com bus tão de 1 mol de etanol, a partir das seguintes equações: ∆H f (kJ/mol) C (s) + O 2 (g) →CO 2 (g) – 394 H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) →H 2 O (l) – 286 2 C (s) + 3 H 2 (g) +1/2 O 2 (g) →C 2 H 5 OH (l) – 278 b) A reação de combustão do etanol é endotérmica ou exotémica? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A equação de combustão completa do etanol pode ser ex pressa por: C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g) → 2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) Cálculo do ∆H de combustão a partir da Lei de Hess: Inverter a equação III: C 2 H 5 OH(l) →2C(s) + 3H 2 (g) + 1/2O 2 (g) ∆H = + 278kJ Multiplicar a equação I por 2: 2C(s) + 2O 2 (g) →2CO 2 (g) ∆H = – 788kJ Multiplicar a equação II por 3: 3H 2 (g) + O 2 (g) →3H 2 O(l) ∆H = – 858kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g) →2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) ∆H = – 1368kJ b) A reação é exotérmica, pois o ∆H é negativo. 3 –– 2 -286 kJ/mol Sn(s) + O (g) 2 SnO(s) + 0,5 O (g) 2 -581 kJ/mol SnO (s) 2 H C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 9 10 – Q U Í M I C A D 1. Em leite adulterado, é comum encontrar peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), substância adicionada pelo fraudador com a finalidade de diminuir o desenvolvimento de micro-organismos provenientes de manipulação e estoca gem inadequadas do produto. Um teste simples para a detecção dessa substância consiste em gotejar solução aquosa de iodeto de potássio em uma amostra acidificada do leite a ser analisado. Caso contenha H 2 O 2 , a amostra adquirirá coloração amarelada devido à formação de iodo, uma molécula diatômica.Escreva a equação química que representa a reação entre o peróxido de hidrogênio e o iodeto em meio ácido, com produção de iodo e água, apresentando os números de oxidação para o iodo no reagente (íon iodeto) e no produto (iodo molecular). RESOLUÇÃO: A equação química que representa a reação entre o peróxido de hidrogênio e o iodeto em meio ácido com produção de iodo e água é: redução: H 2 O 2 : e – = 1 . 2 = 2 1 oxidação: I 2 : e – = 1 . 2 = 2 1 1H 2 O 2 + 2I – + 2H + →1I 2 + 2H 2 O I – : Nox do I no íon iodeto = 1 – I 2 : Nox do I no iodo molecular = 0 2. Com a entrada em vigor, em 2008, da Lei Seca no Brasil, a quantidade de álcool ingerido passou a ser medida pela polícia por meio da determinação do teor de álcool presente no ar exalado pelo motorista investigado.A determinação do teor alcoólico é feita por meio do etilômetro, que consiste numa célula eletroquímica que gera corrente elétrica quando álcool etílico está presente no ar exalado, devido à ocorrência da reação global representada a seguir: 2CH 3 CH 2 OH(g) + O 2 (g) →2CH 3 CHO(g) + 2H 2 O(l) Durante o teste, o motorista investigado sopra através de um tubo para o interior do aparelho, no qual há dois eletrodos de platina separados por eletrólito, que permite a passagem dos íons H + . Se houver álcool presente no ar exalado pelo motorista, no primeiro eletrodo de platina ocorre a semirreação na qual o etanol é convertido em etanal, com a liberação de íons H + e elétrons. Os elétrons liberados passam pelo circuito elétrico externo, gerando uma corrente proporcional à quan ti - dade de álcool contido no ar exalado. Os íons H + , por sua vez, atraves - sam o eletrólito e, no outro eletrodo de platina, reagem com o O 2 e com os elétrons que passaram pelo circuito externo, formando água. Com base nessas informações sobre o etilômetro, escreva e identifique as equações químicas que correspondem às semirreações de oxidação e de redução que ocorrem nesse processo. RESOLUÇÃO: Semirreação de oxidação: etanol é convertido em etanal com liberação de H + e elétrons: CH 3 CH 2 OH →CH 3 CHO + 2H + + 2e – etanol etanal ou Semirreação de redução: íons H + reagem com o O 2 e com os elétrons, formando H 2 O. 2H + + ½O 2 + 2e – → H 2 O ou 4H + + O 2 + 4e – → 2H 2 O 1– 1– 0 2– H 2 O 2 + I – + H + → I 2 + H 2 O redução ∆ = 1 oxidação ∆ = 1 CH 3 — C — OH — — H H CH 3 — C — — — H O 1+ 1– 2CH 3 CH 2 OH 2CH 3 CHO + 4H + + 4e – oxidação O 2 redução 0 H 2 O –2 MÓDULO 5 5 Oxidorredução – Eletroquímica C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 10 – 11 Q U Í M I C A D 3. Dentre os elementos, há alguns com grande tendência à oxidação, como sódio, enquanto outros, como platina, são muito resistentes à oxidação. Um valor que indica a tendência à oxidação ou à redução é o potencial padrão de redução, E 0 , que pode ser obtido experimen - talmente e é representado em semirreações, como exemplificado a seguir: Li + + e – = Li E 0 = –3,04V Ag + + e – = Ag E 0 = 0,80V. Em reações de oxidação e redução, há fluxo de elétrons e, quando isso gera energia, forma-se uma pilha, fonte de energia bastante comum nos dias de hoje. Considere uma pilha formada a partir de lítio e prata em seus estados de oxidação mais comuns. a) Escreva a equação global da reação dessa pilha. b) Calcule a diferença de potencial desta pilha, em con dições padrão. RESOLUÇÃO: a) O cátion Ag + vai sofrer redução, pois tem maior potencial de redução, enquanto o metal Li sofre oxidação, pois tem maior potencial de oxidação. anodo: Li →Li + + e – E 0 oxi = 3,04V catodo: Ag + + e – →Ag E 0 red = 0,80V equação : Li + Ag + →Li + + Ag ∆E 0 = 3,84V global b) ∆E 0 = 3,84V 4. A figura apresenta a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de níquel(II), NiCl 2 . São dados as semirreações de redução e seus respec tivos potenciais: Cl 2 (g) + 2e – → 2Cl – (aq) E 0 = + 1,36 V Ni 2+ (aq) + 2e – → Ni(s) E 0 = – 0,24 V a) Indique as substâncias formadas no anodo e no catodo. Justifique. b) Qual deve ser o mínimo potencial aplicado pela bateria para que ocorra a eletrólise? Justifique. RESOLUÇÃO: a) As semirreações que ocorrem na eletrólise são: polo ᮎ(catodo): Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni(s) polo ᮍ(anodo): 2Cl – (aq) →2e – + Cl 2 (g) No catodo (onde ocorre a redução), temos a forma ção do metal níquel e no anodo (onde ocorre a oxi dação), a formação do gás cloro. b) Ni 2+ (aq) + 2e – →Ni(s) –0,24V 2Cl – (aq) → 2e – + Cl 2 (g) –1,36V _______________________________________ Ni 2+ (aq) + 2Cl – (aq) →Ni(s) + Cl 2 (g) –1,60V O mínimo potencial aplicado pela bateria para que ocorra a eletrólise é 1,60V. 5. A superfície de uma peça metálica foi cromada por meio da eletrólise de 500 mL de uma solução aquosa, contendo íons Cr 3+ em concentração de 0,1 mol/L. a) Escreva a equação da semirreação em que íons de cromo são transformados em cromo metálico. b) Sendo 1 faraday a carga elétrica de 1 mol de elétrons, e consi - derando rendimento de 100%, que carga elé trica é necessária para eletrolisar todo o cromo presente na solução? RESOLUÇÃO a) Cr 3+ (aq) + 3e – →Cr 0 (s) b) Cálculo da quantidade de íons Cr 3+ : 0,1 mol de Cr 3+ –––––– 1000 mL x mol de Cr 3+ –––––– 500 mL ⇒x = 0,05 mol de Cr 3+ 3 mol de e – –––––– 1 mol de Cr 3+ y mol de e – –––––– 0,05 mol de Cr 3+ y = 0,15 mol de e – 1 mol de e – –––––– 1 faraday 0,15 mol de e – –––––– z faraday z = 0,15 faraday Nota: Um faraday equivale a aproximadamente 96 500C. Em coulomb, a carga elétrica seria 0,15 x 96 500C = 14 475C C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 11 1. (UNIFESP) – Dois experimentos foram realizados em um labo - ratório de química. Experimento 1: Três frascos abertos contendo, separadamente, volumes iguais de três solventes, I, II e III, foram deixados em uma capela (câmara de exaustão). Após algum tempo, verificou-se que os volumes dos solventes nos três frascos estavam diferentes. Experimento 2: Com os três solventes, foram preparadas três misturas binárias. Verificou-se que os três solventes eram miscíveis e que não reagiam quimicamente entre si. Sabe-se, ainda, que somente a mistura (I + III) é uma mistura azeotrópica. a) Coloque os solventes em ordem crescente de pressão de vapor. Indique um processo físico adequado para separação dos solventes na mistura (I + II). b) Esboce uma curva de aquecimento (temperatura x tempo) para a mistura (II + III), indicando a transição de fases. Qual é a diferença entre as misturas (II + III) e (I + III) durante a ebulição? RESOLUÇÃO: a) O solvente mais volátil apresenta maior pressão de vapor, assim a ordem crescente de volatilidade dos solventes é: I < III < II. Um método para separar os solventes da mistura (I + II) seria a destilação fracionada. b) Curva de aquecimento para a mistura (II + III): Durante a ebulição, a temperatura da mistura (I + III) fica constante (azeótropo); no caso da mistura (II + III), a temperatura não fica constante. 2. (UFSCar) – Uma das fontes de poluição ambiental gerada pelas atividades de um posto de gasolina é o efluente resultante de lavagem de veículos. Este efluente é uma mistura que contém geralmente água, areia, óleo e sabão. Para minimizar a poluição ambiental, antes de ser lançado na rede de esgoto, esse efluente deve ser submetido a tratamento, cujo processo inicial consiste na passagem por uma “caixa de separação”, esquematizada na figura que se segue. Sabendo-se que água e sabão formam uma única fase, e que os óleos empregados em veículos são menos densos e imiscíveis com esta fase (água + sabão), pede-se: a) Escreva os nomes dos componentes desse efluente que se acumulam nos espaços 1 e 2. b) Escreva o nome do processo responsável pela se pa ração dos componentes do efluente nos espaços 1 e 2 RESOLUÇÃO: a) Espaço 1: O componente que se acumula é a areia, que, por ser o mais denso entre todos os outros componentes, sedimenta-se nesse recipiente. Espaço 2: O componente que se acumula é o óleo, que, por ser menos denso que a mistura água + sa bão, fica retido no topo desse recipiente. b) Como a propriedade que determina a separação dessa mistura nos espaços 1 e 2 é a densidade, o nome desse processo é a decantação. 12 – Q U Í M I C A D MÓDULO 6 6 Substância e Mistura, Leis das Combinações Químicas C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 12 – 13 Q U Í M I C A D 3. (UNICAMP) – Depois das 19 horas, os convidados começaram a chegar. Dina os recepcionava no bar, onde havia dois baldes: um deles com gelo e o outro com gelo seco. Dina bradava aos quatro cantos: “Isso faz a festa tornar-se mais química, já que esses sólidos serão usados para resfriar as bebidas!” Para cada bebida, Estrondosa escolhia o sólido mais apropriado. Curiosamente alguém pediu duas doses iguais de uísque, uma com gelo e outra com gelo seco, mas colocou os copos em uma mesa e não consumiu as bebidas. Passado um certo tempo, um colega de faculdade resolveu verificar se Dina ainda era a “sabichona” de antigamente, e foi logo perguntando: a) “Esses sólidos, quando colocados nas bebidas, sofrem transfor ma - ções. Que nomes são dados para essas duas transformações? E por que essas transformações fazem com que as bebidas se resfriem?” b) “Dina, veja essas figuras e pense naqueles dois copos de uísque que nosso amigo não bebeu. Qual copo, da situação inicial, corresponde ao copo d da situação final? Em algum dos copos, a concentração final de álcool ficou diferente da concentração inicial? Por quê?” Obs.: considerar a figura para responder ao item b. RESOLUÇÃO: a) Com gelo: fusão: H 2 O(s) →H 2 O(l). Com gelo seco: sublimação: CO 2 (s) →CO 2 (g) Esses processos são endotérmicos, absorvendo o calor das bebidas, resfriando-as, portanto. b) O copo x na situação inicial continha gelo seco, que é mais denso que a bebida e que, ao sublimar, faz com que o nível de bebida no copo fique mais baixo, copo d. No copo c, a concentração de álcool diminuiu, pois a fusão do gelo aumenta o volume da solução e, consequentemente, a dilui. Note que no copo y, o gelo não faz parte da solução. 4. O fluxograma acima representa o processo de se paração da mistura de água, óleo, areia e sulfato de cobre. Sabe-se que o sulfato de cobre não é solúvel em óleo e que está completamente dissolvido na água. Com base nessas informações e nos conhecimentos sobre misturas, indique: a) Os processos de separação de misturas que foram utilizados. b) Equacione a reação de neutralização que leva à formação do sal presente na mistura. RESOLUÇÃO: a) I. Filtração. II. Decantação. III. Evaporação / destilação. b) H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 →CuSO 4 + 2H 2 O 5. Numa primeira experiência, colocando-se 2,4g de magnésio em presença de 9,1g de cloro, veri fica-se a formação de 9,5g de cloreto de magnésio com um excesso de 2g de cloro. Numa segunda experiên cia, adicionando-se 5g de magnésio a 14,2g de cloro, formam-se 19g de cloreto de magnésio com 0,2g de magnésio em excesso. Veri ficar se os resultados estão de acordo com as Leis de Lavoisier e de Proust. RESOLUÇÃO: A reação da experiência é: 1.ª exp.: 2,4g + 7,1g = 9,5g LAVOISIER: { obedece 2.ª exp.: 4,8g + 14,2g = 19,0g 2,4g 7,1g 9,5g PROUST: { ––––– = –––––– = –––––– = constante = 0,5 obedece 4,8g 14,2g 19,0g magnésio + cloro → cloreto de magnésio 1.ª experiência 2,4g 9,1 – 2g = 7,1g 9,5g 2.ª experiência 5g – 0,2g = 4,8g 14,2g 19,0g C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 13 14 – Q U Í M I C A D 1. Estudos pré-clínicos têm de mons trado que uma droga conhecida por aprepitante apresenta ação inibitória dos vômitos induzidos por agentes qui mioterápicos citotóxicos, tais como a cisplatina. Essa droga apre senta a seguinte fórmula estrutural: Duas das funções orgânicas encontradas na estrutura dessa droga são a) cetona e amina. b) cetona e éter. c) amina e éter. d) amina e éster. e) amida e éster. RESOLUÇÃO: A estrutura, a seguir, apresenta as funções: Resposta: C 2. Identifique todos os grupos fun cio nais presentes nos seguintes compostos: a) vanilina, o composto responsável pelo sabor de bau nilha; b) carvona, o composto responsável pelo sabor de hortelã. RESOLUÇÃO: a) Os grupos funcionais presentes na vanilina, cuja fór mula estrutural está representada abaixo, são: b) Os grupos funcionais presentes na carvona são: MÓDULO 7 7 Funções Orgânicas e Isomeria C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 14 3. Associe de cima para baixo: 1. ( ) isômeros funcionais 2. H 3 C — CH — CH 3 e ( ) metâmeros (isômeros | de compensação) OH H 3 C — CH 2 — CH 2 — OH CH 2 3. H 2 C=CH—CH 3 e H 2 C — CH 2 ( ) tautômeros 4. H 3 C—O—CH 2 —CH 2 — CH 3 ( ) isômeros de posição e H 3 C—CH 2 —O—CH 2 —CH 3 5. ( ) isômeros de cadeia RESOLUÇÃO: 5, 4, 1, 2, 3 4. As abelhas rainhas produzem um feromônio cuja fór mula é apresentada a seguir. O || CH 3 — C — (CH 2 ) 5 — CH =CH — COOH a) Forneça o nome de duas funções orgânicas pre sentes na molécula deste feromônio. b) Sabe-se que um dos compostos responsáveis pelo poder regulador que a abelha rainha exerce sobre as demais abelhas é o isômero trans deste fero mô nio. Forneça as fórmulas estruturais dos isômeros cis e trans e identifique-os. RESOLUÇÃO: a) O feromônio: possui as funções cetona e ácido carboxílico. b) Os isômeros cis e trans são: Obs.: As condições para que uma subs tância apresente isomeria cis-trans é possuir dupla ligação entre átomos de carbono e ligantes diferentes entre si em cada carbono da dupla. H 3 C — C — — — O H H 2 C = C — H — OH CH 3 OH CH 2 — OH e – 15 Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 15 5. O ibuprofen é um anti-inflamatório muito usado. Sobre este composto, é correto afirmar que a) sua fórmula molecular é C 13 H 18 O 2 . b) não tem carbono assimétrico. c) pertence à função amina. d) apresenta cadeia heterocíclica saturada. e) tem massa molar igual a 174 g/mol. Dados: Massas molares em g/mol: C = 12, H = 1 e O = 16. RESOLUÇÃO: O ibuprofen: tem fórmula molecular C 13 H 18 O 2 , possui um átomo de car bo no assimétrico, pertence à função ácido car boxílico, possui cadeia aromática e tem massa molar 206 g/mol. Resposta: A 6. Moléculas que apresentam carbono quiral são muito comuns na natureza. Para os organismos vivos, a quira lidade é particularmente importante, pois uma molé cula que apresenta imagem especular pode pro vocar um efeito fisiológico benéfico, enquanto a que representa sua imagem no espelho pode ser inerte ou provocar problemas de saúde. Na síntese de medicamentos, a existência de carbono quiral é sempre uma preocu pação, pois embora duas moléculas possam ter a mesma fórmula molecular, apenas uma delas poderá ser ativa. O naproxeno, cuja molécula é representada a seguir, é o princípio ativo de um antiinfla - matório. Seu enanciômero não apresenta efeito sobre a inflamação e ainda pode provocar problemas no fígado. Indique o carbono quiral e identifique as funções presentes nessa molécula. RESOLUÇÃO: Considere a fórmula estrutural: O carbono quiral ou assimétrico está indicado com asterisco. As funções presentes no naproxeno são: éter e ácido carboxílico. 16 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 16 Reação de substituição: | | | | — C — C — H + AA → — C — C — A + HA | | | | ordem de substituição: C3 ário > C2 ário > C1 ário 1. Escreva as fórmulas estruturais dos compostos alcanoclorados obtidos pela reação entre o 2-metilbutano e o gás cloro. RESOLUÇÃO: CH 3 — CH — CH 2 — CH 3 + Cl 2 → | CH 3 Cl Cl | | CH 2 — CH — CH 2 — CH 3 ; CH 3 — C — CH 2 — CH 3 ; | | CH 3 CH 3 Cl Cl | | CH 3 — CH — CH — CH 3 ; CH 3 — CH — CH 2 — CH 2 | | CH 3 CH 3 Reação de Adição: A B A B | | +AB | | —C≡C— +AB →—C=C— → —C— C — | | A B Regra de Markovnikov: H entra no C da dupla ou tripla mais hidro - genado. 2. Dois isômeros estruturais são produzidos quando brometo de hidrogênio reage com 2-penteno. a) Dê o nome e as fórmulas estruturais dos dois isômeros. b) Qual é o nome dado a este tipo de reação? Se fosse 2-buteno no lu - gar de 2-penteno, o número de isô me ros estruturais seria o mesmo? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A reação de brometo de hidrogênio com 2-penteno produz dois isômeros estruturais (isomeria plana): 2CH 3 — CH =CH — CH 2 — CH 3 + 2HBr → →CH 3 — CH — CH 2 — CH 2 — CH 3 + | Br 2-bromopentano + CH 3 — CH 2 — CH — CH 2 — CH 3 | Br 3-bromopentano b) É uma reação de adição. Se a reação fosse com 2-buteno, formar-se-ia apenas o 2-bro mobutano (o 2-buteno é simétrico com relação à dupla ligação). CH 3 — CH =CH — CH 3 + HBr →CH 3 — CH — CH 2 — CH 3 | Br 2-bromobutano Lembrete: Questão 1 Lembrete: Questão 2 – 17 Q U Í M I C A D MÓDULO 8 8 Reações Orgânicas I C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 17 3. O que ocorreu com a seringueira, no final do século XIX e início do XX, quando o látex era retirado das árvores nativas sem preocupação com o seu cultivo, ocorre hoje com o pau-rosa, árvore típica da Amazônia, de cuja casca se extrai um óleo rico em linalol, fixador de perfumes cobiçado pela indústria de cosméticos. Diferente da seringueira, que explorada racionalmente pode produzir látex por décadas, a árvore do pau-rosa precisa ser abatida para a extração do óleo da casca. Para se obter 180 litros de essência de pau-rosa, são necessárias de quinze a vinte toneladas dessa madeira, o que equivale à derrubada de cerca de mil árvores. Além do linalol, outras substâncias constituem o óleo essencial de pau-rosa, entre elas: Considerando as fórmulas estruturais das substâncias I, II e III, classifique cada uma quanto à classe funcional a que pertencem. Represente a estrutura do produto da adição de 1 mol de água, em meio ácido, também conhe cida como reação de hidratação, à substância alfa- terpineol. RESOLUÇÃO: A reação de hidratação da substância alfa-terpineol é: 18 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 18 4. Grupos ligados ao anel benzênico interferem na sua reatividade. Alguns grupos tornam as posições orto e para mais reativas para reações de substituição e são chamados orto e para dirigentes, enquanto outros grupos tornam a posição meta mais reativa, sendo chamados de meta dirigentes. • Grupos orto e para dirigentes: – Cl, – Br, – NH 2 , – OH, – CH 3 • Grupos meta dirigentes: – NO 2 , – COOH, – SO 3 H As rotas sintéticas I, II e III foram realizadas com o objetivo de sintetizar as substâncias X, Y e Z, respectivamente. Escreva as fórmulas estruturais dos produtos intermediários e de X, Y e Z. RESOLUÇÃO: (I) 1.ª Etapa – Nitração do benzeno na presença de catalisador (H 2 SO 4 ) 2.ª Etapa – Cloração do nitrobenzeno na presença de AlCl 3 como catalisador. (II) 1.ª Etapa – Monocloração do benzeno na presença de catalisador (AlCl 3 ) 2.ª Etapa – Dicloração (III) 1.ª Etapa – Reação do benzeno com cloreto de metila (Friedel Crafts) na presença de catalisador (AlCl 3 ) 2.ª Etapa – Nitração do tolueno – 19 Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 19 5. Uma das principais fontes de energia térmica utilizadas atualmente no Estado de São Paulo é o gás natural proveniente da Bolívia (constituído principalmente por metano). No entanto, devido a problemas políticos e econômicos que causam eventuais interrupções no fornecimento, algumas empresas estão voltando a utilizar o GLP (gás liquefeito de petróleo, constituído principalmente por butano). Forneça as equações químicas para a combustão de cada um desses gases e calcule os volumes de cada um deles que produzem 22,4 litros de CO 2 . RESOLUÇÃO: Combustão do gás natural (principalmente metano): CH 4 (g) + 2O 2 (g) →CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Combustão do GLP (principalmente butano): C 4 H 10 (g) + 13/2O 2 (g) →4CO 2 (g) + 5H 2 O(g) Admitindo que os gases formados e os gases reagentes se encontrem na mesma temperatura e pressão, a proporção em mols é igual à proporção volumétrica. Para o gás natural, teremos: produz 1V de CH 4 →1V de CO 2 x → 22,4L de CO 2 x = 22,4L de CH 4 Para o gás liquefeito de petróleo, teremos: 1V de C 4 H 10 →4V de CO 2 y → 22,4L de CO 2 y = 5,6L de C 4 H 10 20 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 20 – 21 Q U Í M I C A D 1. Quando o etanol é posto em contato com o ácido sulfúrico, a quente, ocorre uma reação de desidra tação, e os produtos formados estão relacionados à temperatura de reação. A desidratação intramolecular ocorre a 170°C e a desidratação intermolecular a 140°C. Os produtos da desidratação intramolecular e da intermolecular do etanol são, respectivamente, a) etano e etoxieteno. b) eteno e etoxietano. c) etoxieteno e eteno. d) etoxietano e eteno. e) etoxieteno e etano. RESOLUÇÃO: Desidratação intramolecular: H OH | | H 2 SO 4 H 2 C — CH 2 →H 2 C = CH 2 + H 2 O 170°C Eteno Desidratação intermolecular: H 2 SO 4 H 3 C — CH 2 —OH + H O — CH 2 — CH 3 → 140°C H 3 C — CH 2 — O — CH 2 — CH 3 + H 2 O Etoxietano Resposta: B 2. A reação química entre um ácido carboxílico e um álcool é chamada de esterificação. Nessa reação, forma-se também água, devido à saída de um H do grupo OH do álcool e o grupo OH do ácido, como indica o exemplo Complete a equação a seguir e dê o nome do composto orgânico for - mado. RESOLUÇÃO: propanoato de metila 3. O éster etanoato de octila é a substância responsável pelo aroma característico das laranjas, podendo ser sintetizada em uma única etapa de síntese. Apresente a equação para a reação de produção do éster etanoato de octila, empregando como reagentes um álcool e um ácido carboxílico. RESOLUÇÃO: A reação entre ácido carboxílico e álcool é chamada de esterificação. O éster etanoato de octila é obtido a partir da reação: I) Oxidação enérgica de alceno com KMnO 4 ou K 2 Cr 2 O 7 em meio ácido (H 2 SO 4 ) [O] R — C =C —R →R — C =O + O =C —R | | H + | | H R OH R II) Ozonólise de alceno R — C =C —R + O 3 + H 2 O →R—C =O+ O =C —R | | | | H R H R 4. Complete as equações a seguir: [O] a) H 3 C — C =C — CH 2 — CH 3 → | | H + H CH 3 b) H 3 C — C =C — CH 3 + O 3 + H 2 O → | | H CH 3 RESOLUÇÃO: H 3 C — C — OH — — O + HO — CH 2 — CH 3 H 3 C — C + H 2 O — O — CH 2 — CH 3 — — O H 3 C — CH 2 — C — OH — — O + HO — CH 3 H 3 C — CH 2 — C — OH — — O + H O — CH 3 H 3 C — CH 2 — C + H 2 O — — O — O — CH 3 H 3 C — C — OH — —O ácido etanóico + HO — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 3 1-octanol H 2 O + H 3 C — C — O — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 2 — CH 3 — —O etanoato de octila Lembrete: Questão 4 O O || a) H 3 C — C e H 3 C — C — CH 2 — CH 3 OH O O || b) H 3 C — C e H 3 C — C — CH 3 H MÓDULO 9 9 Reações Orgânicas II C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 21 Oxidação de álcoois com KMnO 4 /H 2 SO 4 [O] [O] álcool 1 ário →aldeído →ácido carboxílico [O] álcool 2 ário →cetona [O] álcool 3 ário →não há reação 5. Complete as equações a seguir. [O] [O] H 3 C — CH 2 — OH → → etanol OH | [O] H 3 C — C — CH 3 → | H 2-propanol RESOLUÇÃO: O [O] [O] H 3 C — CH 2 — OH → H 3 C — C → – H 2 O H etanal O → H 3 C — C OH ácido etanoico OH O | [O] || H 3 C — C — CH 3 →H 3 C — C — CH 3 | – H 2 O H propanona 6. A chamada “lei seca” foi criada para tentar diminuir o número de acidentes envolvendo veículos automotores, procurando evitar que sejam conduzidos por motoristas alcoolizados. Para uma fiscalização eficaz, o chamado bafômetro é utilizado nas operações de policiamento nas cidades e rodovias do país. Os primeiros equipamentos desse tipo eram constituídos por tubos em cujo interior havia dicromato de potássio e ácido sulfúrico, imobilizados em sílica. Ao soprar no tubo, o ar exalado pela pessoa entra em contato com esses reagentes, e, caso tenha consumido álcool, seus vapores reagem segundo a equação química: 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → → 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O sendo detectado devido à coloração verde, característica do Cr 2 (SO 4 ) 3 produzido. É correto afirmar que, na reação que ocorre no bafômetro, o etanol é a) hidrolisado. b) desidratado pelo H 2 SO 4 . c) reduzido pelo H 2 SO 4 . d) reduzido pelo K 2 Cr 2 O 7 . e) oxidado pelo K 2 Cr 2 O 7 . RESOLUÇÃO: 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → → 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O No processo, o etanol (redutor) é oxidado a ácido acético: e o dicromato de potássio (oxidante) é reduzido a sulfato de crômio (III): No bafômetro, o etanol é oxidado pelo K 2 Cr 2 O 7 . Resposta: E Lembrete: Questão 5 C H OH 2 5 C H O 2 4 2 -2 0 Oxidação K Cr O 2 2 7 Cr (SO ) 2 4 3 +6 +3 Redução 22 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 22 – 23 Q U Í M I C A D 1. As garrafas PET são um dos problemas de po lui ção citados por am - bientalistas; sejam depositadas em aterros sani tários ou até mes mo jogadas indiscriminadamente em terrenos baldios e cur sos d’água, es - se material leva cerca de 500 anos para se degra dar. A reciclagem tem sido uma solução válida, embora ainda não atinja nem metade das garrafas PET produzidas no país. Pesqui sadores bra sileiros estudam o desenvolvimento de um plástico obti do a partir das garrafas PET, que se degrada em apenas 45 dias. O se gredo para o desenvolvimento do novo polímero foi utilizar em sua síntese um outro tipo de plástico, no caso um poliéster alifático, para acelerar o pro cesso de degradação. O polímero PET, poli(tereftalato de etileno), é obtido a partir da reação do ácido tereftálico com etilenoglicol na presença de catalisador e em condições de temperatura e pressão adequadas ao processo. a) Dê a fórmula estrutural do PET. Em relação à estrutura química dos polímeros citados, o que pode estar associado quanto à biodegradabilidade dos mesmos? b) O etanol é semelhante ao etilenoglicol. Dentre esses dois álcoois, qual deve apresentar menor pressão de vapor e qual deve apresentar menor temperatura de ebulição? Justifique. RESOLUÇÃO: a) A biodegradabilidade está relacionada ao tipo de cadeia. Pelo texto, podemos concluir que o plástico biodegradável possui cadeia alifática e o PET, que possui cadeia aromática, não é biodegradável. b) Etanol Etilenoglicol CH 3 – CH 2 – OH HO – CH 2 – CH 2 – OH Por estabelecer maior quantidade de ligações de hidrogênio entre suas moléculas, podemos concluir que o etilenoglicol possui força inter - molecular mais intensa; portanto, possui menor pressão de vapor. O etanol, por possuir maior pressão de vapor, possui menor ponto de ebulição. 2. Os α-aminoácidos são moléculas que têm um grupo amino e um grupo carboxila ligados a um mesmo átomo de carbono. Um dos vinte α-aminoácidos en con trados em proteínas naturais é a ala nina. Essa molécula possui também um átomo de hidrogênio e um grupo metila ligados ao carbono α. Na formação de pro teínas, que são polímeros de aminoácidos, estes se ligam entre si por ligações peptídicas. A ligação peptídica forma-se entre o grupo amino de uma molécula e o grupo carboxila de uma outra molécula de aminoácido, com a eliminação de uma molécula de água. Com base nessas informações, pedem-se a) a fórmula estrutural da alanina. b) a equação química que representa a reação entre duas moléculas de alanina formando uma ligação peptídica. RESOLUÇÃO: a) H 2 N — CH — COOH | CH 3 b) H 2 N — CH — CO N — CH — COOH → | H | CH 3 CH 3 O || →H 2 N — CH — C — N — CH — COOH + H 2 O | | | CH 3 H CH 3 OH + H MÓDULO 1 1 0 0 Polímeros – Bioquímica C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 23 3. Na preparação de churrasco, o aroma agradável que desperta o apetite dos apreciadores de carne deve-se a uma substância muito volátil que se forma no pro cesso de aquecimento da gordura animal. (R, R’ e R’’: cadeias de hidrocarbonetos com mais de 10 átomos de carbono.) Esta substância é composta apenas por carbono, hi drogênio e oxigênio. Quando 0,5 mol desta substância sofre combustão completa, forma-se um mol de moléculas de água. Nesse composto, as razões de massas entre C e H e entre O e H são, respec tiva mente, 9 e 4. a) Calcule a massa molar desta substância. b) A gordura animal pode ser transformada em sabão por meio da reação com hidróxido de sódio. Apre sente a equação dessa reação e o seu respectivo nome. Dadas massas molares (g/mol): C = 12, H = 1 e O = 16. RESOLUÇÃO: a) A substância é formada apenas por CHO. C x H y O z 1/2C x H y O z + O 2 →1H 2 O + outros produtos Para esta reação estar balanceada em relação ao H, o composto original terá 4 átomos de H (y = 4). Como: = 9 = 9 m C = 36 Como cada átomo de C tem massa atômica igual a 12u, temos 3 átomos de C (x = 3) e = 4 = 4 m O = 16 Como cada átomo de O tem massa atômica igual a 16u, temos 1 átomo de O (z = 1), logo a fórmula é C 3 H 4 O M = (3 . 12 + 4 . 1 + 1 . 16)g/mol = 56g/mol b) A reação da gordura com NaOH é a reação de sa ponificação: 4. Nas tecnologias para substituição dos derivados do petróleo por outras fontes de energias renováveis, o Brasil destaca-se no cenário internacional pelo uso do etanol e, mais recentemente, do biodiesel. Na transesterificação, processo de obtenção do biodiesel, ocorre uma reação entre um óleo e um álcool na presença de catalisador, tendo ainda como subproduto a glicerina. H 2 COH | HCOH C 17 H 31 COOH | H 2 COH ácido linoleico (L) Glicerina Quando são utilizados o etanol e o triglicerídeo LLL, na transes - terificação, os produtos orgânicos formados apresentam os grupos funcionais a) álcool e éster. b) álcool e éter. c) álcool e ácido carboxílico. d) ácido carboxílico e éster. e) ácido carboxílico e éter. RESOLUÇÃO: A reação de transesterificação entre o etanol e o triglicerídeo LLL está representada a seguir: Logo, os produtos da reação pertencem às funções álcool e éster. Resposta: A m C –––– m H m C –––– 4 m O –––– m H m O –––– 4 CH 2 — O — C — C 17 H 31 —— O CH — O — C — C 17 H 31 —— O CH 2 — O — C — C 17 H 31 —— O + 3CH 3 — CH 2 — OH 3C 17 H 31 — C — O — CH 2 — CH 3 —— O + H 2 C — OH — HC — OH — H 2 C — OH 24 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 24 5. (UFSCar) – Uma porção representativa da estrutura do polímero conhecido como Kevlar, patente da DuPont, é mostrada na figura a seguir. A estrutura pode ser descrita como sendo formadas por longas fibras poliméricas, aproximadamente planares, mantidas por ligações covalentes fortes, e cada fibra interagindo com suas vizinhas através de ligações hidrogênio, representadas por linhas interrompidas na figura. Devido ao conjunto dessas interações, o polímero é altamente resistente a impactos, propriedade que é aproveitada na confecção de coletes à prova de bala. a) Escreva as fórmulas estruturais dos dois reagentes utilizados na síntese do Kevlar, identificando as funções orgânicas presentes nas moléculas de cada um deles. b) Transcreva a porção representativa da fórmula estrutural da fibra polimérica em destaque na figura (dentro dos colchetes) para seu caderno de respostas. Assinale e identifique a função orgânica que se origina da reação de polimerização. RESOLUÇÃO: a) Os dois reagentes utilizados são: b) A função orgânica que se origina da reação de polimerização é amida. – 25 Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 25 26 – Q U Í M I C A D 1. Especialmente para as crianças, havia uma sala reservada com muitos brinquedos, guloseimas, um palhaço e um mágico. Como Rango também tinha problemas com açúcar, algumas vezes ele colocava pouco açúcar nas receitas. Ao ex perimentar a pipoca doce, uma das crianças logo berrou: “Tio Rango, essa pipoca tá com pouco açúcar!” Aquela observação intrigou Rango, que ficou ali pensando.... a) “Coloquei duas xícaras de milho na panela e, depois que ele estourou, juntei três colheres de açúcar para derreter e queimar um pouco. Se cada colher tem mais ou menos 20 gramas de açúcar, quantas moléculas de sacarose (C 12 H 22 O 11 ) eu usei em uma panelada?” b) “Eu também sei que parte desse açúcar, após caramelizar, se decompõe em água e carbono. Se 1% desse açúcar se decompõe dessa forma, quantos gramas de carbono se formaram em cada panelada?” Dados: Massas molares em g/mol: C = 12, H = 1, O = 16 Constante de Avogadro = 6,02 x 10 23 mol –1 RESOLUÇÃO: a) Cálculo da massa de açúcar: 1 colher de açúcar –––––– 20g 3 colheres de açúcar –––––– x x = 60g Cálculo da massa molar da sacarose: M(C 12 H 22 O 11 ) = (12.12)g/mol + (22.1)g/mol + (11.16)g/mol = 342g/mol Cálculo do número de moléculas de sacarose: 1 mol de C 12 H 22 O 11 ––––––– 6,02.10 23 moléculas ––––––– 342g y ––––––– 60g y = 1,05 . 10 23 moléculas b) Cálculo da massa de açúcar que sofreu decomposição: 60g –––––––– 100% x –––––––– 1% x = 0,6g Cálculo da massa formada de carbono: ∆ C 12 H 22 O 11 →12C + 11H 2 O 1 mol 12 mol ↓ ↓ 342g –––––––––––– 12.12g 0,6g –––––––––––– y y = 0,25g 2. Diversos gases formam a atmosfera da Terra, sendo que a quanti - dade de alguns deles vem aumentando por ação antropogênica, o que pode causar problemas. O oxi gê nio, em suas diferentes formas alotrópicas, tem funções distintas e essenciais para a manutenção da vida no planeta. a) Escreva a fórmula química das duas formas alotró picas mais comuns do oxigênio, apontando a função de cada uma delas relacionada com a manutenção da vida na Terra. b) Considerando que cerca de 20% em volume da atmosfera é constituída de oxigênio em sua forma alotrópica mais abundante, calcule a massa desse gás contido num reservatório de 24,6m 3 cheio de ar a 27 °C e 1 atm de pressão. Dados: P x V = n x R x T; R = 0,082 atm L mol –1 K –1 . massa molar do gás oxigênio = 32g/mol RESOLUÇÃO: a) O elemento oxigênio (O) forma duas substâncias simples (formas alotrópicas) diferentes. Gás oxigênio: O 2 , O = O Gás ozônio: O 3 , O gás oxigênio (O 2 ) é o gás vital, essencial na respi ração. O gás oxigênio promove a combustão dos alimentos, liberando a energia necessária para a realização dos processos necessários para a ma nuten ção da vida. O gás ozônio é poluente na troposfera, mas na estratosfera forma uma camada que absorve a maior parte da radiação ultravioleta proveniente do Sol, permitindo a manutenção da vida. b) Cálculo da quantidade de matéria total: P . V = n . R . T 1atm . 24,6 . 10 3 L = n . 0,082 atm . L . mol –1 . K –1 . 300K n = 1000 mol de ar A porcentagem em volume coincide com a por centagem em mol: 1000 mol ––––––– 100% x ––––––– 20% x = 200 mol Massa de gás oxigênio (O 2 ): 1 mol –––––– 32g 200 mol –––––– y y = 6400g O O O MÓDULO 1 1 1 1 Mol e Estequiometria C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 26 – 27 Q U Í M I C A D 3. O pirrol é uma amina secundária que apresenta uma cadeia classificada como fechada, não ramificada, insaturada e heterogênea. A polimerização do pirrol conduz à formação do poli pirrol, um polímero condutor cujas fibras são usadas na produção de tecidos para camuflagem contra radares, pois absorvem micro-ondas. A análise elementar do pirrol resulta na seguinte com posição percentual em massa: carbono = 71,6%; nitro gênio = 20,9% e hidrogênio = 7,5%. Dadas as massas molares, em g/mol, para o C = 12; o N = 14 e o H = 1, e sabendo-se que a massa molar do pirrol é de 67g/mol, escreva as fórmulas molecular e estrutural do pirrol. RESOLUÇÃO: 71,6g de C Para 100g do composto Ά 20,9g de N 7,5g de H Cálculo da quantidade em mol de C: 1 mol de C –––––– 12g x –––––– 71,6g x = 5,97 mol de C Cálculo da quantidade em mol de N: 1 mol de N –––––– 14g y –––––– 20,9g y = 1,49 mol de N Cálculo da quantidade em mol de H: 1 mol de H –––––– 1g z –––––– 7,5g z = 7,5 mol de H Proporção entre números de átomos: 5,97 : 7,5 : 1,49 = 4 : 5 : 1 A fórmula mínima do composto será: C 4 H 5 N Cálculo da massa molar da fórmula mínima: M do C 4 H 5 N = (4 . 12 + 5 . 1 + 1 . 14)g/mol = 67g/mol Portanto, a fórmula molecular será: C 4 H 5 N O pirrol é uma amina secundária (tem o grupo — N — ) | H e como a cadeia é fechada, não ramificada e insa turada, a sua fórmula estrutural é: 4. Em 2004, iniciou-se, no Brasil, a exploração de uma importante jazida de minério de cobre. Nestes mi nérios, o metal é normalmente encontrado na forma de sulfetos, como o CuS, e, para sua obtenção, o minério é submetido à ustulação – aquecimento sob atmosfera de ar ou de oxigênio. Neste processo, além do cobre metálico, ob tém-se o dióxido de enxofre. Como subproduto, pode-se obter o ácido sulfúrico, por reação do SO 2 com o oxi gênio, formando o trió xi do de enxofre (SO 3 ), e deste com a água, resul tan do no H 2 SO 4 . a) Escreva a equação química para a ustulação do CuS. b) Dadas as massas molares, em g·mol –1 : H = 1; S = 32 e O = 16, calcule a massa de ácido sulfú ri co que pode ser obtida a partir de 64kg de SO 2 . Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO: a) A equação química do processo é: ∆ CuS + O 2 →Cu + SO 2 b) SO 2 + 1/2O 2 →SO 3 H 2 O + SO 3 →H 2 SO 4 –––––––––––––––––––––––––– SO 2 + 1/2O 2 + H 2 O → H 2 SO 4 1 mol 1 mol ↓ ↓ 64g –––––––––––––––– 98g 64kg –––––––––––––––– x x = 98kg 5. Na indústria, a amônia é obtida pelo processo de nominado Haber- Bosch, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de um catalisador apro priado, conforme mostra a reação não balanceada: N 2 (g) + H 2 (g) → ← NH 3 (g) catalisador Com base nessas informações, considerando um ren di mento de 100% e sabendo que as massas mola res desses compostos são: N 2 = 28 g/mol, H 2 = 2 g/mol, NH 3 = 17 g/mol, calcule a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7g de ni tro gênio com 3g de hidrogênio. b) Nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se existir, qual a massa em excesso desse reagente? RESOLUÇÃO: a) N 2 (g) + 3H 2 (g) → ← 2NH 3 (g) 1 mol ––––– 3 mol –––––– 2 mol ↓ ↓ ↓ 28g ––––––– 6g –––––––– 34g 7g ––––––– 1,5g –––––––– x x = 8,5g reagente reagente limitante em excesso b) Massa em excesso de hidrogênio (H 2 ) = 3g – 1,5g = 1,5g H — C C — H H — C C — H N | H C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 27 28 – Q U Í M I C A D 1. Um tipo bastante importante de reação química são as de decom - posição, reações nas quais uma única substância reagente origina como produto duas ou mais substâncias. Considerando as rea ções de decomposição I, II e III, identifique os produtos A, B, D e E. luz I: H 2 O 2 (l) → A (l) + B (g) calor II: CaCO 3 (s) → C (s) + D (g) corrente III: H 2 O (l) → E (g) + B (g) elétrica RESOLUÇÃO: I. Decomposição do peróxido de hidrogênio: luz H 2 O 2 (l) → H 2 O(l) + 1/2 O 2 (g) A B II. Decomposição do carbonato de cálcio: calor CaCO 3 (s) → CaO(s) + CO 2 (g) C D III. Decomposição da água: corrente H 2 O(l) → H 2 (g) + 1/2O 2 (g) elétrica E B A: H 2 O B: O 2 D: CO 2 E: H 2 2. Algumas substâncias, quando dissolvi das em água, reagem produ - zindo íons em solução. Dentre estas substâncias, algumas são muito co muns: cloreto de hidrogênio (HCl) e cloreto de sódio (NaCl). Conside rando as interações destas subs tân cias com a água, indivi - dualmente, escreva as equa ções químicas para as reações que envolvem a) a dissociação dos íons existentes no composto originalmente iônico. b) a ionização da substância que originalmente é um composto covalente. RESOLUÇÃO: a) A equação química que representa a dissociação dos íons existentes no cloreto de sódio é: H 2 O Na + Cl – (s) →Na + (aq) + Cl – (aq) ou Na + Cl – (s) + (x + y) H 2 O →Na + (H 2 O)x + Cl – (H 2 O)y b) A equação química que representa a ionização do cloreto de hidrogênio é: HCl (g) + H 2 O(l) → ← H 3 O + (aq) + Cl – (aq) 3. Um dos possíveis meios de se remover CO 2 gasoso da atmosfera, diminuindo assim sua contribuição para o “efeito estufa”, envolve a fixação do gás por orga nismos microscópicos presentes em rios, lagos e, princi palmente, oceanos. Dados publicados em 2003 na revista Química Nova na Escola indicam que o reservatório da hidroelétrica de Promissão, SP, absorve 704 toneladas de CO 2 por dia. a) Calcule a quantidade de CO 2 , expressa em mol/dia, absorvida pelo reservatório. (Dado: mas sa molar de CO 2 = 44 g/mol.) b) Suponha que parte do CO 2 permaneceu dissolvida na água do reservatório, na forma CO 2 (aq). Em pregando equações químicas, discuta qualitativa mente o efeito que o CO 2 dissolvido terá sobre as características químicas da água do reservatório. RESOLUÇÃO: a) CO 2 : M = 44g/mol 44g –––––– 1mol 704 . 10 6 g ––––––– x x = 16 . 10 6 mol ∴1,6 . 10 7 mol b) CO 2 (g) → ← CO 2 (aq) CO 2 (aq) + H 2 O(l) → ← H 2 CO 3 (aq) → ← H + (aq) + HCO – 3 (aq) A dissolução do CO 2 na água do reservatório torna-a ácida (pH < 7), de acordo com as equações acima envol vidas. 4. Os exoesqueletos de muitos corais e moluscos são formados em grande parte por carbonato de cálcio. Uma maneira de determinar o teor de cálcio em amostras de conchas consiste em solubilizá-las e separar o cálcio das demais substâncias por preci pitação. O precipitado formado é separado por filtração, determinando-se sua massa e encontrando-se seu teor através de cálculos es te quio métricos. As equações que descrevem as reações desse processo são: a) CaCO 3 + 2HCl →CaCl 2 + H 2 O + CO 2 CaCl 2 + 2NaOH →Ca(OH) 2 + 2NaCl b) CaCO 3 →CaO + CO 2 CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 c) CaCO 3 + 2HCl →CaCl 2 + H 2 O + CO 2 CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 d) Ca(HCO 3 ) 2 + 2HCl →CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2 CaCl 2 + 2NaOH →Ca(OH) 2 + 2NaCl e) Ca(HCO 3 ) 2 →CaO + 2CO 2 + H 2 O CO 2 + H 2 O →H 2 CO 3 RESOLUÇÃO: As equações químicas que envolvem a determinação do teor de cálcio são: CaCO 3 (s) + 2HCl(aq) →CaCl 2 (aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) CaCl 2 (aq) + 2NaOH(aq) →Ca(OH) 2 (s) + 2NaCl(aq) Resposta: A MÓDULO 1 1 2 2 Compostos Inorgânicos C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 28 – 29 Q U Í M I C A D 5. O fertilizante sulfato de amônio pode ser obtido pela reação química que ocorre pela passagem de amônia gasosa (NH 3 ) em ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ). Uma equação química que representa essa reação é a) NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + NH 4 SO 4 b) 2 NH 3 + H 2 SO 4 →(NH 4 ) 2 SO 4 c) 2 NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + (NH 4 ) 2 SO 3 d) NH 3 + H 2 SO 4 →H 2 O + NH 3 SO 3 e) NH 3 + H 2 SO 4 →NH 5 SO 4 RESOLUÇÃO: A equação química que representa a reação entre NH 3 e H 2 SO 4 é: 2NH 3 + H 2 SO 4 →(NH 4 ) 2 SO 4 Resposta: B 6. As estações municipais de tratamento de água trans formam a água contaminada na água potável que chega a nossas casas. Nessas estações, primeira mente um “tratamento primário” remove partículas de sujeira e detritos por peneiramento e filtração. Em seguida, num “tratamento secundário”, sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio são adicionados à água. A reação destes dois compostos leva à formação de hidróxido de alumínio, um composto de aspecto gela tinoso que arrasta impurezas para o fundo do tanque de tratamento. Finalmente, numa última etapa, adiciona-se hipoclorito de sódio, que tem ação bac tericida (mata bactérias) e fungicida (mata fungos). a) Escreva a reação química balanceada entre sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio, levando à for mação de hidróxido de alumínio e sulfato de cálcio. b) Escreva a fórmula química do hipoclorito de sódio. A ação bactericida e fungicida deste composto se deve ao forte poder oxidante do ânion hipoclorito. Numa reação de oxidorredução, o átomo de cloro no hipoclorito é reduzido a cloreto (Cl – ). Quantos elétrons o átomo de cloro ganha nesse processo? RESOLUÇÃO: a) b) A fórmula do hipoclorito de sódio é NaClO. Cada átomo de cloro do hipoclorito recebe 2 elé trons. Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca (OH) 2 → 2Al(OH) 3 + 3CaSO 4 NaClO → Cl – 1+ 1– ∆e – = 2 C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 29 1. (UNIFESP) – Para neutralizar 10,0 mL de uma solução de ácido clorídrico, foram gastos 14,5 mL de solução de hidróxido de sódio 0,120 mol/L. Nesta titulação ácido-base foi utilizada fenolftaleína como indicador do ponto final da reação. A fenolftaleína é incolor no meio ácido, mas torna-se rosa na presença de base em excesso. Após o final da reação, percebe-se que a solução gradativamente fica incolor à medida que a fenolftaleína reage com excesso de NaOH. Neste experimento, foi construído um gráfico que representa a concentração de fenolftaleína em função do tempo. a) Escreva a equação da reação de neutralização e calcule a concen - tração, em mol/L, da solução de HCl. b) Calcule a velocidade média de reação de decomposição da fenolftaleína durante o intervalo de tempo de 50 segundos iniciais de reação. Explique por que a velocidade de reação não é a mesma durante os diferentes intervalos de tempo. RESOLUÇÃO: a) HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H 2 O (ᐉ) ou H + (aq) + OH – (aq) →H 2 O (ᐉ) 1 mol de HCl ––––– 1 mol de NaOH n A ––––– n B Logo: n A = n B M A V A = M B V B M A · 10,0 mL = 0,120 · 14,5 mL M A = 0,174 mol/L b) v média = = = v média = 4 · 10 –5 mol/L · s A velocidade da reação é dada por uma fórmula do tipo: v = k [fenolftaleína] x À medida que a concentração do reagente (fenolftaleína) diminui, a velocidade da reação decresce. 2. (UFSCar) – O primeiro veículo lançador de satélites (VLS) desen - volvido no Brasil foi destruído por um incêndio, em 22 de agosto de 2003, causando a morte de 21 en genheiros e técnicos. O incêndio ocorreu devido à combustão do combustível sólido da aeronave, atingindo temperaturas da ordem de 3.000°C. Suponha que um ônibus espacial utilize um combustível sólido constituído de alumínio em pó, perclorato de amônio (NH 4 ClO 4 ) e o catalisador óxido de ferro (III). Durante a decolagem, o Fe 2 O 3 catalisa a reação entre NH 4 ClO 4 e Al, resultando nos produtos sólidos Al 2 O 3 e AlCl 3 e gasosos NO e H 2 O. a) Escreva a equação química, devidamente balan ceada, da reação que ocorre durante a decolagem deste ônibus espacial. b) O gráfico a seguir apresenta as curvas de uma reação que ocorre na presença e na ausência de um catalisador. Relacione os segmentos A e B com as energias cor respondentes e a dependência dos mesmos com o catalisador. RESOLUÇÃO: a) Admitindo-se coeficiente 1 para a substância NH 4 ClO 4 , temos a sequên - cia para determinar os coeficientes: 1NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1/3AlCl 3 + NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O 3NH 4 ClO 4 + Al →1Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O 3NH 4 ClO 4 + 3Al →1Al 2 O 3 + 1AlCl 3 + 3NO + 6H 2 O b) segmento A: energia de ativação da reação cata lisada. O catalisador diminui a energia de ativação. segmento B: variação de entalpia (∆H), não depende do catalisador. No caso, B representa a energia absorvida pela reação. mol –––– L ͉∆M͉ ––––– ∆t ͉ 3 × 10 –3 mol/L – 5 × 10 –3 mol/L͉ –––––––––––––––––––––––––––––– 50s – 0s 30 – Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 3 3 Cinética Química C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 30 3. (UNIFESP) – Estudos cinéticos da reação entre os gases NO 2 e CO na formação dos gases NO e CO 2 revelaram que o processo ocorre em duas etapas: I. NO 2 (g) + NO 2 (g) →NO(g) + NO 3 (g) II. NO 3 (g) + CO(g) →NO 2 (g) + CO 2 (g) O diagrama de energia da reação está esquematizado a seguir. a) Apresente a equação global da reação e a equação da velocidade da reação que ocorre experimental mente. b) Verifique e justifique se cada afirmação a seguir é verdadeira: I. a reação em estudo absorve calor; II. a adição de um catalisador, quando o equilíbrio é atingido, aumenta a quantidade de gás carbônico. RESOLUÇÃO: a) I) NO 2 (g) + NO 2 (g) →NO(g) + NO 3 (g) II) NO 3 (g) + CO(g) →NO 2 (g) + CO 2 (g) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– equação NO 2 (g) + CO(g) →NO(g) + CO 2 (g) global A equação de velocidade é tirada da etapa lenta (I): v = k [NO 2 ] 2 b) I. errada: libera calor, reação exotérmica II. errada: catalisador não desloca equilíbrio, portan to, não altera a quantidade de CO 2 . 4. Soluções aquosas de água oxigenada, H 2 O 2 , decom põem-se, resul - tando água e gás oxigênio. A figura abaixo representa a decomposição de três soluções de água oxigenada em função do tempo, sendo uma delas catalisada por óxido de ferro (III), Fe 2 O 3 . a) Qual das curvas representa a reação catalisada? Justifique. b) Qual das curvas representa a reação mais lenta? Justifique. RESOLUÇÃO: a) Curva B. Catalisador acelera reações; na curva B, obser va-se uma diminuição maior da [H 2 O 2 ] num mesmo intervalo de tempo. b) Curva C. Partindo de uma concentração menor que a da curva A, o tempo é o mesmo para o consumo total da H 2 O 2 . 5. A expressão da equação da velocidade de uma reação deve ser determinada experimentalmente, não poden do, em geral, ser predita diretamente a partir dos coeficientes estequiométricos da reação. O gráfico a seguir apresenta dados experimentais que pos sibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação: 2ICl(g) + H 2 (g) →I 2 (g) + 2HCl(g) a) Escreva a expressão da equação da velocidade para essa reação. b) Calcule a constante de velocidade nas condições da experiência e determine a velocidade da reação se as concentrações de ICl e H 2 forem 0,6 mol/L. RESOLUÇÃO: a) Mantendo-se a concentração de ICl constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando a concentração de H 2 , a velocidade dobra. Trata-se de uma reação de 1 a or dem em relação a H 2 . Mantendo-se a concentração de H 2 constante (0,15 mol/L), verifica-se que, dobrando a concentração de ICl, a velo cidade também dobra. É uma reação de 1 a ordem em relação a ICl. Lei da velocidade v = k [ICl] 1 . [H 2 ] 1 b) Cálculo da constante de velocidade (k) nas condições da experiência. Quando [H 2 ] = 0,30 mol/L e [ICl] = 0,15 mol/L, temos v = 7,2 . 10 –7 mol/L.s v = k [ICl] . [H 2 ] 7,2 . 10 –7 = k . 0,15 . 0,30 k = 1,6 . 10 –5 L/mol . s Cálculo da velocidade de reação v = k [ICl] . [H 2 ] v = 1,6 . 10 –5 . 0,6 . 0,6 v = 5,76 . 10 –6 mol/L . s – 31 Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 31 1. A produção de grafita artificial vem crescendo significa tivamente, uma vez que grafita natural de boa qualidade para uso industrial é escassa. Em atmosferas ricas em dióxido de carbono, a 1 000 ºC, a grafita reage segundo a reação: C(grafita) + CO 2 (g) ← → 2 CO (g) A 1 000 ºC, no estado de equilíbrio, as pressões parciais de CO e CO 2 são 1,50 atm e 1,25 atm, respectivamente. Calcule o valor da constante de equilíbrio (K p ) para a reação nessa temperatura. RESOLUÇÃO: C(grafita) + CO 2 (g) → ← 2 CO (g) A expressão da constante de equilíbrio em termos de pressão parcial é: K p = Como no equilíbrio as pressões parciais de CO e CO 2 são respectivamente 1,50 atm e 1,25 atm, temos: K p = = 1,80 2. O óxido de cálcio, conhecido comercialmente como cal virgem, é um dos materiais de construção utilizado há mais tempo. Para sua obtenção, a rocha calcária é moída e aquecida a uma temperatura de cerca de 900°C em diversos tipos de fornos, onde ocorre sua decom - posição térmica. O principal constituinte do calcário é o carbonato de cálcio, e a reação de decomposição é representada pela equação: CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) Considerando-se que uma amostra de calcário foi decomposta a 900°C, em um recipiente fechado dotado de um êmbolo que permite ajustar o volume e a pressão do seu interior, e que o sistema está em equilíbrio, um procedimento adequado para aumentar a produção de óxido de cálcio seria a) aumentar a pressão do sistema. b) diminuir a pressão do sistema. c) acrescentar CO 2 ao sistema, mantendo o volume constante. d) acrescentar CaCO 3 ao sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. e) retirar parte do CaCO 3 do sistema, mantendo a pressão e o volume constantes. RESOLUÇÃO: Para aumentar a produção de óxido de cálcio, devemos deslocar o equi - líbrio para a direita, sentido no qual ocorre aumento de volume de gases. CaCO 3 (s) → ← CaO(s) + CO 2 (g) 0V 1V A adição de ou a retirada de CaCO 3 (s) não afeta o equilíbrio. A adição de CO 2 deslocará o equilíbrio para a esquerda, diminuindo o rendimento de CaO(s). A única alternativa correta é a diminuição da pressão do sistema, que desloca o equilíbrio no sentido de expansão de volume (para a direita), aumentando a produção de óxido de cálcio. Resposta: B (p CO ) 2 –––––––– (p CO 2 ) (1,50) 2 –––––––– 1,25 32 – Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 4 4 Equilíbrio Químico I C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 32 3. Sob condições experimentais adequadas, o gás metano pode ser convertido nos gases etano e hidrogênio: 2 CH 4 (g) → ← C 2 H 6 (g) + H 2 (g) Para essa reação, a dependência da constante de equilíbrio com a temperatura é dada na tabela. a) A reação de conversão do gás metano para etano é uma reação endo térmica? No sistema em equilíbrio, a concentração de gás metano pode ser aumentada se houver um aumento de temperatura? Justifique suas respostas. b) No sistema em equilíbrio, qual deve ser o efeito na concentração do gás hidrogênio quando, separadamente, se adiciona um catalisador e quando há um aumento de pressão? Justifique suas respostas. RESOLUÇÃO: a) Aumentando-se a temperatura, a constante de equilíbrio aumenta. Logo, aumenta a concentração dos produtos. O equilíbrio foi deslocado para a direita. De acordo com o princípio de Le Chatelier, um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica. Portanto, a reação de formação dos produtos é endotérmica. A concentração de gás metano diminui com o aumento da temperatura, pois o equilíbrio é deslocado no sentido de formação do etano. b) A adição de um catalisador não desloca o equilíbrio, portanto a concentração do hidrogênio permanece constante. Como não há variação na quantidade de matéria (2 mols de reagentes e 2 mols de produtos), não há deslocamento do equilíbrio por aumento de pressão. Porém, o volume diminui, fazendo aumentar as concen - trações de todos os participantes do equilíbrio. 4. Num recipiente de volume 1 litro, colocaram-se 3 mol de A para reagir com 2 mol de B, segundo a equação da reação: A(g) + B(g) → ← C(g). A constante de equilíbrio (K C ) na temperatura da experiência é igual a 0,5. Sabendo-se que, no equilíbrio, se for maior que 0,7, o sistema adquire cor azul e, se for menor que 0,7, adquire cor amarela, qual a cor desse sistema quando for atingido o equilíbrio? a) azul. b) amarelo. c) verde. d) branco. e) preto. RESOLUÇÃO: K C = 0,5 = x 2 – 7x + 6 = 0 x = x 1 = 6 (não serve como resposta) x 2 = 1 No equilíbrio, teremos: [A] = 3 – x = 2 mol/L [B] = 2 – x = 1 mol/L [C] = x = 1 mol/L = = 0,5 ↓ cor amarela Resposta: B Temperatura (K) constante de equilíbrio 298 400 600 9 x 10 –13 8 x 10 –10 6 x 10 –7 K c = [C 2 H 6 ] · [H 2 ] –––––––––––– [CH 4 ] 2 [C] –––– [A] A(g) + B(g) → ← C(g) início 3 mol/L 2 mol/L 0 reage e forma x x x equilíbrio 3 – x 2 – x x [C] ––––––– [A] . [B] x –––––––––––– (3 – x) (2 – x) + 7 ± ͙ෆෆෆෆ 49 – 4 . 6 –––––––––––––––––– 2 [C] –––– [A] 1 –– 2 – 33 Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 33 5. Na produção de hidrogênio por via petroquímica, sobram traços de CO e CO 2 nesse gás, o que impede sua aplicação em hidrogenações catalíticas, uma vez que CO é veneno de catalisador. Usando-se o próprio hidrogênio, essas impurezas são removidas, sendo trans for - madas em CH 4 e H 2 O. Essas reações ocorrem a temperaturas ele vadas, em que reagentes e pro dutos são gasosos, chegando a um equilíbrio de cons tante K I no caso do CO e a um equilíbrio de constante K II no caso do CO 2 . O gráfico traz a variação dessas constantes com a temperatura. a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 °C, as pres sões parciais de CO, H 2 , CH 4 e H 2 O, eram, res pec ti vamente, 4 x 10 –5 atm; 2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi alcan çado. Explique. b) As transformações de CO e CO 2 em CH 4 mais H 2 O são exo - térmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta. c) Em qual das duas transformações, na de CO ou na de CO 2 , o calor desprendido ou absorvido é maior? Explique, em termos do mó - dulo da quantidade de calor (͉Q͉) envolvida. RESOLUÇÃO: a) A reação de CO com H 2 pode ser expressa por: CO(g) + 3H 2 (g) → ← CH 4 (g) + H 2 O(g) K I K I = Vamos determinar o quociente reacional (Q p ) a 460°C: Q p = = = 500 Observando o gráfico, verificamos que o Q p é igual a K I e, portanto, podemos concluir que o sistema se encontra em equilíbrio. b) Pelo gráfico, verificamos que tanto para a reação I: (CO(g) + 3H 2 (g) → ← CH 4 (g) + H 2 O(g) ) como para a reação II: (CO 2 (g) + 4H 2 (g) → ← CH 4 (g) + 2H 2 O(g) ), um aumento da temperatura implica uma diminuição da constante de equilíbrio. Podemos concluir que ambas reações são exotérmicas. c) A reação I libera mais calor. A reação I apresenta maior valor para a constante de equilíbrio que a reação II, numa mesma tem pera tura. Isso significa que a reação I é mais espon tânea. Levando em conta apenas a entalpia, a rea ção I libera mais calor. p CH 4 . p H 2 O –––––––––––––– p CO . p 3 H 2 p CH 4 . p H 2 O –––––––––––––– p CO . p 3 H 2 0,4 . 0,4 –––––––––––– 4 . 10 –5 . 2 3 34 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 34 1. Na prática de exercícios físicos, o organismo humano utiliza a glicose como principal fonte de energia. Havendo suprimento adequado de oxigênio, obtém-se o rendimento energético máximo possível, mas quando o esforço é muito intenso, o fornecimento de oxigênio pode se tornar insuficiente, e o organismo adotar rota alternativa menos eficiente, envolvendo produção de ácido láctico, o que resulta na diminuição do pH no músculo. Após um período de descanso, o pH do músculo retorna ao seu valor normal, aproximadamente neutro.O equilíbrio entre o ácido láctico e o lactato em meio aquoso encontra-se representado na equação química: K a = 1,0 x 10 –4 Calcule a razão entre as concentrações do íon lactato e do ácido láctico nas condições de equilíbrio químico, no músculo, quando o pH for igual a 7. Apresente seus cálculos. RESOLUÇÃO: A concentração de H 2 O não entra na expressão do K a , pois a sua concentração é constante: [lactato] . [H 3 O + ] K a = ––––––––––––––––– [ácido láctico] Quando o pH for igual a 7, a concentração dos íons H 3 O + é igual a 1,0 . 10 –7 mol/L pH = – log [H 3 O + ] 7 = – log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 1,0 . 10 –7 mol/L [lactato] . 1,0 . 10 –7 1,0 . 10 –4 = ––––––––––––––––––– [ácido láctico] [lactato] 1,0 . 10 –4 ––––––––––––– = ––––––––– [ácido láctico] 1,0 . 10 –7 [lactato] –––––––––––– = 1,0 . 10 3 [ácido láctico] 2. A solubilização no meio biológico, que é essencial mente aquoso, é uma etapa importante para a absorção de fármacos a partir do trato gastrintestinal (estômago e intestino). Sabe-se que I. no estômago, o pH pode ter valores de 1,0 a 3,0; II. no intestino delgado, o pH pode ter valores de até 8,4; III. um dos mecanismos de absorção por meio das mucosas do estômago e do intestino baseia-se no fato de a molécula estar na sua forma neutra. Considere os fármacos aspirina e anfetamina, cujas fór mulas e equilíbrios em meio aquoso, em função da acidez do meio, são: Supondo-se que o único mecanismo de absorção por meio das mucosas seja a neutralidade do fármaco, identifique o órgão do trato gastrin te s - tinal no qual cada um dos fármacos mencionados será preferencial - mente absorvido. Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: A aspirina e a anfetamina serão absorvidas nas formas pois elas são moléculas neutras. A aspirina é preferencialmente absorvida no estô mago, pois a concentração de H 3 O + é elevada deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. A anfetamina é preferencialmente absorvida no intestino delgado, pois como o meio é alcalino, a con centração de H 3 O + diminui (H 3 O + + OH – → ← 2H 2 O), deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra. CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido Láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH CH 3 — C — C — — — —— H OH O OH Ácido Láctico + H 2 O CH 3 — C — C ——O — O – + H 3 O + Lactato — — H OH O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O Equilíbrio químico para a aspirina em meio aquoso Equilíbrio químico para a anfetamina em meio aquoso CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + O C OH CH 3 O C O CH 2 CH CH 3 NH 2 e O C OH CH 3 H O 2 H O 3 + O C O O C O - O C CH 3 O absorvida CH 2 CH CH 3 NH 3 + H O 2 CH 2 CH NH 2 CH 3 H O 3 + absorvida – 35 Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 5 5 Equilíbrio Químico II C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 35 3. Um estudante conectou, por meio de uma mangueira, duas garrafas de água mineral, sendo uma com gás e outra sem. Por meio de um peagâmetro inserto na água com gás, ele acompanhou a variação de pH e pôde construir um gráfico registrando a variação de pH em função do tempo. Com relação à garrafa não monitorada pelo peagâmetro, pode-se concluir que o gráfico que melhor representaria a variação de pH é: RESOLUÇÃO: Considere a garrafa 1 com gás (CO 2 ) e a garrafa 2 sem gás. Após a conexão entre as duas garrafas, ocorre a passagem de gás da garrafa 1 para a garrafa 2 (difusão). Assim, a concentração de gás na garrafa 1 diminui e o pH aumenta, e na garrafa 2 a concentração de gás aumenta e o pH diminui. No equilíbrio, o pH fica cons tante. CO 2 (aq) + H 2 O(l) → ← H + (aq) + HCO – 3 (aq) pH = – log [H + ] Para a garrafa 2, tem-se: [CO 2 (aq)] aumenta, [H + (aq)] aumenta, pH diminui Resposta: D 4. Em um laboratório químico, um aluno identificou três recipientes com as letras A, B e C. Utilizando água destilada (pH = 7), o aluno dissolveu quan ti da des suficientes para obtenção de soluções aquosas 0,1 mol/L de cloreto de sódio, NaCl, acetato de sódio, CH 3 COONa, e cloreto de amônio, NH 4 Cl, nos reci pien tes A, B e C, respectivamente. Após a dissolução, o aluno mediu o pH das soluções dos recipientes A, B e C. Os valores corretos obtidos foram, respectiva men te, a) = 7, > 7 e < 7. b) = 7, < 7 e > 7. c) > 7, > 7 e > 7. d) < 7, < 7 e < 7. e) = 7, = 7 e < 7. RESOLUÇÃO: NaCl: não sofre hidrólise (pH = 7) CH 3 COO – + HOH → ← CH 3 COOH + OH – (pH > 7) NH 4 + + HOH → ← NH 3 + H 3 O + (pH < 7) Resposta: A 5. Suspensões de sulfato de bário, devido à propriedade de serem opacas aos raios X, podem ser utilizadas como contraste em exames radiológicos, nos quais os pacientes ingerem uma dose constituída por 200 mL dessa sus pensão. Os íons Ba 2+ são tóxicos e a absorção de 10 –2 mol desse íon pode ser fatal para um ser humano adul to. Calcule a quantidade de íons Ba 2+ inicialmente dissol vida na suspensão e, considerando que todo o material em solução seja absorvido pelo organismo, verifique se o paciente corre o risco de morrer devido à intoxicação por esse cátion. Justifique sua resposta. Dado: Constante do produto de solubilidade do BaSO 4 = 1 x 10 –10 . RESOLUÇÃO Determinação da concentração de íons Ba 2+ na solução saturada de BaSO 4 . Seja s a solubilidade em mol/L: H 2 O BaSO 4 (s) → Ba 2+ (aq) + SO 2– 4 (aq) s s s K s = [Ba 2+ ] [SO 2– 4 ] →1 . 10 –10 = s 2 →s = 1 . 10 –5 mol/L Cálculo da quantidade de íons Ba 2+ em 200mL da solução saturada de BaSO 4 : 1 x 10 –5 mol de Ba 2+ ––––––– 1000 mL y ––––––– 200 mL y = mol = 2 . 10 –6 mol de Ba 2+ O paciente não corre risco de morrer, pois a quantidade de íons Ba 2+ é inferior a 10 –2 mol. 200 . 10 –5 –––––––––– 1000 36 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 36 1. O cloreto de potássio, KCl, é um composto utilizado como fertilizante para plantas. Os íons K + e Cl – apre sentam raios iônicos respectivamente iguais a 138 pm e 181 pm, em que 1 pm = 10 –12 m. O peróxido de hi dro gênio, H 2 O 2 , é um produto químico de grande impor - tância industrial, decompondo-se quan do ex posto à luz. É usa do em grande escala como alvejante para tecidos, papel e polpa de madeira. a) Faça uma estimativa dos raios atômicos do K e do Cl. Justifique a sua resposta. b) Escreva a equação da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio. Calcule a quantidade em mol de moléculas do gás produzido, na decom posição de 10 mols de moléculas de peróxido de hidrogênio. RESOLUÇÃO: a) Quando um átomo perde elétrons (transformando-se em cátion), seu raio diminui devido a uma maior atração do núcleo sobre os elétrons que restaram: > Podemos concluir que o raio atômico do potássio será maior que o raio do íon potássio: r K > 138pm Quando um átomo ganha elétrons (transformando-se em ânion), seu raio aumenta graças a uma maior repulsão entre os elétrons: < Podemos concluir que o raio atômico do cloro será menor que o raio do íon cloreto: r Cl < 181 pm b) Decomposição do peróxido de hidrogênio: H 2 O 2 → H 2 O + 1/2O 2 ↓ ↓ 1 mol –––––––––––– 0,5 mol 10 mol ––––––––––– x x = 5 mols de moléculas de oxigênio 2. Os átomos dos elementos X, Y e Z apresentam as seguintes configurações eletrônicas no seu estado fundamental: X → 1s 2 2s 2 2p 5 Y → 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Z →1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 É correto afirmar que: a) dentre os citados, o átomo do elemento X tem o maior raio atômico. b) o elemento Y é um metal alcalino e o elemento Z é um halogênio. c) dentre os citados, o átomo do elemento Z tem a maior afinidade eletrônica. d) o potencial de ionização do elemento X é menor do que o do átomo do elemento Z. e) o elemento Z pertence ao grupo 15 (V A) e está no quarto período da classificação periódica. RESOLUÇÃO: X →1s 2 2s 2 2p 5 ; grupo 17 (halogênio); 2. o período Y →1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; grupo 1 (metal alcalino); 3. o pe ríodo Z →1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 ; grupo 17 (halo gênio); 4. o pe ríodo A variação da afinidade eletrônica na tabela periódica é: X apresenta maior afinidade eletrônica. A variação do potencial de ionização na tabela periódica é: X apresenta maior potencial de ionização. Resposta: B K K + Cl Cl – – 37 Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 6 6 Tabela Periódica e Radioatividade C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 37 3. (UFSCar) – O uso de isótopos radioativos, em Medicina, tem aumentado muito nos últimos anos, sendo o tecnécio-99 o mais usado em clínicas e hospitais brasileiros. O principal fornecedor desse isótopo é o Canadá, e proble mas técnicos recentes em seus reatores resultaram em falta desse material no Brasil. Uma proposta alternativa para solucionar o problema no país foi substituir o tecnécio-99 pelo tálio- 201. O tálio-201 pode ser produzido a partir do tálio-203, bombardeado por próton ( 1 1 p) acelerado em acelerador de partículas. O tálio-203 incorpora o próton acelerado e rapidamente se desintegra, formando chumbo-201 e emitindo nêutrons no processo. Posteriormente, o chumbo-201 sofre nova desintegração, formando Tl-201, um isótopo com meia-vida de 73 horas. Pede-se: a) Escreva a equação balanceada, que representa a reação nuclear para a produção de 201 Pb, a partir do bombardeamento do 203 Tl com prótons, segundo o processo descrito no enunciado dessa questão. b) Considerando que na amostra inicial de radiofármaco contendo 201 Tl tem uma atividade radioativa inicial igual a A 0 , e que pode ser utilizada em exames médicos até que sua atividade se reduza a A 0 /4, calcule o período de tempo, expresso em horas, durante o qual essa amostra pode ser utilizada para a realização de exames médicos. Dados: 203 81 Tl = tálio-203; 204 82 Pb (sic) = chumbo-204; 201 82 Pb = chumbo-201; 1 0 n nêutron; 1 1 p próton. RESOLUÇÃO: a) 203 81 Tl + 1 1 p → 201 82 Pb + 3 1 0 n b) t 1/2 = 73h 73h A 0 73h A 0 A 0 →–––– →–––– 2 4 Período de tempo = 146h 4. (UNIFESP) – No estudo do metabolismo ósseo em pacientes, pode ser utilizado o radioisótopo Ca-45, que decai emitindo uma partícula beta negativa, e cuja curva de decaimento é representada na figura. A absorção deficiente de cálcio está associada a doenças crônicas como osteoporose, câncer de cólon e obesidade. A necessidade de cálcio varia conforme a faixa etária. A OMS (Organização Mundial da Saúde) recomenda uma dose de 1000 mg/dia na fase adulta. A suplementação desse nutriente é necessária para alguns indivíduos. Para isso, o carbonato de cálcio pode ser apresentado em comprimidos que contêm 625 mg de CaCO 3 . a) Determine a meia-vida do radioisótopo Ca-45 e escreva a equação do decaimento do Ca-45. b) Determine o número de comprimidos do suplemento carbonato de cálcio que corresponde à quantidade de cálcio diária recomendada pela OMS para um indivíduo adulto. Dados: massas molares em g/mol: Ca: 40, C: 12, O: 16 RESOLUÇÃO: a) Pelo gráfico, a atividade deste radioisótopo cai de 80kBq para 20 kBq em 320 dias, logo: P P 80 →40 →20 t = 2P (período de meia vida) 320 = 2P Pela tabela periódica dada: 45 20 Ca → –1 0 β + 45 21 X b) A OMS recomenda uma dose diária de 1000 mg de cálcio e o compri - mido tem 625 mg de CaCO 3 : 1 CaCO 3 →1 Ca 100g –––––––– 40g 625mg –––––––– x x = x = 250mg de cálcio em 1 comprimido 250mg ––––– 1 comprimido 1000mg ––––– y y = y = 4 comprimidos P = 160 dias 625 . 40 ––––––– 100 1000 ––––– 250 38 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 38 1. (UNESP) – Nos frascos de spray, usavam-se como propelentes com postos orgânicos conhecidos como clorofluoro carbonos. As substâncias mais empregadas eram CClF 3 (Fréon 12) e C 2 Cl 3 F 3 (Fréon 113). Num depósito aban donado, foi encontrado um cilindro supos - tamente con tendo um destes gases. Identifique qual é o gás, sabendo- se que o cilindro tinha um volume de 10,0 L, a massa do gás era de 85 g e a pressão era de 2,00 atm a 27 ºC. R = 0,082 atm.L.mol –1 .K –1 . Massas molares em g.mol –1 : H = 1, C = 12, F = 19, Cl = 35,5. RESOLUÇÃO: Massas molares em g/mol: CClF 3 : M = 104,5 g/mol C 2 Cl 3 F 3 : M = 187,5 g/mol Cálculo da massa molar utilizando a equação PV = n RT: 2,00 atm . 10,0L = 0,082 . 300K M = 104,5 g/mol O gás que se encontra no cilindro é CClF 3 (fréon 12), pois o valor da massa molar determinada foi 104,5 g/mol. 2. (UNESP) – O gás liberado na reação completa de 0,486 gramas de magnésio metálico com solução aquosa de ácido clo rídrico (HCl) foi confinado em um recipiente de 100 mL à temperatura de 27°C. Dadas a massa molar do magnésio = 24,3 g.mol –1 e a constante universal dos gases R = 0,082 atm.L.mol –1 .K –1 , determine a pressão no recipiente. RESOLUÇÃO: A equação química que representa a reação que ocorre é: Mg(s) + 2HCl(aq) →MgCl 2 (aq) + H 2 (g) Cálculo da quantidade em mol de H 2 liberado: 24,3g de Mg –––––––– 1 mol de H 2 0,486g de Mg –––––––– x ∴ x = = 2 . 10 –2 mol de H 2 Cálculo da pressão do gás aprisionado no recipiente de 100mL a 27°C: V = 100mL = 0,1L T = 27°C = 300K n = 2 . 10 –2 mol PV = n R T ⇒P = P = 4,92 atm 3. (UNESP) – As populações de comunidades, cujas moradias foram construídas clandestinamente sobre aterros sanitários desativados, encontram-se em situação de risco, pois podem ocorrer desmoro - namentos ou mesmo explosões. Esses locais são propícios ao acúmulo de água durante os períodos de chuva e, sobretudo, ao acúmulo de gás no subsolo. A análise de uma amostra de um gás proveniente de determinado aterro sanitário indicou que o mesmo é constituído apenas por átomos de carbono (massa molar = 12,0 g·mol –1 ) e de hidrogênio (massa molar = 1,0 g·mol –1 ) e que sua densidade, a 300 K e 1 atmosfera de pressão, é 0,65 g·L –1 . Calcule a massa molar do gás analisado e faça a representação da estrutura de Lewis de sua molécula. Dado: R = 0,082 L·atm·K –1 ·mol –1 . RESOLUÇÃO: Aplicando a equação dos gases ideais: PV = n R T PV = RT P = M = M = M = 15,99g . mol –1 M = 16 g . mol –1 Para que a massa molar seja 16g mol –1 , o hidro carboneto a que se refere o texto é o metano (CH 4 ). M = (1 x 12,0 + 4 x 1,0) g . mol –1 = 16,0 g . mol –1 Fórmula de Lewis (estrutura): H •• H • • C • • H •• H O átomo de carbono possui 4 elétrons na camada de valência e o átomo de hidrogênio tem somente um elétron. atm . L ––––––– mol . K 85g –––– M 0,486 ––––– mol 24,3 2 . 10 –2 . 0,082 . 300 ––––––––––––––––––– 0,1 m –– M d R T –––––– M d R T –––––– P 0,65g . L –1 . 0,082L . atm K –1 . mol –1 . 300K ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 atm m P = ––––– RT M V – 39 Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 7 7 Gases C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 39 4. (UNICAMP) – Algumas misturas gasosas podem ser importantes em ambientes hospitalares, assim como na prática de esportes, como mergulho autônomo a grandes profundidades. Uma dessas misturas, denominada Trimix, contém 16% de oxigênio, 24% de hélio e 60% de nitrogênio (porcentagem em volume). Suponha um cilindro de Trimix mantido à temperatura ambiente e a uma pressão de 9000 kPa. a) Escreva as fórmulas dos gases da mistura. b) Qual é a pressão parcial do hélio no cilindro? Mostre os cálculos. c) Qual é a massa molar média da mistura? Mostre os cálculos. Dado: R = 8,3 kPa L mol –1 K –1 Massas molares em g/mol: O: 16; He: 4; N: 14 RESOLUÇÃO: a) O 2 , He, N 2 b) 100% ––––– 9000 kPa 24% ––––– x x = 2160 kPa c) — M = X O 2 M O 2 + X He M He + X N 2 M N 2 — M = 0,16 . 32 g/mol + 0,24 . 4 g/mol + 0,60 . 28 g/mol — M = 22,9 g/mol 5. Estudos mostram que as moléculas de dois gases, a uma mesma temperatura, possuem igual energia cinética média. Para ilustrar esta teoria, um professor montou o experimento abaixo esquematizado, no qual, em cada extremidade de um tubo de vidro com 1m de com - primento, foram colocados dois chumaços de algodão embebidos, respectivamente, em uma solução de amônia e em uma solução de ácido clorídrico, ambas com a mesma concentração. Após determinado período de tempo, observou-se a formação do cloreto de amônio na região do tubo mais próxima à extremidade que contém o ácido. Considere que os vapores formados no experimento se comportam como gases. Utilizando os dados da questão, discuta qual massa molar é maior (NH 3 ou HCl). RESOLUÇÃO: As velocidades de efusão dos gases são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas específicas, quando submetidos à mesma pressão e temperatura. = Como µ = Quanto maior a massa molar do gás, menor sua velocidade de efusão (Lei de Graham). Como, no experimento, o anel de cloreto de amônio se formou mais próximo do ácido clorídrico do que da amônia, a velocidade de difusão da amônia foi maior e, portanto, sua massa molar é menor. 1 v = k . ––––– ͙ෆ µ v 1 ––– v 2 µ 2 ––––– µ 1 PM –––– RT PM –––– v 1 RT 2 ––– = –––––––– v 2 PM –––– RT 1 v 1 M 2 –––– = ––––– v 2 M 1 M NH 3 < M HCl 40 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 40 1. (UNESP) – Durante este ano, no período de vacinação contra a gripe A (H1N1), surgiram comentários infundados de que a vacina utilizada, por conter mercúrio (metal pesado), seria prejudicial à saúde. As autoridades esclareceram que a quantidade de mercúrio, na forma do composto tiomersal, utilizado como conservante, é muito pequena. Se uma dose dessa vacina, com volume igual a 0,5 mL, contém 0,02 mg de Hg, calcule a quantidade de matéria (em mol) de mercúrio em um litro da vacina. Dado: Massa molar do Hg = 200 g·mol –1 . RESOLUÇÃO: Cálculo da massa de mercúrio em um litro da vacina: 0,5 mL ________________ 0,02mg 1000 mL ________________ x x = 40mg Cálculo da quantidade de matéria de mercúrio em um litro da vacina: 200g ________________ 1 mol 40 . 10 –3 g ________________ y y = 0,2 . 10 –3 mol Resposta: 2 . 10 –4 mol 2. (UNESP) – Um analista químico de uma indústria de condimentos analisa o vinagre produzido por meio de titulação volumétrica, utilizando solução padrão de hidróxido de sódio tendo fenolftaleína como indicador. Sabendo-se que são utilizados 25 mL de vinagre em cada análise – vinagre é uma solução contendo 4,8% (m/v) de ácido etanoico –, que a concentração do titulante é igual 1,0 mol L –1 , que são realizadas três análises por lote e que são analisados quatro lotes por dia, calcule a quantidade média, em gramas, de hidróxido de sódio consumida para a realização das 264 análises feitas por esse analista em um mês de trabalho. Apresente seus cálculos. Dados: Massas molares (g mol –1 ): H = 1,0 C = 12,0 O = 16,0 Na = 23,0 RESOLUÇÃO: Cálculo da massa de áci do etanoico exis tente em 25 mL de vinagre: 4,8%(m/V) → existem 4,8g de ácido eta noico em 100 mL de vinagre: 4,8g –––––––– 100 mL x –––––––– 25 mL x = 1,2g de ácido etanoico Cálculo da massa de NaOH gasta em cada titula - ção: A equação da reação de neutralização que ocorre é: H 3 CCOOH + NaOH → H 3 CCOO – Na + + H 2 O 1 mol 1 mol ↓ ↓ 60,0g –––––– 40,0g 1,2g –––––– y y = 0,8g de NaOH Cálculo da massa de NaOH gasta em 264 análises: 1 análise ––––––– 0,8g de NaOH 264 análises ––––––– z z = 211,2g de NaOH – 41 Q U Í M I C A D MÓDULO 1 1 8 8 Miscelânia C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 41 3. (UNIFESP) – Em uma aula de laboratório de química, foram realizados três experimentos para o estudo da reação entre zinco e ácido clorídrico. Em três tubos de ensaio rotulados como I, II e III, foram colocados em cada um 5,0 x 10 –3 mol (0,327 g) de zinco e 4,0 mL de solução de ácido clorídrico, nas concentrações indicadas na figura. Foi anotado o tempo de reação até ocorrer o desaparecimento completo do metal. A figura mostra o esquema dos experimentos, antes da adição do ácido no metal. a) Qual experimento deve ter ocorrido com menor tempo de reação? Justifique. b) Determine o volume da solução inicial de HCl que está em excesso no experimento III. Apresente os cálculos efetuados. RESOLUÇÃO: a) O experimento II. Pelo mostrado, no experimento II há maior concentração de HCl que no experimento III e maior superfície de contato que no experimento I. Portanto, se possuir maior concentração de HCl e maior superfície de contato, possui maior velocidade. b) Considere a equação da reação do zinco com o ácido clorídrico: Zn(s) + 2 HCl(aq) →ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) Cálculo da quantidade, em mol, de HCl necessária para reagir total - mente com o zinco: 1 mol de Zn → 2 mol de HCl 5,0 . 10 –3 mol de Zn → x Cálculo da quantidade, em mol, de HCl adicionado ao zinco, no experimento III: (M HCl = 4 mol/L) 4 mol de HCl →1000 mL y → 4 mL Cálculo da quantidade, em mol, de HCl adicionado, em excesso, no experimento III: 1,6 . 10 –2 mol – 1,0 . 10 –2 mol = 0,6 . 10 –2 mol de HCl (quantidade (quantidade (quantidade adicionada) necessária) em excesso) Cálculo do volume de HCl, em mL, adicionado em excesso: (M HCl = 4 mol/L) 4 mol →1000 mL 0,6 . 10 –2 mol → z 4. (UNIFESP) – O medicamento utilizado para o tratamento da gripe A (gripe suína) durante a pandemia em 2009 foi o fármaco antiviral fosfato de oseltamivir, comercializado com o nome Tamiflu®. A figura representa a estrutura química do oseltamivir. Uma das rotas de síntese do oseltamivir utiliza como reagente de partida o ácido siquímico. A primeira etapa dessa síntese é representada na equação: a) Na estrutura do oseltamivir, identifique as funções orgânicas que contêm o grupo carbonila. b) Apresente a estrutura do composto orgânico produzido na reação do ácido siquímico com o etanol. RESOLUÇÃO: a) As funções orgânicas que contêm o grupo carbonila são: b) A reação do ácido siquímico com etanol é uma reação de esterificação: x = 1,0 . 10 –2 mol de HCl y = 1,6 . 10 –2 mol de HCl z = 1,5 mL de solução de HCl adicionada em excesso 42 – Q U Í M I C A D C2 RGeral QUI D Prof Lu 21/10/10 09:20 Página 42