SIMULADO
22/09/07 EXTENSIVO
GABARITO QUÍMICA – 2ª ETAPA – CADERNOS 1, 2 e 3
E) Os cristais usados para se reter água em vasos
para plantas são constituídos de um polímero
superabsorvente, a poliacriamida. Podemos
observar aumentos significativos no tamanho dos
pedaços do polímero, que são capazes de absorver
centenas de vezes o seu próprio peso em água,
aumentando muito em volume. Considerando a
estrutura da poliacriamida, explique por que ela
é capaz de absorver água.
01. Muitos polímeros são substâncias naturais
provenientes de animais e vegetais. Mas, durante
os últimos 60 anos, os químicos têm aprendido
a formar polímeros sintéticos. Os polímeros
representam a imensa contribuição da Química para
o desenvolvimento industrial do século XX.
Dependendo da natureza química dos monômeros
e da técnica empregada para a polimerização, os
polímeros podem exibir diferentes tipos de estruturas
e, com isso, diferentes propriedades físicas, o que,
no final, irá determinar a sua aplicabilidade.
F) Há numerosíssimos polímeros orgânicos com
estruturas que apresentam ligações C-C em
cadeia. Por outro lado, o silício, o vizinho mais
próximo do carbono, na mesma coluna da tabela
periódica, não forma polímeros importantes
baseados numa estrutura com ligações Si-Si.
De fato, os silicones são polímeros inorgânicos
baseados na repetição de ligações Si-O.
Abaixo estão representadas as estruturas de alguns
polímeros.
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
n
H
H
H
H
OH
H
H
H
H
H
HO
O
H2C
O
n
O
NH2
Poliacriamida
O
O
HO
OH
Polietileno
HO
H2C
OH
OH
O
OH
H2C
Celulose
O
O
n
OH
Neste quadro, comparam-se os valores das
energias de ligação simples envolvendo átomos
de silício e oxigênio.
CH3
Si
O
CH3
n
Silicone
Considerando as informações acima e seus
conhecimentos, faça o que se pede.
Ligação
Energia de ligação (kJ/mol)
Si-Si
226
A) Escreva a fórmula estrutural do monômero do
polietileno.
Si-O
466
Usando as informações desse quadro, explique
a razão de os polímeros do silício apresentarem
cadeias de ligações simples Si-O, e não Si-Si.
B) Cite duas funções orgânicas presentes na
estrutura da celulose.
C) Comparando-se as estruturas da celulose, do
polietileno e da água, explique, em termos de
interações entre os polímeros e a molécula de
água, porque o papel é capaz de absorver água,
mas não o plástico.
02. A tabela abaixo apresenta as propriedades físicas de
ácidos carboxílicos saturados de cadeia linear.
Fórmula
D) A indústria produz duas variedades de polietileno:
o PEAD (polietileno de alta densidade) e o PEBD
(polietileno de baixa densidade), cujas estruturas
estão representadas abaixo.
Ramificado
Linear
– CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–
PEAD
CH3
CH2
–CH2–CH–CH2–CH2–CH–CH2–
CH2
CH2
CH3
Tf/°C
Tc/°C
Solubilidade
(g/100 g H2O)
Ka (25 °C)
HCO2H
8,4
101
∞*
1,77 x 10-4
CH3CO2H
17,0
118
∞
1,80 x 10-5
CH3CH2COOH
-22
141
∞
1,34 x 10-5
CH3[CH2]2COOH
-8
164
∞
1,54 x 10-5
CH3[CH2]3COOH
-35
187
4,97
1,51 x 10-5
CH3[CH2]4COOH
-3
205
1,08
1,43 x 10-5
CH3[CH2]5COOH
-8
223
0,24
1,42 x 10-5
CH3[CH2]6COOH
17
240
0,07
1,28 x 10-5
CH3[CH2]7COOH
13
253
0,03
1,09 x 10-5
CH3[CH2]8COOH
31
270
0,02
1,43 x 10-5
* Solúvel em qualquer proporção.
A) Cite os valores de solubilidade e de Ka para os
ácidos etanóico e pentanóico.
PEBD
Explique, em termos de interações
intermoleculares e as características estruturais
das moléculas, a alta flexibilidade do PEBD
(utilizado em filmes plásticos para embalagens), e
a maior resistência do PEAD (utilizado em garrafas
e brinquedos).
Ácido
etanóico
pentanócio
1
Solubilidade
Ka
SIMULADO
B) Justifique as diferenças de valores encontrados
para a solubilidade.
** Dentre os outros constituintes, o principal
composto é a pirita, FeS2 (Fe2+ S-22).
C) Justifique as diferenças de valores encontrados para Ka.
A) Qual desses tipos de carvão deve apresentar
menor poder calorífico (energia liberada na
combustão por unidade de massa de material)?
Explique sua resposta.
D) Dê o isômero do ácido pentanóico que tenha
menor temperatura de ebulição que esse e
justifique sua resposta.
B) Qual desses tipos de carvão deve liberar maior
quantidade de gás poluente (sem considerar CO e
CO2) por unidade de massa queimada? Justifique
sua resposta.
E) Substituindo os hidrogênios não ionizáveis do
ácido etanóico por um, dois e três cloros obtém-se
os seguintes valores de Ka: 1,4 x 10-3, 2,2 x 10-1
e 5,7 x 10-2, não necessariamente nesta ordem.
Dê as estruturas condensadas e os valores de Ka
correspondentes.
Ácido
C) Escreva a equação química balanceada que
representa a formação do gás poluente a que se
refere o item b (sem considerar CO e CO2).
Ka
D) Calcule o calor liberado na combustão completa
de 1,00 x 103 kg de antracito (considere apenas
a porcentagem de carbono não volátil).
etanóico
05. A síntese de carbonato de cálcio, CaCO3(s), a partir
de gás carbônico, CO2(g), e óxido de cálcio, CaO(s), é
representada pela equação a seguir:
03. (UFES) Os dispositivos de segurança denominados
airbags são rapidamente acionados quando um
veículo pára bruscamente em uma colisão. Nessa
situação, uma faísca elétrica inicia uma série de
reações químicas envolvendo uma mistura de azida
de sódio (NaN3), nitrato de potássio (KNO3) e óxido
de silício (SiO2), que ocorre na seguinte seqüência:
a azida de sódio decompõe-se em sódio metálico e
nitrogênio molecular; o sódio metálico gerado reage
com o nitrato de potássio, gerando óxido de potássio,
óxido de sódio e mais nitrogênio molecular; os óxidos
alcalinos então reagem com óxido de silício formando
silicatos alcalinos estáveis e não tóxicos.
CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s)
Essa reação é muito lenta. No entanto o carbonato
de cálcio pode ser rapidamente produzido em meio
aquoso, da seguinte forma:
I.
Dissolve-se o CaO(s) em água.
II. Borbulha-se o CO2(g) nessa solução.
A) Considerando as diferenças entre os dois
procedimentos, justifique por que a formação
do carbonato de cálcio é mais rápida quando se
dissolvem os reagentes CO2(g) e CaO(s) em água.
Assuma que o nitrogênio comporta-se como gás
ideal e todas as reações ocorram à temperatura de
25 ºC e à pressão de 1 atm, e responda as questões
a seguir. (Dado: R = 0,082 atm.L.mol-1.K-1.)
B) Explique o motivo do aumento da temperatura
aumentar a velocidade da reação de formação
do carbonato de cálcio apesar desse processo
ser exotérmico.
A) Escreva as equações químicas balanceadas para
às reações em que ocorre geração de nitrogênio
molecular.
06. (UFMG) A reação entre o monóxido de nitrogênio,
NO (g) , e o cloro, CA 2(g) , produz NOCA (g) , numa
seqüência de duas etapas. Na primeira etapa, que
é rápida, o monóxido de nitrogênio dimeriza-se,
formando a espécie ONNO(g):
B) Calcule a massa de azida de sódio necessária
para preencher um airbag de 60 L.
04. (Fuvest-SP–2007) Existem vários tipos de carvão
mineral, cujas composições podem variar, conforme
exemplifica a tabela a seguir.
Tipo de Carvão
∆H = –183,3 kJ/mol
Etapa 1 – RÁPIDA
2NO(g) → ONNO(g)
∆H01 = –159 kJ/mol
Umidade
(% em
massa)
Material
Volátil*
(% em
massa)
Carbono
não-volátil
(% em
massa)
Outros constituintes*
(% em
massa)
Na segunda etapa, que é lenta, ONNO(g) reage com
cloro, CA2(g), produzindo NOCA(g):
Antracito
3,9
4,0
84,0
8,1
Beluminoso
2,3
19,6
65,8
12,3
CA2(g) + ONNO(g) → 2NOCA(g)
Sub-betuminoso
22,2
32,2
40,3
5,3
Lignito
36,8
27,8
30,2
5,2
Etapa 2 – LENTA
∆H02 = 84 kJ/mol
A) Escreva a equação balanceada da reação global
entre o monóxido de nitrogênio e o cloro, na qual
se produz o NOCA(g).
* Considere semelhante a composição do material
volátil para os quatro tipos de carvão.
2
EXTENSIVO
A) Indique a natureza – endotérmica ou exotérmica
– da dissolução de uma certa quantidade de KNO3.
Justifique sua indicação.
B) Construa um gráfico qualitativo, mostrando
a variação da energia versus a coordenada da
reação (caminho da reação) para as duas etapas
desse processo.
B) Durante a dissolução do KNO3, ocorrem estes
processos:
energia
I.
Quebra das interações soluto/soluto e
solvente/solvente.
II.
Fo r m a ç ã o d a s i n t e r a ç õ e s s o l u t o /
solvente.
Indique a natureza – endotérmica ou exotérmica
– dos processos I e II.
caminho da reação
C) Indique qual é a etapa (1 ou 2) determinante
da reação. Justifique sua resposta.
C) Considerando sua resposta aos itens anteriores
desta questão, indique qual dos processos – I ou
II – apresenta o maior valor de ∆H em módulo.
Justifique sua indicação.
07. (UFVJM-MG–2007) Considere o experimento descrito
a seguir.
Encha um copo com água até quase transbordar.
Nessa situação, qualquer quantidade adicional
de água leva ao transbordamento. Em seguida,
adicione, vagarosamente, sal de cozinha ao copo
cheio de água. Observe que algumas colheres de sal
podem ser adicionadas à água do copo, sem que a
mesma transborde.
RESPOSTA SUGERIDA
01. A)
H
H
Com relação ao observado nesse experimento, faça
o que se pede.
D) Em ambos os polímeros as interações entre
as cadeias poliméricas são dipolo instantâneodipolo induzido. A presença de ramificações nas
cadeias do PEBD dificulta o empacotamento
dessas cadeias, sendo as interações mais fracas
e existindo mais espaços vazios do que no PEAD
que apresenta cadeias não ramificadas. Dessa
forma o PEBD é mais flexível do que o PEAD.
C) Considere, agora, que a solução de sal de cozinha
em água seja aquecida continuamente até que o
seu volume se reduza à metade do valor inicial.
Durante esse aquecimento, a solução entra em
ebulição. Indique, marcando com um X na
quadrícula correspondente, se a temperatura
da solução, após o início da ebulição, diminui,
permanece constante ou aumenta. Justifique a
sua indicação.
E)
Nas cadeias poliméricas da poliacriamida
existem grupos amida que podem interagir com
as moléculas de água através de ligações de
hidrogênio. As moléculas de água ficam entre
as cadeias do polímero o que explica o aumento
de tamanho dos pedaços e a característica de
superabsorvente.
F)
O quadro mostra que a ligação Si-O é mais
forte do que a ligação Si-Si, já que é necessária
uma quantidade de energia maior na ruptura
da primeira ligação. Isso torna mais estáveis os
polímeros que apresentam ligações Si-O do que
os polímeros hipotéticos baseados na repetição
de ligações Si-Si.
Massa de soluto em 100 g de água / g
08. (UFMG–2003) Este gráfico apresenta a variação
da solubilidade de KNO3 em água, em função da
temperatura:
KNO3
80
60
40
20
0
20
40
60
80
H
C) O papel é constituído por cadeias de celulose
que apresentam muitas hidroxilas capazes
de interagir com as moléculas de água por
ligações de hidrogênio. Já o plástico polietileno
é formado por cadeias poliméricas apolares,
o que possibilita interações muito fracas com
as moléculas de água, do tipo dipolo-dipolo
induzido. Dessa forma o papel é capaz de
absorver água e o plástico não.
B) Indique, marcando com um X na quadrícula
correspondente, qual dos métodos de separação
a seguir pode ser utilizado para separar o sal
de cozinha da água, na solução formada nesse
experimento. Justifique a sua resposta.
0
C
B) Éter e álcool
A) Indique, marcando com um X na quadrícula
correspondente, se a densidade da solução
formada com a adição do sal a água é menor,
igual ou maior que a densidade da água pura.
Justifique a sua indicação.
100
H
C
100
Temperatura /ºC
3
SIMULADO
02. A)
C) 2FeS2(s) + 11/2 O2(g) → Fe2O3 + 4 SO2(g).
Ácido
Solubilidade
D) Massa de carbono: 0,84 x 1,0.106 = 8,4.105 g.
Ka
etanóico
infinita
1,80 x 10-5
pentanócio
4,97
1,51 x 10
Quantidade de matéria no carbono = 8,4.105 /
12 = 7,0.104 mol.
-5
Calor liberado = 7,0 . 104 x 400 = 2,8 . 107 kJ.
B) O aumento da cadeia carbônica indica o aumento
da parte apolar. As interações água e apolar
são muito fracas e desfavoráveis. Portanto o
aumento da polarizabilidade indica diminuição
da solubilidade.
05. A) Na dissolução CaO(s) em água, ocorre um
processo que leva à formação de íons Ca2+(aq) e
OH1-(aq). No caso do CO2(g), acontece uma reação
com água levando à produção de íons CO32-(aq),
entre outros. Deste modo, em solução, os íons
Ca2+ e CO32- possuem uma mobilidade maior que
propicia uma probabilidade de colisões efetivas
também maior com formação mais rápida de
CaCO3(s).
C) O aumento da cadeia carbônica é também um
aumento da nuvem eletrônica. A tendência da
desprotonação ocorrer diminui, já que a ligação
O–H torna-se menos polar.
D) Observação: Há mais de uma resposta possível.
O
Sugestão: H3C
B) O aumento da temperatura de um sistema
reacional aumenta a velocidade da reação,
independentemente, de serem endotérmicas ou
exotérmicas, contudo o aumento da velocidade é
mais significativo para as reações endotérmicas.
C
O CH2CH2CH3
As
interações
dipolo-permanente–dipolopermanente entre as moléculas de éster são
menos intensas que as ligações de hidrogênio
entre as moléculas de ácido pentanóico.
O aumento de temperatura aumenta a rapidez
das partículas reagentes, aumentando o número
e a intensidade das colisões, aumentando ainda,
o número de partículas com energia cinética
maior ou igual a energia de ativação.
E)
Ácido
Ka
etanóico
1,8 x 10-5
CACH2COOH
1,4 x 10-3
CA2CHCOOH
5,7 x 10-2
CA3CCOOH
2,2 x 10
06. A) 2NO(g) + CA2(g) → 2NOCA(g)
B)
-1
1ª Etapa
03. A) 2NaN3(s) → 2Na(s) +3 N2(g).
2ª Etapa
Eat1
energia
10Na(s) + 2KNO3(s) → K2O(s) +5Na2O(s) + N2(g).
B) Quantidade em matéria de nitrogênio:
∆HReação
∆H1
PV = nRT
Eat2
∆H2
1 x 60 = n x 0,082 x 298
n = 2,45 mol
caminho da reação
Quantidade em matéria de azida de sódio = 5/8
x 2,455 = 1,53 mol
Obs.: Respostas em que o complexo ativado da
2ª etapa possui energia potencial maior ou igual
ao complexo ativado da 1ª etapa também estão
corretas, desde que Eat2 > Eat1.
Massa molar da azida de sódio = 65 g/mol.
Massa da azida de sódio = 99,45 gramas
(aproximadamente 100 gramas).
C) 2 – A etapa 2 é a determinante da velocidade do
processo por ser a etapa lenta. A etapa 1 ocorre
simultaneamente à etapa 2 e sua contribuição
para o tempo total da reação é desprezível, já
que ocorre simultaneamente à etapa lenta.
04. A) Lignito. Esse tipo de carvão possui menor
concentração de carbono não volátil, isto é,
disponível para a combustão. Além disso, o
lignito apresenta maior índice de umidade que
não favorece a eficiência da combustão.
07. A) Indicação: Maior
Justificativa: A densidade pode ser entendida
como a relação entre massa e volume de um
material. Durante o experimento, o volume
do líquido praticamente não se alterou, mas
sua massa aumenta consideravelmente devido
ao acréscimo de sal de cozinha. Assim, há um
aumento na relação massa-volume, ou seja, na
densidade.
B) Carvão betuminoso. Possui a maior percentagem
de outros constituinte, principalmente pirita.
Durante a combustão do carvão, a pirita reage
com o oxigênio com formação de dióxido de
enxofre, um poluente atmosférico que leva à
produção de ácido sulfúrico, o principal causador
da chuva ácida.
4
EXTENSIVO
B) Indicação: Destilação
Justificativa: A destilação (simples) é o método
mais adequado para a separação de uma solução
líquida de soluto não-volátil. Durante, o processo
o componente volátil (água) vaporiza, condensa
e é recolhido na forma pura. Já o soluto não
volátil (sal de cozinha) acaba cristalizando na
ausência do solvente.
C) Indicação: Aumenta
Justificativa: A presença do soluto nãovolátil aumenta a temperatura de ebulição do
solvente na solução, esse é o chamado efeito
ebulioscópico. Como se trata de uma propriedade
coligativa, esse aumento é proporcional à
concentração da solução. Com a vaporização
de parte do solvente, a solução vai se tornando
mais concentrada e, assim, é natural que a
temperatura de ebulição aumente.
08. A) Indicação: Endotérmica
Justificativa: Como se pode observar no gráfico,
o aumento da temperatura faz aumentar a
solubilidade do sal. O aquecimento só favorece
um processo se esse for endotérmico, logo, a
dissolução do KNO3 é endotérmica.
B) Processo I: Endotérmico
Processo II: Exotérmico
C) Indicação: I
Justificativa: A entalpia de dissolução -∆Hdiss.
do KNO3 é a soma de sua entalpia de rede
– ∆Hrede – com sua entalpia de hidratação (ou
de solvatação) - ∆Hhidr. . A primeira tem sempre
sinal positivo, pois se refere à ruptura de
ligações químicas ao passo que a segunda tem
sempre sinal negativo por estar relacionada ao
estabelecimento de ligações químicas. Como
o sal em questão tem entalpia de dissolução
positiva, a entalpia de rede, em módulo, deve
ser maior que a entalpia de solvatação.
5