UNIdERSITÁRIO
FUVEST 2003 - 2a FASE - QUÍMICA
QUÍMICA
cloreto de sódio + nitrato de sódio, em água
1. Em 1861, o pesquisador Kekulé e o professor secundário
solução de nitrato de prata
etapa A
Loschmidt apresentaram, em seus escritos, as seguintes fórmulas estruturais para o ácido acético (C2H4O2):
placa de cobre
precipitado
fórmula de Kekulé
solução
etapa B
a) Escreva a equação balanceada que representa a reação
química que ocorre na etapa B.
fórmula de Loschmidt
Mais tarde, Lewis introduziu uma maneira, ainda utilizada, de
representar estruturas moleculares. Nas fórmulas de Lewis, o
total de elétrons de valência dos átomos contribui para as
ligações químicas, bem como para que cada átomo passe a ter
configuração de gás nobre.
b) Qual a quantidade, em mols, do depósito prateado formado sobre a placa de cobre? Mostre os cálculos.
c) Qual a quantidade, em mols, de nitrato de prata em 250 mL
da solução precipitante? Mostre os cálculos.
a) Faça uma legenda para as fórmulas de Kekulé e Loschmidt,
indicando as figuras utilizadas para representar os átomos
de C, H e O.
d) Qual a massa de nitrato de sódio na mistura original? Mostre os cálculos.
b) Escreva a fórmula de Lewis do ácido acético.
Dados:
massas molares (g/mol)
Ag.....108 Cu.....64 NaCl.....58
c) Mostre, usando fórmulas estruturais, as interações que
mantêm próximas duas moléculas de ácido acético.
Resolução
Resolução
a)
a) Cu(s) + 2 Ag+(aq) ® Cu2+(aq) + 2 Ag(s)
b) minicial – Cudissolvido + Agdepositada = mfinal
20,00 – 64 . x + 108 . (2x) = 21,52
x = 0,01 mol, portanto, 0,02 mol de Ag serão depositados.
c) n = e. V = 0,880 . 0,250 = 0,22 mol
d) Sabendo que os íons prata reagem com os íons cloreto na
proporção 1 : 1, podemos dizer:
b) Ácido acético
Agtotal – Agreduzida = Agprecipitada
0,22 mol – 0,02 mol = 0,20 mol de AgCl
0,20 mol NaCl Þ 11,6 g
20,2 – 11,6 = 8,6 g de NaNO3
c)
3. As florestas, que cobrem partes de nosso planeta, participam
da remoção do dióxido de carbono do ar atmosférico que respiramos. No entanto, em uma nave espacial, é preciso utilizar
determinadas substâncias para retirar o dióxido de carbono
do ar que os astronautas respiram. Isto pode ser feito por
meio de qualquer das seguintes transformações:
2. Uma mistura de cloreto de sódio e nitrato de sódio, de massa
20,20 g, foi dissolvida em água suficiente. A essa solução
adicionaram-se 250 mL de solução aquosa de nitrato de prata
de concentração 0,880 mol/L. Separou-se o sólido formado,
por filtração, e no filtrado mergulhou-se uma placa de cobre
metálico de massa igual a 20,00 g. Após certo tempo, observou-se depósito prateado sobre a placa e coloração azul na
solução. A placa seca pesou 21,52 g.
peróxido de sódio + dióxido de carbono ®
® carbonato de sódio + oxigênio
hidróxido de magnésio + dióxido de carbono ®
® carbonato de magnésio + água
hidróxido de lítio + dióxido de carbono ®
® carbonato de lítio + água
O esquema desse procedimento é:
a) Utilizando fórmulas químicas, escreva as equações balanceadas que representam essas transformações.
1
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b) Uma nave espacial deve carregar o mínimo de carga. Assim, qual dos reagentes das três transformações acima seria o mais adequado para uma viagem interplanetária? Explique.
a) Qual deles apresenta maior economia atômica? Justifique.
c) Um astronauta produz cerca de 400 L de CO2, medidos a
25 ºC e 1 atm, a cada 24 horas.
c) Escreva a fórmula estrutural do ácido que, por desidratação, pode gerar o anidrido maléico.
Calcule a massa do reagente, escolhido no item b, que
será necessária para remover esse volume de CO2.
d) Escreva a fórmula estrutural do isômero geométrico do
ácido do item c.
b) Qual deles obedece pelo menos a dois princípios dentre
os três citados? Justifique.
Dados:
Volume molar de gás a 25 ºC e 1 atm: 25 L/mol
Massas molares (g/mol)
H...1,0 Li...7,0 C...12 O...16 Na...23 Mg...24
Resolução
a)
Resolução
a) Na2O2(s)
+
CO2(g)
Mg(OH)2(s) +
CO2(g)
2 LiOH(s)
CO2(g)
+
I.
II.
III.
1
® Na2CO3(s) +
O (g)
2 2
®
MgCO3(s)
+
H2O(l)
®
Li2CO3(s)
+
H2O(l)
¾¾®
Átomos incorporados
ao produto desejado
21
18
21
¾¾®
¾¾®
¾¾®
9 (42,9%)
9 (50%)
9 (42,9%)
O processo II apresenta a maior economia atômica.
b) O processo II obedece a dois princípios dentre os citados,
pois possui a maior economia atômica e não gera poluentes.
b) Sabendo que:
Massa molar (g/mol)
78
58
24
Átomos nos
reagentes
Substâncias
Na2O2
Mg(OH)2
LiOH
c)
ácido cis-buteno-dióico
d)
ácido trans-butenodióico
Observa-se que:
1 mol de Na2O2 = 78 g consome 1 mol de CO2
1 mol de Mg(OH)2 = 58 g consome 1 mol de CO2
2 mols de LiOH = 48 g consomem 1 mol de CO2
Portanto, o mínimo de carga é o de LiOH (Hidróxido de Lítio).
c) Sendo:
2 LiOH —— 1 CO2 Þ volume molar = 25 L/mol
(2 . 24) —— 25 L
x
—— 400 L
()
*
5. O 2-metilbutano pode ser obtido pela hidrogenação catalítica,
em fase gasosa, de qualquer dos seguintes alcenos isoméricos:
x = 768 g de LiOH
2-metil-2-buteno + H2 ® 2-metilbutano DH1 = -113 kJ/mol
2-metil-1-buteno + H2 ® 2-metilbutano DH2 = -119 kJ/mol
3-metil-1-buteno + H2 ® 2-metilbutano DH3 = -127 kJ/mol
4. A “química verde”, isto é, a química das transformações que
ocorrem com o mínimo de impacto ambiental, está baseada em
alguns princípios:
a) Complete o esquema abaixo com a fórmula estrutural de
cada um dos alcenos que faltam. Além disso, ao lado de
cada seta, coloque o respectivo DH de hidrogenação.
1) utilização de matéria-prima renovável,
2) não geração de poluentes,
3) economia atômica, ou seja, processos realizados com a
maior porcentagem de átomos dos reagentes incorporados ao produto desejado.
Analise os três processos industriais de produção de anidrido
maléico, representados pelas seguintes equações químicas:
b) Represente, em uma única equação e usando fórmulas
moleculares, as reações de combustão completa dos três
alcenos isoméricos.
2
c) A combustão total de cada um desses alcenos também
leva a uma variação negativa de entalpia. Essa variação é
igual para esses três alcenos? Explique.
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Resolução
c) Utilizando dados do item b, verifique se a equação de
velocidade dessa reação pode ser dada por:
a)
v = k [A]
onde v = velocidade da reação
k = constante, grandeza que independe de v e de [A]
[A] = concentração de acetato de fenila
d) Escreva a equação química que representa a hidrólise do
acetato de fenila.
b) 1 C5H10 + 7,5 O2 ® 5 CO2 + 5 H2O
Resolução
c) Não, pois são entalpias diferentes
\ na combustão, a variação de entalpia dos três alcenos
será diferente.
a)
DH = Hprodutos – Hreagentes
2-metil-2-buteno + H2 ® 2metilbutano DH1 = –113 kJ/mol
1442443 123 14243
+ O ®
x
H1
x – H1 = –113 Þ H1 = (x + 113) kJ/mol
2-metil-1-buteno + H2 ® 2metilbutano DH2 = –119 kJ/mol
14243
1442443 123
H2
O
x
Analogamente Þ H2 = (x + 119) kJ/mol
3-metil-1-buteno + H2 ® 2metilbutano DH3 = –127 kJ/mol
1442443 123 14243
H3
O
x
Analogamente Þ H3 = (x + 127) kJ/mol
b) No intervalo de 0,25 a 0,50 min
6. A reação de acetato de fenila com água, na presença de
v1 =
catalisador, produz ácido acético e fenol. Os seguintes dados
de concentração de acetato de fenila, [A], em função do tempo de reação, t, foram obtidos na temperatura de 5 ºC:
t/min
–1
[A]/mol L
0
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
0,80
0,59
0,43
0,31
0,23
0,17
0,12
0,43 - 0,59
0,50 - 0,25
à v = 0,64 mol . L–1 . min–1
1
No intervalo de 1,00 a 1,25 min
v2 =
0,17 - 0,23
125
, - 100
,
–1
–1
à v2 = 0,24 mol . L . min
c) Sim, porque k = cte em qualquer instante. Veja
a) Com esses dados, construa um gráfico da concentração
de acetato de fenila (eixo y) em função do tempo de reação (eixo x), utilizando o quadriculado abaixo.
0,51 N 0,64
N
=
\ k1 = k2 = 2,6
0,20 0,24
Nota: A resolução correta seria dada considerando que o
gráfico de lm[A] x t é uma reta, fator que define uma
reação de 1a ordem.
d)
7. Ao cozinhar alimentos que contêm proteínas, forma-se
acrilamida (amida do ácido acrílico), substância suspeita de
ser cancerígena.
b) Calcule a velocidade média de reação no intervalo de 0,25
a 0,50 min e no intervalo de 1,00 a 1,25 min.
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Estudando vários aminoácidos, presentes nas proteínas, com
o a -aminogrupo marcado com nitrogênio-15, verificou-se que
apenas um deles originava a acrilamida e que este último composto não possuía nitrogênio-15.
b) Um dos processos industriais de obtenção de hidrogênio
está representado no item a. A 550 ºC, a reação, no sentido da formação de hidrogênio, é exotérmica. Para este processo, discuta a influência de cada um dos seguintes fatores:
a) Dê a fórmula estrutural da acrilamida.
– aumento de temperatura.
– uso de catalisador.
– variação da pressão.
b) Em função dos experimentos com nitrogênio-15, qual destes aminoácidos, a asparagina ou o ácido glutâmico, seria
responsável pela formação da acrilamida?
Justifique.
Resolução
a) A constante K3 do equilíbrio:
c) Acrilamida é usada industrialmente para produzir poliacrilamida. Represente um segmento da cadeia desse polímero.
CO(g) + H2O(g) _ CO2(g) + H2(g)
pode ser obtida por:
Dados:
CO(s) + H2O(g) _ CoO(s) + H2(g)
H2
1
1
=
=
K1 67 [H2O]
CoO(s) + CO(g) _ Co(s) + CO2(g)
K2 = 490 =
[CO 2 ]
[CO]
Somando-se ambas:
CO(g) + H2O(g) _ CO2(g) + H2(g), K3
1
Nota-se que: K3 = K . K 2 = 7,31
1
b) O aumento da temperatura favorece tanto a reação direta
quanto a inversa, porém, mais a endotérmica, diminuindo
a produção de hidrogênio.
Resolução
a)
O catalisador não altera o equilíbrio, pois favorece
igualmente a reação direta e a inversa.
A variação de pressão não alterará o equilíbrio, pois o
número de mols do primeiro membro é igual ao do segundo,
ou seja, temos os mesmos volumes gasosos.
b) Asparagina.
Segundo o experimento utilizado, em que a acrilamida não
apresenta átomos de nitrogênio-15, somente a asparagina
apresenta átomo de nitrogênio com essa característica, o
do grupo amida. O ácido glutâmico, caso formasse a acrilamida, utilizaria, obrigatoriamente, o a-aminogrupo marcado.
9. Uma mistura constituída de 45 g de cloreto de sódio e 100 mL
de água, contida em um balão e inicialmente a 20 ºC, foi submetida à destilação simples, sob pressão de 700 mm Hg, até
que fossem recolhidos 50 mL de destilado.
c)
O esquema abaixo representa o conteúdo do balão de destilação, antes do aquecimento:
8. Cobalto pode ser obtido a partir de seu óxido, por redução
com hidrogênio ou com monóxido de carbono. São dadas as
equações representativas dos equilíbrios e suas respectivas
constantes a 550 ºC.
I. CoO(s) + H2(g) = Co(s) + H2O(g)
II. CoO(s) + CO(g) = Co(s) + CO2(g)
K1 = 67
K2 = 490
a) Mostre como se pode obter a constante (K3) do equilíbrio
representado por
CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)
a 550 ºC, a partir das constantes dos equilíbrios I e II.
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10. Dimetil-hidrazina e tetróxido de dinitrogênio foram usados nos
a) De forma análoga à mostrada acima, represente a fase de
vapor, durante a ebulição.
foguetes do módulo que pousou na Lua nas missões Apollo.
A reação, que ocorre pela simples mistura desses dois compostos, pode ser representada por
b) Qual a massa de cloreto de sódio que está dissolvida, a
20 ºC, após terem sido recolhidos 50 mL de destilado?
Justifique.
(CH3)2N – NH2(l ) + 2 N2O4(l ) ® 3 N2(g) + 4 H2O(g) + 2 CO2(g)
c) A temperatura de ebulição durante a destilação era igual,
maior ou menor que 97,4 ºC? Justifique.
a) Entre os reagentes, identifique o oxidante e o redutor. Justifique sua resposta, considerando os números de oxidação do carbono e do nitrogênio.
Dados: Curva de solubilidade do cloreto de sódio em água:
b) Cite duas características da reação apresentada que tornam adequado o uso desses reagentes.
c) Qual a pressão parcial do gás nitrogênio quando a pressão da mistura gasosa liberada se iguala à pressão na
superfície da Lua? Mostre os cálculos.
Dados:
número de oxidação do carbono na dimetil-hidrazina: -2
pressão na superfície lunar: 3 x 10-10 Pa
Ponto de ebulição da água pura a 700 mm Hg: 97,4 ºC
Resolução
Resolução
a) Redutor ® (CH3)2N – NH2(l)
Oxidante ® N2O4(l)
a)
(CH3)2N – NH2(l) + 2 N2O4(l) ® 3 N2(g) + 4 H2O(g) + 2 CO2(g)
–2
–2
–2
+4
0
+4
Oxidante
Redutor
Redutor
b) A análise da curva mostra que a 20o C a solubilidade do
NaCl é de 36 g/100 mL de água. Como restam apenas
50 mL de solvente, a massa dissolvida de sal pode ser
calculada por:
36 g NaCl
x
¾®
¬¾
b) Forma grande quantidade de gases e não poluentes.
c) no total de mols = 3 + 4 + 2 = 9
no de mols do N2(g) = 3
100 mL H2O
50 mL H2O
PN2
x = 18 g de NaCl
Ptotal
c) Maior que 97,4o C, pois a adição de um soluto não-volátil
aumenta a temperatura de ebulição.
=
3
; onde Ptotal = 3 . 10–10 Pa
9
\ PN = 1 . 10–10 Pa
2
COMENTÁRIO GERAL
Avaliação de nível coerente para a 2a Fase, já que tivemos
50% de Química Geral
25% de Físico-Química
25% de Química Orgânica,
havendo aplicação dos principais conceitos. Exigiu, dos alunos, extrema atenção para a resolução dos cálculos e interpretação dos
textos.
Esta prova continua dentro da proposta dos últimos anos, selecionando, com certeza, os candidatos mais bem preparados.
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