UFJF – MÓDULO III DO PISM – TRIÊNIO 2010-2012 – GABARITO DA PROVA DE QUÍMICA
PARA O DESENVOLVIMENTO E A RESPOSTA DAS QUESTÕES, SÓ SERÁ ADMITIDO USAR CANETA ESFEROGRÁFICA AZUL OU PRETA
Questão 1 – O esquema abaixo mostra compostos que podem ser obtidos a partir de um alceno de fórmula
molecular C5H10. A seguir, responda às questões relacionadas a esse esquema, considerando sempre o produto
principal.
C5H10
alceno
K2Cr2O7/H+
C5H12O
álcool
hidratação
C5H10O
combustão completa
K2Cr2O7/H2SO4
?
C4H8O2 + CO2 + H2O
a) Desenhe as estruturas do alceno e do composto de fórmula molecular C4H8O2
C5H10 (alceno)
C4H8O2
H2C=CH-CH2-CH2-CH3 ou H2C=CH-CH(CH3)2
H3C-CH2-CH2-COOH ou (CH3)2-CH-COOH
b) Calcule a massa, em gramas, de alceno necessária para se produzir 12,5 gramas do álcool C5H12O.
-1
(Dados: massas molares, em g.mol : H=1; C=12; O=16)
C5H10
alceno
C5H12O
álcool
70g/mol
88g/mol
x
12,5g
x = 9,94g
c) Escreva a equação da reação de combustão completa, devidamente equilibrada, para o composto de
fórmula molecular C5H10O.
C5H10O + 7O2
5CO2 + 5H2O
d) Considerando a estrutura do álcool de fórmula molecular C5H12O é CORRETO afirmar que essa substância
apresenta isômero óptico? Justifique sua resposta.
Sim, pois o álcool formado apresenta um carbono quiral.
H OH
*
1
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Questão 2 – As vitaminas são compostos orgânicos presentes nos alimentos e essenciais para o funcionamento
normal do metabolismo. O nosso organismo só consegue produzir vitamina D. Atualmente, é reconhecido que os
seres humanos necessitam de 13 vitaminas diferentes, dentre essas as vitaminas A e C. A seguir, encontram-se
representadas as fórmulas estruturais das vitaminas A, C e D. Sobre elas, responda às questões abaixo.
CH3
H3C
CH3
H3C
H3C
CH3
CH3
CH3
CH3
OH
O
O
OH
CH3
HO
Vitamina A
OH
H
OH
Vitamina C
H2C
OH
Vitamina D
a) Uma das propriedades que determina a maior ou menor concentração de uma vitamina na urina é a sua
solubilidade em água. Qual dessas vitaminas é mais facilmente eliminada na urina? Justifique.
A Vitamina C, pois é a que apresenta maior números de sítios que podem formar ligações de hidrogênio com
água.
OU
A Vitamina C, pois é uma molécula polar e, portanto solúvel em água.
b) Em relação às estruturas das vitaminas C e D é CORRETO afirmar que ambas apresentam isomeria
geométrica? Justifique sua resposta.
Não. Apenas a Vitamina D apresenta isomeria geométrica, pois apresenta em sua estrutura uma ligação dupla
na qual pode haver isomeria cis-trans (R1 ≠ R2 e R3 ≠ R4).
c) Em que compostos (vitaminas A, C e D) ocorre isomeria óptica? Justifique sua resposta.
Ocorre isomeria óptica nas vitaminas C e D, pois ambos os compostos apresentam carbono quiral.
d) Desenhe a fórmula estrutural do produto formado se a vitamina A fosse submetida a uma reação de
redução com excesso de H2.
H3C
CH3
CH3
CH3
H2 (excesso)
H3C
CH3
OH
CH3
CH3
OH
Pt
CH3
CH3
Vitamina A
fórmula estrutural do produto
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Questão 3 – A elevada resistência à temperatura e à corrosão são fatores decisivos para a ampla utilização tanto
do titânio, quanto do zircônio metálicos. As ligas de titânio com alumínio, molibdênio, manganês e ferro são leves
e empregadas em aviões, mísseis, naves espaciais, próteses ósseas e implantes dentários. O zircônio metálico é
o melhor material de construção para reatores nucleares e outras aplicações que incluem a fabricação de
lâmpadas de flash para fotografia, explosivos e fogos de artifício.
a) Os metais citados acima têm em comum o processo de fabricação que pode ser representado pelas
equações fornecidas e acontecem em temperaturas entre 800-850 °C. Com base nas equações
apresentadas quais são os agentes oxidantes e redutores em cada uma das reações?
Agentes Oxidantes
Agentes Redutores
TiCl4(l) + 2 Mg(s) → Ti(s) + 2 MgCl2(l)
TiCl4 e ZrCl4
Mg(s)
ZrCl4(l) + 2 Mg(s) → Zr(s) + 2 MgCl2(l)
b) Com base nos potenciais de redução das semirreações fornecidos, calcule o ∆E da reação de produção
do titânio metálico.
+4
+4
Ti
-
+ 4e → Ti(s)
-
+ 4e → Ti(s) E°= -1,97 V
Ti
E° = -1,97 V
+2
+2
Mg
-
Mg(s) → Mg + 2e (x2)
E° = + 2,36 V
_____________________________________
+4
Ti
+2
+ 2 Mg(s) → Ti(s) + 2 Mg
-
+ 2e → Mg(s) E°= - 2,36 V
∆E° = +0,39 V
c) Com base nos valores de potencial de redução apresentados na tabela abaixo, qual(is) é(são) o(s)
metal(is) que poderia(m) ser utilizado(s) na produção de zircônio metálico? Justifique sua resposta.
+4
+ 4e → Zr(s) E°= -1,45 V
+3
+ 3e → Al(s) E°= -1,68 V
Zr
Al
Todos os metais que possuem potencial de redução menor
que o zircônio, nesse caso, o alumínio e o lantânio.
+
-
-
-
Ag + e → Ag(s) E°= + 0,80 V
+2
+ 2 e → Pt(s) E°= +1,18 V
+3
+ 3e → La(s) E°= -2,38 V
Pt
La
-
-
d) O tetracloreto de titânio é obtido a partir do dióxido de titânio, utilizando altas temperaturas, de acordo com
a reação não balanceada. Faça o balanceamento da reação e indique o número de elétrons transferidos
nessa reação.
TiO2(s) + 2C(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(g) + 2CO(g)
São transferidos 4 elétrons nessa reação.
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Questão 4 – O grau de acidez é uma importante propriedade química do sangue e de outros líquidos corporais
(urina, suco gástrico, suco pancreático). Normalmente, o sangue tem seu pH na faixa de 7,35 – 7,45. O equilíbrio
ácido-base é controlado com precisão, pois pequenos desvios da faixa normal podem afetar gravemente muitos
órgãos. Nas células do nosso corpo, o CO2 é continuamente produzido como produto do metabolismo. Parte
desse CO2 se dissolve no sangue estabelecendo o equilíbrio:
+
-
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H + HCO3
a) Sabemos que uma respiração deficiente acarreta um aumento da concentração de CO2 no sangue
(acidose), enquanto que uma pessoa que respira muito rapidamente causa uma diminuição de CO2 no
sangue (alcalose).Com base nessas informações, explique os termos acidose e alcalose em função do
deslocamento de equilíbrio que ocorre.
Acidose – com o aumento da concentração de CO2 ocorre o deslocamento do equilíbrio no sentido de
formação do ácido carbônico (deslocamento para a direita).
Alcalose – com a diminuição da concentração de CO2 ocorre o deslocamento do equilíbrio no sentido de
decomposição do ácido carbônico (deslocamento para a esquerda).
b) Enquanto o sangue tem um pH ligeiramente alcalino, o pH da urina é naturalmente ácido, com valores
entre 5,5 – 7,0, pois o rim é o principal meio de eliminação dos ácidos do organismo. Calcule a
-1
+
concentração, em mol.L , de íons H3O em uma urina que apresenta pH = 6,0.
+
pH = - log [H3O ]
+
6,0 = - log [H3O ]
+
-6
-1
[H3O ] = 1,0x10 mol.L
c) Outro líquido corporal que tem seu pH controlado pelo equilíbrio mostrado acima, é o suco pancreático
que é rico em íons bicarbonato. Sabe-se que os íons bicarbonato podem sofrer os dois processos
representados abaixo, pois é anfótero. Com base nos valores das constantes, qual é o processo
favorecido? Explique.
-
-
(I) HCO3 + H2O → H2CO3 + OH → H2O + CO2 + OH
-2
+
(II) HCO3 + H2O → CO3 + H3O → H2O + CO2
-
-4
K = 2,1 x 10
-11
K = 4,7 x 10
O processo favorecido é o processo (I), pois o valor da sua constante de equilíbrio é maior indicando maior
tendência da formação dos produtos.
d) Os íons bicarbonato no suco pancreático têm como função diminuir a acidez do quimo (bolo alimentar),
que vem do estômago, tornando-o alcalino. Com base nas informações fornecidas no item (c), calcule a
-1
concentração de íons bicarbonato necessária para gerar 0,01 mol.L de íons hidroxila.
-
K = [H2CO3].[OH ]
_________________
-
[HCO3 ]
-4
2,1X10 = (0,01)
2
-
-1
[HCO3 ] = 0,48 mol.L
________
-
[HCO3 ]
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Questão 5 – A figura apresentada indica graficamente a variação de energia durante o decorrer da reação
A + B → C + D, efetuada com e sem catalisador.
Responda:
a) Como o aumento da temperatura afeta a velocidade da reação?
O aumento da temperatura causa um aumento no número de moléculas com energia cinética suficiente para
sobrepor a barreira de energia de ativação, aumentando a velocidade da reação.
b) Quais os valores das energias de ativação da reação com e sem catalisador?
-1
Com catalisador: 30 kcal.mol
-1
Sem catalisador: 45 kcal.mol
c) Quais os valores das energias de ativação da reação inversa (C + D → A + B) com e sem catalisador?
-1
Com catalisador: 45 kcal.mol
-1
Sem catalisador: 60 kcal.mol
d) Qual o valor do abaixamento da energia de ativação produzido pelo catalisador na reação inversa
(C + D → A + B)?
-1
15 kcal.mol
5