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Química
QUÍMICA BDE
Curso Extensivo – BDE
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QUÍMICA BDE
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QUÍMICA
Revisão
MÓDULO
1
Estrutura do Átomo, Ligações Químicas
Lembrete: Questão 1
Thomson
2 KCl(s) + 3 O2(g)
S8(s) + 8 O2(g) ⎯⎯→ 8 SO2(g)
MODELOS
Dalton
RESOLUÇÃO:
a) 2 KClO3(s) ⎯⎯→
Δ
Rutherford
2 Mg(s) + O2(g) ⎯⎯→ 2 MgO(s)
b) A energia produzida nas reações de combustão excita os elétrons dos
íons Cu2+, Mg2+ e Sr2+, promovendo-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.
átomo = bolinha
esfera positiva com
elétrons incrustados
os elétrons giram ao
redor do núcleo
positivo
Bohr
2. (FUVEST-SP) – 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) H2 + F2
→ 2 HF
c) 2 Na0 + F2 → 2 Na+F–
Dados:
b) HF + H2O
→ H3O+ + F–
d) HF + NH3
→ NH4+F–
H
N
O
F
Na
número atômico
1
7
8
9
11
número de elétrons
de valência
1
5
6
7
1
RESOLUÇÃO:
• As fórmulas eletrônicas (Lewis) dos compostos são:
órbitas circulares com energia constante
QUÍMICA BDE
1. (UNESP-SP) – Os fogos de artifício propiciam espetáculos em diferentes eventos. Para que esses dispositivos funcionem, precisam ter
em sua composição uma fonte de oxigênio, como o clorato de potássio
(KClO3), combustíveis, como o enxofre (S8) e o carbono (C), além de
agentes de cor como o SrCl2 (cor vermelha), o CuCl2 (cor verde esmeralda) e outros. Podem conter também metais pirofóricos como Mg
que, durante a combustão, emite intensa 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 detonação de fogos de
artifício?
–1
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3. (UNESP-SP) – O Brasil possui a maior reserva do mundo de
hematita (Fe2O3), minério do qual se extrai o ferro metálico, um
importante material usado em diversos setores, principalmente na
construção civil. O ferro-gusa é produzido em alto-forno conforme
esquema, usando-se carvão como reagente e combustível, e o oxigênio
do ar. Calcário (CaCO3) é adicionado para remover a areia, formando
silicato de cálcio.
4. As moléculas de amônia e de gás carbônico apresentam formas
geométricas e polaridades bem distintas. Descreva essas características.
Dados: 7N, 6C, 8O, 1H.
RESOLUÇÃO:
••
N
amônia
H
H
geometria molecular: pirimidal
molécula polar
H
gás carbônico O = C = O geometria molecular: linear
molécula apolar
Reações no alto-forno (T = 1 600°C):
2C (s) + O2(g) → 2CO(g)
Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO2(g)
CaCO3 (s) + areia → escória (l) [CaSiO3 + CO2]
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?
5. Nos pares de substâncias a seguir, indicar a de maior ponto de
ebulição, justificando:
RESOLUÇÃO:
Propriedades intensivas são aquelas que não dependem 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 densidade, 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. Tratase de dois líquidos imiscíveis que formam um sistema heterogêneo.
a) H3C — CH2 — CH2 — CH2 — OH e
1-butanol
O ferro (Z = 26) é metal de transição e apresenta configuração 1s2 2s2 2p6
3s2 3p6 3d6 4s2.
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).
Os elementos carbono e oxigênio são não metais, com as seguintes
configurações:
C(1s2 2s2 2p2) e O (1s2 2s2 2p4)
QUÍMICA BDE
No ferro, os átomos se unem por ligação metálica (tanto no estado sólido
como no estado líquido). Temos 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
2–
H3C — CH2 — O — CH2 — CH3
éter dietílico
b) C2H6 e C8H18
etano
octano
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MÓDULO
2
1. (PUC-SP) – O gráfico a seguir representa a curva de solubilidade
do nitrato de potássio (KNO3) em água.
Soluções
2. (UFSCAR-SP) – 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.
TEMPERATURA (°C) SOLUBILIDADE (g/100g H2O)
10
31,0
20
34,0
30
37,0
40
40,0
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
potássio a 20°C é menor do que a 40°C. Observe o esquema:
b)
A dissolução do cloreto de potássio em água é um processo endotérmico, pois a solubilidade desse sal aumenta com o aumento da
temperatura da água.
A 70°C, foram preparadas duas soluções, cada uma contendo 70 g de
nitrato de potássio (KNO3) 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 KNO3/200g de H2O a 70°C
Cálculo da massa m de água que foi evaporada da primeira solução, a
solução sendo mantida a 70°C.
Massa do precipitado: 6g
Cálculo da massa de água que não evaporou:
140g de KNO3 ––––––––– 100g de H2O
70g de KNO3 –––––––– x
x = 50g de H2O
A massa m é dada por:
m = 200g – x → m = 150g
A solução será uma solução saturada na temperatura t.
QUÍMICA BDE
Cálculo da quantidade de soluto para uma solução saturada com 100g de
H2O:
70g de KNO3 ––––––––– 200g de H2O
y
––––––––– 100g de H2O
70 . 100
y = ––––––– g = 35g de KNO3
200
Pelo gráfico, a temperatura t é aproximadamente 22°C.
–3
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3. (UNESP-SP) – 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 concentração,
em mol·L–1, do NaCl no soro fisiológico? Apresente seus cálculos.
b) Quantos litros de soro fisiológico podem ser preparados a partir de
1L de solução que contém 27 g·L–1 de NaCl (concentração
aproximada deste sal na água do mar)? Apresente seus cálculos.
RESOLUÇÃO:
a) Supondo que temos 1 L ou 1000 cm3 de soro:
1 g ––––– 1 cm3
x = 1000g → massa da solução
x ––––– 1000 cm3
Cálculo da massa de NaCl na solução:
1000g –––––––––– 100% (solução)
x
–––––––––– 0,9% (só soluto)
x=9g
4. (UNIFESP-SP) – 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 HNO3 (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 balanceadas, 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
2HNO3 → 2NO2 + 1/2 O2 + 1H2O
Cálculo da quantidade em mol de NaCl:
58,5g ––––––––– 1 mol de NaCl
x = 0,1538 mol de NaCl
9g
––––––––– x
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
Ionização do ácido nítrico em meio aquoso
–
HNO3 + H2O → H3O+ + NO3
ou
H2O
–
HNO3 ⎯⎯⎯→ H+ + NO3
b)
b) Concentração inicial = 27g/L:
Cálculo da massa de HNO3 em 1L de solução
1 mol de HNO3
–––––––––
63g
13,0 mol de HNO3 ––––––––– x
x = 819g de HNO3
Cálculo de massa da solução
819g
––––––– 60%
y
––––––– 100%
y = 1365g de solução
Densidade da solução
m(g)
C = ––––– → logo: m = C . V, então,
V(L)
considerando que a solução final é o soro fisiológico, temos:
C . V = C’ . V’
27 . 1 = 9 . V’
V’ = 3L de soro fisiológico
QUÍMICA BDE
4–
m
1365g
d = ––– = ––––– = 1365g/L = 1,365g/mL
V
1L
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5. (UNESP-SP) – Uma solução foi preparada com 17,5g de sulfato
de potássio (K2SO4) 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 K2SO4 :
M = (2 . 39 + 1 . 32 + 4 . 16) g . mol–1 = 174 g.mol–1
Cálculo da quantidade de matéria do K2SO4 :
1 mol –––––––––– 174g
x –––––––––– 17,5g
x = 0,1 mol
Cálculo da concentração em mol . L–1 do K2SO4 :
0,1 mol de K2SO4 –––––––– 0,5L de solução
y
–––––––– 1L de solução
y = 0,2 mol
∴ M = 0,2 mol . L–1
Cálculo das concentrações dos íons:
2–
K2SO4 ⎯⎯⎯⎯→ 2K+ + SO4
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
2–
QUÍMICA BDE
[SO4 ] = 0,2 mol . L–1
–5
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MÓDULO
3
Propriedades Coligativas
1. A figura a seguir apresenta as curvas de pressão de vapor de três
líquidos puros, 1, 2 e 3, em função da temperatura.
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 temperatura de
ebulição? Justifique.
b) Qual a solução em que o solvente tem maior temperatura de
congelação? Justifique.
c) Qual solução tem maior pressão osmótica?
RESOLUÇÃO:
glicose(s) ⎯→ glicose(aq)
0,1 mol
0,1 mol/L
Julgue as seguintes afirmações a respeito do gráfico. Considere que os
líquidos estão submetidos à mesma pressão.
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, observase 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.
d) II e IV.
e) III e IV.
c) II e III.
RESOLUÇÃO:
I) Errado.
Quando os líquidos estão em suas respectivas temperaturas de
ebulição, a pressão de vapor é igual para os três líquidos.
II) Correto
Esse fenômeno é denominado ebulioscopia.
III) Errado.
Na temperatura ambiente (25°C), o líquido 1 é o mais volátil.
IV) Correto.
Quanto maior a força intermolecular, menor a pressão de vapor e
maior o ponto de ebulição.
Resposta: D
QUÍMICA BDE
6–
NaCl(s)
0,1 mol
H2O
⎯⎯→ Na+(aq) + Cl –(aq)
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
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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.
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 eficientemente O2 e CO2 gasosos, água e íons, entre seus tecidos e o meio
aquático externo. A segunda característica 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 (H2N – CO – NH2) 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 exclusivamente 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 = 0,045mol de NaCl
2,63g
m
em 100mL de
n = ––– ⇒ n = ––––––––– ⇒
58,4g/mol
M
líquido corporal
H2O
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:
m
m
n = ––– ⇒ 0,090mol = ––––––––– ⇒
M
60,0g/mol
m = 5,40g
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.
QUÍMICA BDE
3. (UFRGS) – O gráfico abaixo representa os diagramas de fases da
água pura e de uma solução aquosa de soluto não volátil.
–7
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MÓDULO
4
Termoquímica
1. Se todo o calor obtido pela combustão de 0,10 mol de metano fosse
aproveitado no aquecimento de 1,0 x 103g de água inicialmente a 10°C,
qual seria a temperatura final da água?
Dados:
CH4(g) + 2O2(g) → 2H2O(l) + CO2(g)
ΔH = – 200kcal/mol de CH4
3. O gás cloro, Cl2, é altamente tóxico, pois, ao ser inalado, reage com
a água existente nos pulmões, formando HCl, ácido clorídrico, capaz
de provocar graves lesões internas, conforme a seguinte reação:
Cl2(g) + H2O(g) ⎯→ HCl(g) + HClO(g)
Calcular a variação de entalpia, para a reação acima, sendo dadas as
energias de ligação.
Calor específico da água = 1,0 cal g–1 grau1–
RESOLUÇÃO:
Na queima de 1 mol de CH4, obtêm-se 200kcal, portanto, o calor liberado
na queima de 0,1 mol será 20kcal ou 20.000cal.
Q = m c Δt
20.000 = 1000 . 1 . Δt
20.000
Δt = ––––––– ∴ Δt = 20°C
1.000
Ligação
Energia de ligação (kJ/mol)
a 25°C e 1 atm
Cl — Cl
243
H—O
464
H — Cl
431
Cl — O
205
Δt = tfinal – tinicial
20 = tfinal – 10
RESOLUÇÃO:
O
/ \
Cl — Cl + H H
Resposta: tfinal = 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 (Fe2O3) para soldar trilhos de aço. A
equação química para a reação entre alumínio pulverizado e óxido de
ferro (III) é:
2Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(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.
Conhecendo-se os valores de entalpia de formação para o
Al2O3(s) = –1676 kJ/mol e para o Fe2O3(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)
+
ΔH0f = zero
Fe2O3(s)
kJ
ΔH0f = – 824 ––––
mol
kJ
∑ΔH0f = – 824 ––––
mol
reagentes
→
Al2O3(s)
kJ
ΔH0f = – 1676 ––––
mol
QUÍMICA BDE
reagentes
kJ
ΔHreação = – 852 ––––
mol
8–
2Fe(s)
ΔH0f = zero
kJ
∑ΔH0f = – 1676 ––––
produtos
mol
kJ
kJ
ΔHreação = ∑ΔH0f – ∑ΔH0f = – 1676 –––– – (– 824 –––– )
mol
mol
produtos
+
⎯→
ligações rompidas
1Cl — Cl : 1 . 243kJ
2H — O : 2 . 464kJ
––––––––––––––––––––
Total: 1171kJ
ΔH = + 1171kJ – 1100kJ
ΔH = + 71kJ
O
/ \
H — Cl + H Cl
ligações formadas
1H — Cl : 1(– 431kJ)
1H — O : 1(– 464kJ)
1O — Cl : 1(– 205kJ)
––––––––––––––––––––
Total: –1100kJ
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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 (ΔH1) correspondente à decomposição do SnO2(s) nos respectivos elementos, a 298K e 1 bar.
b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de
entalpia (ΔH2) da reação entre o óxido de estanho (II) e o oxigênio,
produzindo o óxido de estanho (IV), a 298K e 1 bar.
RESOLUÇÃO:
a) SnO2(s) → Sn(s) + O2(g)
Pelo diagrama, o valor do ΔH1 é
+ 581kJ/mol
b) SnO(s) + ½O2(g) → SnO2(s)
Pelo diagrama, temos:
– 581kJ = – 286kJ – x
x = – 295kJ
ΔH2 = – 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
surgiu, 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 Joanesburgo sobre desenvolvimento sustentável foi
o pacto entre Brasil e Alemanha para investimento na produção de
carros a álcool.
a) Escreva a equação de combustão do etanol, devidamente balanceada. Calcule o calor de combustão de 1 mol de etanol, a partir das
seguintes equações:
ΔH f (kJ/mol)
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
– 394
H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l)
– 286
2 C (s) + 3 H2 (g) +1/2 O2 (g) → C2H5OH (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 expressa por:
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)
Cálculo do ΔH de combustão a partir da Lei de Hess:
Inverter a equação III:
C2H5OH(l) → 2C(s) + 3H2(g) + 1/2O2(g)
ΔH = + 278kJ
Multiplicar a equação I por 2:
2C(s) + 2O2(g) → 2CO2(g)
ΔH = – 788kJ
Multiplicar a equação II por 3:
3
3H2(g) + –– O2(g) → 3H2O(l)
ΔH = – 858kJ
2
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔH = – 1368kJ
b) A reação é exotérmica, pois o ΔH é negativo.
QUÍMICA BDE
4. As variações de entalpia (ΔH) do oxigênio, do estanho e dos seus
óxidos, a 298K e 1 bar, estão representadas no diagrama a seguir.
–9
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:04 Página 10
MÓDULO
5
Oxidorredução – Eletroquímica
1. Em leite adulterado, é comum encontrar peróxido de hidrogênio
(H2O2), substância adicionada pelo fraudador com a finalidade de
diminuir o desenvolvimento de micro-organismos provenientes de
manipulação e estocagem 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 H2O2, 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:
1–
H2O2
+
1–
I–
0
+
redução Δ = 1
oxidação Δ = 1
redução:
oxidação:
H2O2: e– = 1 . 2 = 2
1
e– = 1 . 2 = 2
1
I2:
1H2O2 + 2I– + 2H+ → 1I2 + 2H2O
2–
H+ → I2 + H2O
2. (UNESP-SP) – 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:
2 CH3CH2OH (g) + O2 (g) → 2 CH3CHO (g) + 2 H2O (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 quantidade de álcool contido no ar exalado. Os íons H+, por sua vez, atravessam o eletrólito e, no outro eletrodo de platina, reagem com o O2 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:
CH3CH2OH → CH3CHO + 2 H+ + 2 e–
etanol
etanal
I–: Nox do I no íon iodeto = 1 –
I2: Nox do I no iodo molecular = 0
ou
2 CH3CH2OH → 2 CH3CHO + 4 H+ + 4 e–
H
O
CH3 — C — OH ⎯⎯→ CH3 — C
H
H
oxidação
1–
1+
Semirreação de redução: íons H+ reagem com o O2 e com os elétrons,
formando H2O.
2 H+ + ½ O2 + 2 e– → H2O
ou
4
H+
+ O2 + 4 e– → 2 H2O
QUÍMICA BDE
O2 ⎯⎯⎯⎯→ H2O
redução
0
10 –
–2
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3. (UNESP-SP) – 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, E0, que pode
ser obtido experimentalmente e é representado em semirreações, como
exemplificado a seguir:
Li+ + e– = Li
E0 = –3,04V
Ag+ + e– = Ag
E0 = 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 condições 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– E0oxi = 3,04V
+
–
catodo: Ag + e ⎯⎯→ Ag
E0red = 0,80V
equação
: Li + Ag+ ⎯⎯→ Li+ + Ag ΔE0= 3,84V
global
c) Escreva a equação química que representa um método, economicamente viável, de produzir a substância A.
RESOLUÇÃO:
a) CaO + H2O → Ca(OH)2
A
Mg2+ + Ca(OH)2 → Ca2+ + Mg(OH)2
B
Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O
B
D
MgCl2 eletrólise
CaCl2 ⎯⎯⎯⎯→ Mg + Cl2 + subprodutos
700°C
NaCl
C
Cl2 + H2 →
2HCl
D
A
B
C
D
CaO
Mg(OH)2
Cl2
HCl
b) Semirreação de oxidação: 2Cl–(l) → 2e– + Cl2(g)
b) ΔE0 = 3,84V
Semirreação de redução: Mg2+(l) + 2e– → Mg(l)
4. (FUVEST-SP) – O fluxograma abaixo representa um processo para
a produção de magnésio metálico a partir dos íons Mg2+ dissolvidos na
água do mar.
c) Para obtenção de óxido de cálcio por um processo economicamente
viável, pode-se usar a calcinação do calcário.
Δ
CaCO3(s) ⎯⎯→ CaO(s) + CO2(g)
5. A superfície de uma peça metálica foi cromada por meio da
eletrólise de 500 mL de uma solução aquosa, contendo íons Cr3+ 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 considerando rendimento de 100%, que carga elétrica é necessária para
eletrolisar todo o cromo presente na solução?
RESOLUÇÃO
a) Cr3+(aq) + 3e– ⎯⎯→Cr0(s)
b) Cálculo da quantidade de íons Cr3+:
0,1 mol de Cr3+ –––––– 1000 mL
x mol de Cr3+ –––––– 500 mL
⇒ x = 0,05 mol de Cr3+
a) Preencha a tabela abaixo com as fórmulas químicas das substâncias
que foram representadas, no fluxograma, pelas letras A, B, C e D.
Substância
Fórmula Química
A
B
C
D
QUÍMICA BDE
3 mol de e–
–––––– 1 mol de Cr3+
–
y mol de e
–––––– 0,05 mol de Cr3+
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
b) Escreva as duas semirreações que representam a eletrólise ígnea do
MgCl2, identificando qual é a de oxidação e qual é a de redução.
– 11
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MÓDULO
6
Substância e Mistura, Leis das Combinações Químicas
1. (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.
QUÍMICA BDE
12 –
2. (UFSCar-SP) – 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 separação 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 + sabão, 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.
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3. (UNICAMP-SP) – 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 transformações. 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.
4.
O fluxograma acima representa o processo de separação 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) H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
5. Numa primeira experiência, colocando-se 2,4g de magnésio em
presença de 9,1g de cloro, verifica-se a formação de 9,5g de cloreto de
magnésio com um excesso de 2g de cloro. Numa segunda experiência,
adicionando-se 5g de magnésio a 14,2g de cloro, formam-se 19g de
cloreto de magnésio com 0,2g de magnésio em excesso. Verificar se os
resultados estão de acordo com as Leis de Lavoisier e de Proust.
RESOLUÇÃO:
A reação da experiência é:
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
LAVOISIER:
obedece
PROUST:
obedece
{
QUÍMICA BDE
RESOLUÇÃO:
a) Com gelo: fusão: H2O(s) → H2O(l).
Com gelo seco: sublimação: CO2(s) → CO2(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.
1.ª exp.: 2,4g + 7,1g = 9,5g
2.ª exp.: 4,8g + 14,2g = 19,0g
{
2,4g
7,1g
9,5g
––––– = –––––– = –––––– = constante = 0,5
4,8g
14,2g
19,0g
– 13
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MÓDULO
7
Funções Orgânicas e Isomeria
1. (UNESP) – Um paciente infectado com vírus de um tipo de herpes
toma, a cada 12 horas, 1 comprimido de um medicamento que contém
125 mg do componente ativo penciclovir.
2. Identifique todos os grupos funcionais presentes nos seguintes
compostos:
a) vanilina, o composto responsável pelo sabor de baunilha;
b) carvona, o composto responsável pelo sabor de hortelã.
Dados: Massa molar (g. mol–1): H = 1; C = 12; N = 14; O = 16.
Constante de Avogadro: N = 6,02 x 1023 mol–1.
Dê a fórmula molecular e a massa molar do penciclovir e calcule o
número de moléculas desse componente que o paciente ingere por dia.
RESOLUÇÃO:
Fórmula estrutural do composto:
RESOLUÇÃO:
a) Os grupos funcionais presentes na vanilina, cuja fórmula estrutural
está representada abaixo, são:
Fórmula molecular: C10H15N5O3
Cálculo da massa molar:
MC H N O = 10 . 12 + 15 . 1 + 5 . 14 + 3 . 16
10 15 5 3
C
MC
10H15N5O3
H
N
= 253g/mol
Cálculo da massa ingerida por dia:
1 comprimido –––––– 125mg
2 comprimidos –––––– x
QUÍMICA BDE
x = 250mg = 0,250g
Cálculo do número de moléculas ingeridas:
6,02 . 1023 moléculas –––––– 253g
y
–––––– 0,250g
y = 5,95 . 1020 moléculas
14 –
O
b) Os grupos funcionais presentes na carvona são:
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:58 Página 15
3. Associe de cima para baixo:
OH
—
—
—
O
1. H3C — C
( ) isômeros funcionais
—
H2C = C — H
H
2. H3C — CH — CH3 e
|
OH
H3C — CH2 — CH2 — OH
( ) metâmeros (isômeros de compensação)
CH2
3. H2C = CH—CH3 e H2C — CH2
( ) tautômeros
4. H3C — O— CH2 — CH2 — CH3 e H3C — CH2 —O —CH2 —CH3
( ) isômeros de posição
OH
5.
CH3
e
( ) isômeros de cadeia
CH2 — OH
RESOLUÇÃO:
5, 4, 1, 2, 3
4.
O
=
—
—
H3C — CH — CH = CH — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — C — N — CH2
CH3
H
O — CH3
—
OH
A capsaicina, que é a substância responsável pela sensação picante das pimentas, está acima representada. Nessa estrutura, podemos identificar quais
funções orgânicas? Esse composto possui isomeria geométrica?
RESOLUÇÃO:
O composto apresenta isomeria geométrica, ou cis-trans, pois possui dupla-ligação
entre carbonos e ligantes diferentes em cada C da dupla.
amida
=
éter
—
—
H3C — CH — CH = CH — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — C — N — CH2
CH3
H
O — CH3
OH
QUÍMICA BDE
O
fenol
– 15
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 13:18 Página 16
5. Moléculas que apresentam carbono quiral são muito comuns na
natureza. Para os organismos vivos, a quiralidade é particularmente
importante, pois uma molécula que apresenta imagem especular não
superponível pode provocar 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 preocupação, 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 anti-inflamatório. 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.
QUÍMICA BDE
16 –
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:41 Página 17
8
Reações Orgânicas I
Lembrete: Questão 1
Lembrete: Questão 2
Reação de substituição:
Reação de Adição:
|
|
|
|
— C — C — H + AA → — C — C — A + HA
|
|
|
|
A B
A B
|
| + AB
|
|
—C≡C— +AB → —C =C — ⎯⎯→ — C — C —
|
|
A B
ordem de substituição: C3ário > C2ário > C1ário
1. Escreva as fórmulas estruturais dos compostos alcanoclorados
obtidos pela reação entre o 2-metilbutano e o gás cloro.
RESOLUÇÃO:
CH3 — CH — CH2 — CH3 + Cl2 →
|
CH3
Cl
Cl
|
|
→ HCl + CH2 — CH — CH2 — CH3; CH3 — C — CH2 — CH3;
|
|
CH3
CH3
Cl
Cl
|
|
CH3 — CH — CH — CH3; CH3 — CH — CH2 — CH2
|
|
CH3
CH3
Regra de Markovnikov: H entra no C da dupla ou tripla mais hidrogenado.
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 lugar de 2-penteno, o número de isômeros estruturais seria o mesmo?
Justifique.
RESOLUÇÃO:
a) A reação de brometo de hidrogênio com 2-penteno produz dois isômeros
estruturais (isomeria plana):
2CH3 — CH = CH — CH2 — CH3 + 2HBr →
→ CH3 — CH — CH2 — CH2 — CH3 +
|
Br
2-bromopentano
+ CH3 — CH2 — CH — CH2 — CH3
|
Br
3-bromopentano
b) É uma reação de adição.
Se a reação fosse com 2-buteno, formar-se-ia apenas o 2-bromobutano
(o 2-buteno é simétrico com relação à dupla ligação).
CH3 — CH = CH — CH3 + HBr → CH3 — CH — CH2 — CH3
|
Br
2-bromobutano
QUÍMICA BDE
MÓDULO
– 17
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:41 Página 18
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:
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, – NH2, – OH, – CH3
•
Grupos meta dirigentes:
– NO2, – COOH, – SO3H
As rotas sintéticas I, II e III foram realizadas com o objetivo de
sintetizar as substâncias X, Y e Z, respectivamente.
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 conhecida como reação de hidratação, à substância alfaterpineol.
RESOLUÇÃO:
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 (H2SO4)
2.ª Etapa – Cloração do nitrobenzeno na presença de AlCl3 como
catalisador.
A reação de hidratação da substância alfaterpineol é:
QUÍMICA BDE
(II) 1.ª Etapa – Monocloração do benzeno na presença de catalisador
(AlCl3)
18 –
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:04 Página 19
2.ª Etapa – Dicloração
(III) 1.ª Etapa – Reação do benzeno com cloreto de metila (Friedel Crafts)
na presença de catalisador (AlCl3)
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 CO2.
RESOLUÇÃO:
Combustão do gás natural (principalmente metano):
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
Combustão do GLP (principalmente butano):
C4H10(g) + 13/2O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g)
produz
1V de CH4 ⎯⎯⎯⎯→ 1V de CO2
x
⎯⎯⎯⎯→ 22,4L de CO2
x = 22,4L de CH4
Para o gás liquefeito de petróleo, teremos:
1V de C4H10 ⎯⎯⎯⎯→ 4V de CO2
y
⎯⎯⎯⎯→ 22,4L de CO2
y = 5,6L de C4H10
QUÍMICA BDE
2.ª Etapa – Nitração do tolueno
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:
– 19
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 31/08/11 13:06 Página 20
9
Reações Orgânicas II
RESOLUÇÃO:
O
—
—
H3C — CH2 — C
+ H O — CH3
OH
O
—
—
H3C — CH2 — C
+ H2O
—
1. Quando o etanol é posto em contato com o ácido sulfúrico, a quente,
ocorre uma reação de desidratação, 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.
—
MÓDULO
O — CH3
propanoato de metila
RESOLUÇÃO:
Desidratação intramolecular:
H
OH
|
|
H2SO4
H2C — CH2 ⎯⎯⎯⎯→ H2C = CH2 + H2O
170°C
Eteno
Desidratação intermolecular:
H2SO4
H3C — CH2 — OH + H O — CH2 — CH3 ⎯⎯⎯⎯→
140°C
H3C — CH2 — O — CH2 — CH3 + H2O
Etoxietano
Resposta: B
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:
—
—
O
—
H3C — C
+ HO — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH3
OH
ácido
etanoico
+ HO — CH2 — CH3
—
H 3C — C
OH
—
—
O
+ H2O
O — CH2 — CH3
—
—
Complete a equação a seguir e dê o nome do composto orgânico formado.
O
H3C — CH2 — C
—
QUÍMICA BDE
—
H3C — C
OH
20 –
+ HO — CH3
H2O + H3C — C
—
—
—
O
O
—
—
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
1-octanol
O — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH3
etanoato de octila
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:41 Página 21
Lembrete: Questão 4
I) Oxidação enérgica de alceno com KMnO4 ou K2Cr2O7 em meio
ácido (H2SO4)
[O]
R — C = C — R ⎯→ R — C = O + O = C —R
|
|
H+
|
|
H
R
OH
R
Lembrete: Questão 5
Oxidação de álcoois com KMnO4/H2SO4
[O]
[O]
álcool 1ário ⎯⎯→ aldeído ⎯⎯→ ácido carboxílico
[O]
álcool 2ário ⎯⎯→ cetona
[O]
álcool 3ário ⎯⎯→ não há reação
II) Ozonólise de alceno
R — C = C —R + O3 + H2O → R—C = O + O = C —R + H2O2
|
|
|
|
H
R
H
R
5. Complete as equações a seguir.
[O]
H3C — CH2 — OH ⎯⎯⎯→
[O]
⎯⎯⎯→
etanol
4. Complete as equações a seguir:
[O]
a) H3C — C = C — CH2 — CH3 ⎯⎯⎯→
|
|
H+
H
CH3
b) H3C — C = C — CH3 + O3 + H2O ⎯⎯⎯→
|
|
H
CH3
OH
|
[O]
H3C — C — CH3 ⎯⎯→
|
H
2-propanol
RESOLUÇÃO:
O
RESOLUÇÃO:
O
a) H3C — C
e
O
||
H3C — C — CH2 — CH3
[O]
H3C — CH2 — OH ⎯⎯→ H3C — C
– H2O
O
OH
O
b) H3C — C
e
O
||
H3C — C — CH3
etanal
[O]
⎯⎯→
H
→ H3C — C
OH
ácido etanoico
H
QUÍMICA BDE
OH
O
|
||
[O]
H3C — C — CH3 ⎯⎯→ H3C — C — CH3
|
– H2O
H
propanona
– 21
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:04 Página 22
MÓDULO
10
Polímeros – Bioquímica
1. As garrafas PET são um dos problemas de poluição citados por ambientalistas; sejam depositadas em aterros sanitários ou até mesmo
jogadas indiscriminadamente em terrenos baldios e cursos d’água, esse material leva cerca de 500 anos para se degradar. A reciclagem tem
sido uma solução válida, embora ainda não atinja nem metade das
garrafas PET produzidas no país. Pesquisadores brasileiros estudam o
desenvolvimento de um plástico obtido a partir das garrafas PET, que
se degrada em apenas 45 dias. O segredo para o desenvolvimento do
novo polímero foi utilizar em sua síntese um outro tipo de plástico, no
caso um poliéster alifático, para acelerar o processo 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.
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 encontrados em proteínas naturais é a alanina. Essa
molécula possui também um átomo de hidrogênio e um grupo metila
ligados ao carbono α. Na formação de proteínas, 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) H2N — CH — COOH
|
CH3
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
CH3 – CH2 – OH
HO – CH2 – CH2 – OH
Por estabelecer maior quantidade de ligações de hidrogênio entre suas
moléculas, podemos concluir que o etilenoglicol possui força intermolecular mais intensa; portanto, possui menor pressão de vapor. O
etanol, por possuir maior pressão de vapor, possui menor ponto de
ebulição.
QUÍMICA BDE
22 –
b) H2N — CH — CO OH + H N — CH — COOH →
|
|
H
CH3
CH3
O
||
→ H2N — CH — C — N — CH — COOH + H2O
|
|
|
CH3
H
CH3
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 13:18 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 processo 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, hidrogênio 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, respectivamente, 9 e 4.
Calcule a massa molar desta substância.
Dadas massas molares (g/mol): C = 12, H = 1 e O = 16.
RESOLUÇÃO:
A substância é formada apenas por CHO.
CxHyOz
4. (FUVEST) – Os componentes principais dos óleos vegetais são os
triglicerídeos, que possuem a seguinte fórmula genérica:
O
||
H2C — O — C — R
O
||
HC — O — C — R’
O
||
H2C — O — C — R”
Nessa fórmula, os grupos R, R' e R" representam longas cadeias de
carbono, com ou sem ligações duplas.
A partir dos óleos vegetais, pode-se preparar sabão ou biodiesel, por
hidrólise alcalina ou transesterificação, respectivamente. Para preparar
sabão, tratam-se os triglicerídeos com hidróxido de sódio aquoso e,
para preparar biodiesel, com metanol ou etanol.
a) Escreva a equação química que representa a transformação de
triglicerídeos em sabão.
b) Escreva uma equação química que representa a transformação de
triglicerídeos em biodiesel.
RESOLUÇÃO:
a) A equação química da reação de hidrólise alcalina do triglicerídeo
(reação de saponificação) está a seguir:
1/2CxHyOz + O2 → 1H2O + outros produtos
Para esta reação estar balanceada em relação ao H, o composto original
terá 4 átomos de H (y = 4). Como
mC
–––– = 9
mH
mC
–––– = 9
4
mC = 36
Como cada átomo de C tem massa atômica igual a 12u, temos 3 átomos de
C (x = 3) e
mO
–––– = 4
mH
mO
–––– = 4
4
mO = 16
Como cada átomo de O tem massa atômica igual a 16u, temos 1 átomo de
O (z = 1),
logo a fórmula é C3H4O
QUÍMICA BDE
M = (3 . 12 + 4 . 1 + 1 . 16)g/mol = 56g/mol
– 23
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:04 Página 24
b) A reação do triglicerídeo com o metanol (reação de transesterificação)
está representada a seguir:
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.
QUÍMICA BDE
24 –
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:04 Página 25
11
Mol e Estequiometria
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 experimentar 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 (C12H22O11) 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 1023 mol–1
RESOLUÇÃO:
a) Cálculo da massa de açúcar:
1 colher de açúcar –––––– 20g
3 colheres de açúcar –––––– x
x = 60g
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: O2, O = O
Gás ozônio:
O3,
O
O
Cálculo da massa molar da sacarose:
M(C12H22O11) = (12.12)g/mol + (22.1)g/mol + (11.16)g/mol = 342g/mol
Cálculo do número de moléculas de sacarose:
1 mol de C12H22O11 ––––––– 6,02.1023 moléculas ––––––– 342g
y
––––––– 60g
y = 1,05 . 1023 moléculas
b) Cálculo da massa de açúcar que sofreu decomposição:
60g –––––––– 100%
x –––––––– 1%
x = 0,6g
Cálculo da massa formada de carbono:
Δ
C12H22O11 ⎯⎯⎯→ 12C + 11H2O
1 mol
12 mol
↓
↓
342g –––––––––––– 12.12g
0,6g –––––––––––– y
y = 0,25g
2. Diversos gases formam a atmosfera da Terra, sendo que a quantidade de alguns deles vem aumentando por ação antropogênica, o que
pode causar problemas. O oxigênio, 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 alotrópicas 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.
O
O gás oxigênio (O2) é o gás vital, essencial na respiração. O gás oxigênio
promove a combustão dos alimentos, liberando a energia necessária
para a realização dos processos necessários para a manutenção 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 . 103L = n . 0,082 atm . L . mol–1 . K–1. 300K
n = 1000 mol de ar
A porcentagem em volume coincide com a porcentagem em mol:
1000 mol ––––––– 100%
x ––––––– 20%
x = 200 mol
Massa de gás oxigênio (O2):
1 mol –––––– 32g
200 mol –––––– y
y = 6400g
QUÍMICA BDE
MÓDULO
– 25
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 26
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 polipirrol, 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 composição percentual em
massa: carbono = 71,6%; nitrogênio = 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:
Para 100g do composto
71,6g de C
20,9g de N
7,5g de H
4. Em 2004, iniciou-se, no Brasil, a exploração de uma importante
jazida de minério de cobre. Nestes minérios, 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, obtém-se o
dióxido de enxofre. Como subproduto, pode-se obter o ácido sulfúrico,
por reação do SO2 com o oxigênio, formando o trióxido de enxofre
(SO3), e deste com a água, resultando no H2SO4.
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 sulfúrico que pode ser obtida a partir de
64kg de SO2. Apresente seus cálculos.
RESOLUÇÃO:
a) A equação química do processo é:
Δ
CuS + O2 ⎯→ Cu + SO2
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
b)
SO2 + 1/2O2 → SO3
H2O + SO3 → H2SO4
––––––––––––––––––––––––––
SO2 + 1/2O2 + H2O → H2SO4
1 mol
1 mol
↓
↓
64g –––––––––––––––– 98g
64kg –––––––––––––––– x
x = 98kg
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: C4H5N
Cálculo da massa molar da fórmula mínima:
M do C4H5N = (4 . 12 + 5 . 1 + 1 . 14)g/mol = 67g/mol
Portanto, a fórmula molecular será: C4H5N
O pirrol é uma amina secundária (tem o grupo — N — )
|
H
e como a cadeia é fechada, não ramificada e insaturada, a sua fórmula
estrutural é:
H—C
C—H
H—C
C—H
N
|
H
5. Na indústria, a amônia é obtida pelo processo denominado HaberBosch, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de
um catalisador apropriado, conforme mostra a reação não balanceada:
⎯⎯⎯⎯→ NH (g)
N2(g) + H2(g) ←⎯⎯⎯⎯
3
catalisador
Com base nessas informações, considerando um rendimento de 100%
e sabendo que as massas molares desses compostos são:
N2 = 28 g/mol, H2 = 2 g/mol, NH3 = 17 g/mol, calcule
a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7g de nitrogênio com 3g
de hidrogênio.
b) Nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se
existir, qual a massa em excesso desse reagente?
QUÍMICA BDE
RESOLUÇÃO:
a) N2(g) +
3H2(g) →
← 2NH3(g)
1 mol ––––– 3 mol –––––– 2 mol
↓
↓
↓
28g ––––––– 6g –––––––– 34g
7g ––––––– 1,5g –––––––– x
reagente reagente
limitante em excesso
x = 8,5g
b) Massa em excesso de hidrogênio (H2) = 3g – 1,5g = 1,5g
26 –
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MÓDULO
12
Compostos Inorgânicos
1. Um tipo bastante importante de reação química são as de decomposição, reações nas quais uma única substância reagente origina como
produto duas ou mais substâncias. Considerando as reações de
decomposição I, II e III, identifique os produtos A, B, D e E.
luz
I: H2O2 (l) ⎯⎯⎯→ A (l) + B (g)
calor
II: CaCO3 (s) ⎯⎯⎯→ C (s) + D (g)
III: H2O (l)
corrente
⎯⎯⎯→ E (g) + B (g)
elétrica
RESOLUÇÃO:
I. Decomposição do peróxido de hidrogênio:
luz
H2O2(l) ⎯⎯→ H2O(l) + 1/2 O2(g)
A
B
II. Decomposição do carbonato de cálcio:
calor
CaCO3(s) ⎯⎯→ CaO(s)
C
+ CO2(g)
D
3. Um dos possíveis meios de se remover CO2 gasoso da atmosfera,
diminuindo assim sua contribuição para o “efeito estufa”, envolve a
fixação do gás por organismos microscópicos presentes em rios, lagos
e, principalmente, oceanos. Dados publicados em 2003 na revista
Química Nova na Escola indicam que o reservatório da hidroelétrica
de Promissão, SP, absorve 704 toneladas de CO2 por dia.
a) Calcule a quantidade de CO2, expressa em mol/dia, absorvida pelo
reservatório. (Dado: massa molar de CO2 = 44 g/mol.)
b) Suponha que parte do CO2 permaneceu dissolvida na água do
reservatório, na forma CO2(aq). Empregando equações químicas,
discuta qualitativamente o efeito que o CO2 dissolvido terá sobre as
características químicas da água do reservatório.
RESOLUÇÃO:
a) CO2: M = 44g/mol
44g –––––– 1mol
704 . 106g ––––––– x
x = 16 . 106 mol ∴ 1,6 . 107 mol
b) CO2(g) →
← CO2(aq)
→ H+(aq) + HCO– (aq)
CO2(aq) + H2O(l) →
← H2CO3(aq) ←
3
A dissolução do CO 2 na água do reservatório torna-a ácida
(pH < 7), de acordo com as equações acima envolvidas.
III.Decomposição da água:
corrente
H2O(l) ⎯⎯⎯⎯→ H2(g) + 1/2O2(g)
elétrica
E
B
B: O2
E: H2
2. Algumas substâncias, quando dissolvidas em água, reagem produzindo íons em solução. Dentre estas substâncias, algumas são muito
comuns: cloreto de hidrogênio (HCl) e cloreto de sódio (NaCl).
Considerando as interações destas substâncias com a água, individualmente, escreva as equações 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:
H2O
Na+Cl –(s) ⎯⎯⎯→ Na+(aq) + Cl –(aq) ou
Na+Cl –(s) + (x + y) H2O → Na+(H2O)x + Cl –(H2O)y
4. Complete as equações químicas
a) CaCO3 + 2HCl →
b) NH3 + H2SO4 →
RESOLUÇÃO:
a) CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
b) 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2 SO4
QUÍMICA BDE
A: H2O
D: CO2
b) A equação química que representa a ionização do cloreto de hidrogênio
+
–
é: HCl(g) + H2O(l) →
← H3O (aq) + Cl (aq)
– 27
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:41 Página 28
5. (EFOA-MG) – Considere os resultados da mistura de soluções
aquosas das substâncias relacionadas na tabela abaixo:
Mistura realizada
Resultado observado
NaNO3(aq) + KCl(aq)
não ocorre precipitação
Pb(NO3)2(aq) + KCl(aq)
formação de precipitado
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(NO3)2 _____________________________________________
RESOLUÇÃO:
a)
2+
1–
6. As estações municipais de tratamento de água transformam a água
contaminada na água potável que chega a nossas casas. Nessas
estações, primeiramente 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 gelatinoso que arrasta
impurezas para o fundo do tanque de tratamento. Finalmente, numa
última etapa, adiciona-se hipoclorito de sódio, que tem ação bactericida
(mata bactérias) e fungicida (mata fungos).
a) Escreva a reação química balanceada entre sulfato de alumínio e
hidróxido de cálcio, levando à formação 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?
1+ 1–
Pb (NO3)2 + 2K Cl
2KNO3 + PbCl2
b) PbCl2, porque, baseando-se na primeira reação, também teríamos a
formação de KNO3, mas não há formação de precipitado, logo a
substância insolúvel é cloreto de chumbo (II).
c) KCl: cloreto de potássio
Pb(NO3)2: nitrato de chumbo (II)
RESOLUÇÃO:
a)
Al2 (SO4)3 + 3Ca (OH)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4
b)
A fórmula do hipoclorito de sódio é NaClO.
NaClO
1+
Cl –
1–
Cada átomo de cloro do hipoclorito recebe 2 elétrons.
QUÍMICA BDE
28 –
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MÓDULO
13
Cinética Química
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 concentração, 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) + H2O (ᐉ)
+ + OH – → H O (ᐉ)
ou H(aq)
(aq)
2
1 mol de HCl ––––– 1 mol de NaOH
nA ––––– nB
Logo: nA = nB
MAVA = MBVB
mol
MA · 10,0 mL = 0,120 –––– · 14,5 mL
L
2. (UFSCar) – O primeiro veículo lançador de satélites (VLS) desenvolvido no Brasil foi destruído por um incêndio, em 22 de agosto de
2003, causando a morte de 21 engenheiros 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 (NH4ClO4) e o catalisador óxido de ferro (III).
Durante a decolagem, o Fe2O3 catalisa a reação entre NH4ClO4 e Al,
resultando nos produtos sólidos Al2O3 e AlCl3 e gasosos NO e H2O.
a) Escreva a equação química, devidamente balanceada, 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 correspondentes e
a dependência dos mesmos com o catalisador.
RESOLUÇÃO:
a) Admitindo-se coeficiente 1 para a substância NH4ClO4, temos a sequência para determinar os coeficientes:
1NH4ClO4 + Al → Al2O3 + 1/3AlCl3 + NO + H2O
3NH4ClO4 + Al → Al2O3 + 1AlCl3 + NO + H2O
3NH4ClO4 + Al → Al2O3 + 1AlCl3 + 3NO + H2O
3NH4ClO4 + Al → Al2O3 + 1AlCl3 + 3NO + 6H2O
3NH4ClO4 + Al → 1Al2O3 + 1AlCl3 + 3NO + 6H2O
3NH4ClO4 + 3Al → 1Al2O3 + 1AlCl3 + 3NO + 6H2O
b) segmento A: energia de ativação da reação catalisada. O catalisador
diminui a energia de ativação.
segmento B: variação de entalpia (ΔH), não depende do catalisador. No
caso, B representa a energia absorvida pela reação.
MA = 0,174 mol/L
ΔM
b) vmédia = ––––– =
Δt
3 × 10–3 mol/L – 5 × 10–3 mol/L = ––––––––––––––––––––––––––––––
50s – 0s
QUÍMICA BDE
vmédia = 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.
– 29
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 30
3. (UNIFESP) – Estudos cinéticos da reação entre os gases NO2 e CO
na formação dos gases NO e CO2 revelaram que o processo ocorre em
duas etapas:
I. NO2(g) + NO2(g) → NO(g) + NO3(g)
II. NO3(g) + CO(g) → NO2(g) + CO2(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 experimentalmente.
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.
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, observa-se uma
diminuição maior da [H2O2] 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 H2O2.
5. A expressão da equação da velocidade de uma reação deve ser
determinada experimentalmente, não podendo, 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) + H2(g) → I2(g) + 2HCl(g)
RESOLUÇÃO:
a) I)
NO2(g) + NO2(g) → NO(g) + NO3(g)
II)
NO3(g) + CO(g) → NO2(g) + CO2(g)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
equação NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g)
global
A equação de velocidade é tirada da etapa lenta (I):
v = k [NO2]2
b) I. errada: libera calor, reação exotérmica
II. errada: catalisador não desloca equilíbrio, portanto, não altera a
quantidade de CO2.
4. Soluções aquosas de água oxigenada, H2O2, decompõem-se, resultando 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), Fe2O3.
QUÍMICA BDE
30 –
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 H2, a velocidade dobra. Trata-se de uma
reação de 1a ordem em relação a H2.
Mantendo-se a concentração de H2 constante (0,15 mol/L), verifica-se
que, dobrando a concentração de ICl, a velocidade também dobra. É
uma reação de 1a ordem em relação a ICl.
Lei da velocidade
v = k [ICl]1 . [H2]1
b) Cálculo da constante de velocidade (k) nas condições da experiência.
Quando [H2] = 0,30 mol/L e [ICl] = 0,15 mol/L, temos
v = 7,2 . 10–7 mol/L.s
v = k [ICl] . [H2]
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] . [H2]
v = 1,6 . 10–5 . 0,6 . 0,6
v = 5,76 . 10–6 mol/L . s
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 31
MÓDULO
14
Equilíbrio Químico I
1. A produção de grafita artificial vem crescendo significativamente,
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 (g) ←
→ 2 CO (g)
2
A 1 000 ºC, no estado de equilíbrio, as pressões parciais de CO e CO2
são 1,50 atm e 1,25 atm, respectivamente. Calcule o valor da constante
de equilíbrio (Kp) para a reação nessa temperatura.
RESOLUÇÃO:
→ 2 CO (g)
C(grafita) + CO2 (g) ←
A expressão da constante de equilíbrio em termos de pressão parcial é:
(pCO)2
Kp = ––––––––
(pCO )
2
Como no equilíbrio as pressões parciais de CO e CO2 são respectivamente
1,50 atm e 1,25 atm, temos:
(1,50)2
Kp = –––––––– = 1,80
1,25
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 decomposição térmica. O principal constituinte do calcário é o carbonato de
cálcio, e a reação de decomposição é representada pela equação:
→ CaO(s) + CO (g)
CaCO3(s) ←
2
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 CO2 ao sistema, mantendo o volume constante.
d) acrescentar CaCO3 ao sistema, mantendo a pressão e o volume
constantes.
e) retirar parte do CaCO3 do sistema, mantendo a pressão e o volume
constantes.
3. (UNIFESP-SP) – Sob condições experimentais adequadas, o gás
metano pode ser convertido nos gases etano e hidrogênio:
⎯→ C H (g) + H (g)
2 CH4 (g) ←⎯
2 6
2
Para essa reação, a dependência da constante de equilíbrio com a
temperatura é dada na tabela.
Temperatura (K)
constante de equilíbrio
298
400
600
9 x 10–13
8 x 10–10
6 x 10–7
a) A reação de conversão do gás metano para etano é uma reação
endotérmica? 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:
[C2H6] · [H2]
Kc= ––––––––––––
a)
[CH4]2
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 concentrações de todos os participantes do equilíbrio.
QUÍMICA BDE
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.
→ CaO(s) + CO (g)
CaCO3(s) ←
2
0V
1V
A adição de ou a retirada de CaCO3(s) não afeta o equilíbrio. A adição de
CO2 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
– 31
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:41 Página 32
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:
→ C(g). A constante de equilíbrio (K ) na temperatura da
A(g) + B(g) ←
C
[C]
experiência é igual a 0,5. Sabendo-se que, no equilíbrio, se ––––
[A]
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.
5. (FUVEST-SP) – Na produção de hidrogênio por via petroquímica,
sobram traços de CO e CO2 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
transformadas em CH4 e H2O. Essas reações ocorrem a temperaturas
elevadas, em que reagentes e produtos são gasosos, chegando a um
equilíbrio de constante KI no caso do CO e a um equilíbrio de constante
KII no caso do CO2. O gráfico traz a variação dessas constantes com
a temperatura.
RESOLUÇÃO:
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]
KC = –––––––
[A] . [B]
x
0,5 = ––––––––––––
(3 – x) (2 – x)
x2 – 7x + 6 = 0
+ 7 ± 兹苶苶苶苶
49 – 4 . 6
x = ––––––––––––––––––
2
x1 = 6 (não serve como resposta)
x2 = 1
No equilíbrio, teremos:
[A] = 3 – x = 2 mol/L
[B] = 2 – x = 1 mol/L
[C] = x = 1 mol/L
[C]
1
–––– = –– = 0,5
2
[A]
↓
cor amarela
Resposta: B
a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 °C, as pressões
parciais de CO, H2, CH4 e H2O, eram, respectivamente, 4 x 10–5 atm;
2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi
alcançado. Explique.
b) As transformações de CO e CO2 em CH4 mais H2O são exotérmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta.
RESOLUÇÃO:
a) A reação de CO com H2 pode ser expressa por:
CO(g) + 3H2(g) →
← CH4(g) + H2O(g) KI
pCH . pH O
4
2
KI = ––––––––––––––
pCO . p3H
2
Vamos determinar o quociente reacional (Qp ) a 460°C:
pCH . pH O
0,4 . 0,4
4
2
Qp = ––––––––––––––
= –––––––––––– = 500
3
pCO . p H
4 . 10–5 . 23
2
Observando o gráfico, verificamos que o Qp é igual a KI e, portanto,
podemos concluir que o sistema se encontra em equilíbrio.
QUÍMICA BDE
b) Pelo gráfico, verificamos que tanto para a reação I:
(CO(g) + 3H2(g) →
← CH4(g) + H2O(g) ) como para a reação II:
(CO2(g) + 4H2(g) →
← CH4(g) + 2H2O(g) ), um aumento da temperatura
implica uma diminuição da constante de equilíbrio. Podemos concluir
que ambas reações são exotérmicas.
32 –
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 33
MÓDULO
15
Equilíbrio Químico II
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:
H
H
—
—
—
—
OH
OH
O
CH3 — C — C
—
+ H2O
CH3 — C — C
—
—
—
—
—
O
+ H 3O +
O–
OH
Ácido Láctico
2. A solubilização no meio biológico, que é essencialmente 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 fórmulas e
equilíbrios em meio aquoso, em função da acidez do meio, são:
Lactato
Ka = 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 H2O não entra na expressão do Ka, pois a sua
concentração é constante:
—
Ácido Láctico
CH3 — C — C
—
—
—
OH
O
—
+ H2O
—
—
—
CH3 — C — C
OH
H
O
—
—
H
OH
+ H3O+
O–
Lactato
O+]
[lactato] . [H3
Ka = –––––––––––––––––
[ácido láctico]
Supondo-se 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
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 [H3O+]
7 = – log [H3O+]
pois elas são moléculas neutras.
A aspirina é preferencialmente absorvida no estômago, pois a concentração
de H3O+ é elevada deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra.
[H3O+] = 1,0 . 10–7 mol/L
[lactato]
1,0 . 10–4
––––––––––––– = –––––––––
[ácido láctico]
1,0 . 10–7
[lactato]
–––––––––––– = 1,0 . 103
[ácido láctico]
A anfetamina é preferencialmente absorvida no intestino delgado, pois como
→ 2H O),
o meio é alcalino, a concentração de H3O+ diminui (H3O+ + OH– ←
2
deslocando o equilíbrio no sentido da molécula neutra.
– 33
QUÍMICA BDE
[lactato] . 1,0 . 10–7
1,0 . 10–4 = –––––––––––––––––––
[ácido láctico]
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 34
3. 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 + HNO3 → KNO3 + H2O
n
b) M = ––– ∴ n = MV
V
nKOH = 0,250mol/L . 0,080L = 0,02 mol
nHNO = 0,500mol/L . 0,020L = 0,01 mol
3
Verifica-se que 0,01 mol de HNO3 reage com 0,01 mol de KOH,
sobrando 0,01 mol de KOH.
KOH ⎯→ K+ + OH–
0,01 mol –––––––––– 0,01 mol
0,01mol
[OH–] = ––––––– = 10–1mol/L
0,100L
pOH = – log 10–1 = 1
pH = 14 – 1 = 13
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 suspensão. Os íons Ba2+ são tóxicos e a absorção de
10–2 mol desse íon pode ser fatal para um ser humano adulto. Calcule
a quantidade de íons Ba2+ inicialmente dissolvida 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
BaSO4 = 1 x 10–10.
RESOLUÇÃO
Determinação da concentração de íons Ba2+ na solução saturada de BaSO4.
Seja s a solubilidade em mol/L:
H2O
BaSO4(s) ⎯⎯⎯→ Ba2+(aq) + SO2–
4 (aq)
s
s
s
–10 = s2 → s = 1 . 10–5mol/L
Ks = [Ba2+] [SO2–
4 ] → 1 . 10
Cálculo da quantidade de íons Ba2+ em 200mL da solução saturada de
BaSO4:
1 x 10–5 mol de Ba2+ ––––––– 1000 mL
y
––––––– 200 mL
200 . 10–5
y = –––––––––– mol = 2 . 10–6 mol de Ba2+
1000
O paciente não corre risco de morrer, pois a quantidade de íons Ba2+ é
inferior a 10–2 mol.
QUÍMICA BDE
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 quantidades suficientes para obtenção de soluções aquosas
0,1 mol/L de cloreto de sódio, NaCl, acetato de sódio, CH3COONa, e
cloreto de amônio, NH4Cl, nos recipientes 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, respectivamente,
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 COOH + OH– (pH > 7)
CH3COO + HOH ←
3
+
+
→
NH4 + HOH ← NH3 + H3O (pH < 7)
Resposta: A
34 –
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:42 Página 35
MÓDULO
16
Tabela Periódica e Radioatividade
1. O cloreto de potássio, KCl, é um composto utilizado como
fertilizante para plantas. Os íons K+ e Cl – apresentam raios iônicos
respectivamente iguais a 138 pm e 181 pm, em que 1 pm = 10–12 m. O
peróxido de hidrogênio, H2O2, é um produto químico de grande importância industrial, decompondo-se quando exposto à luz. É usado 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 decomposição 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:
2. Os átomos dos elementos X, Y e Z apresentam as seguintes
configurações eletrônicas no seu estado fundamental:
X → 1s2 2s2 2p5
Y → 1s2 2s2 2p6 3s1
Z → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5
É correto afirmar que:
a) entre 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) entre 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:
>
K
K+
X → 1s2 2s2 2p5; grupo 17 (halogênio); 2.o período
Y → 1s2 2s2 2p6 3s1; grupo 1 (metal alcalino); 3.o período
Podemos concluir que o raio atômico do potássio será maior que o raio
do íon potássio:
rK > 138pm
Z → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5; grupo 17 (halogênio); 4.o período
A variação da afinidade eletrônica na tabela periódica é:
Quando um átomo ganha elétrons (transformando-se em ânion), seu raio
aumenta graças a uma maior repulsão entre os elétrons:
<
Cl –
Podemos concluir que o raio atômico do cloro será menor que o raio do
íon cloreto:
rCl < 181 pm
b) Decomposição do peróxido de hidrogênio:
H2O2 ⎯→ H2O + 1/2O2
↓
↓
1 mol –––––––––––– 0,5 mol
x = 5 mols de moléculas de oxigênio
10 mol ––––––––––– x
X apresenta maior afinidade eletrônica.
A variação do potencial de ionização na tabela periódica é:
X apresenta maior potencial de ionização e o menor raio atômico.
Resposta: B
QUÍMICA BDE
Cl
– 35
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:42 Página 36
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 problemas 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 tálio201. O tálio-201 pode ser produzido a partir do tálio-203, bombardeado
por próton (11p) 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 201Pb, a partir do bombardeamento do 203Tl com
prótons, segundo o processo descrito no enunciado dessa questão.
b) Considerando que a amostra inicial de radiofármaco contendo 201Tl
tem uma atividade radioativa inicial igual a A0, e que pode ser
utilizada em exames médicos até que sua atividade se reduza a A0/4,
calcule o período de tempo, expresso em horas, durante o qual essa
amostra pode ser utilizada para a realização de exames médicos.
Dados:
203
81Tl
= tálio-203;
204
82Pb
= chumbo-204;
201
1
1
82Pb = chumbo-201; 0n nêutron; 1p próton.
RESOLUÇÃO:
a)
203
Tl
81
+
1
p
1
→
201
Pb
82
b) t1/2 = 73h
73h A0 73h A0
⎯→ ––––
A0 ⎯→ ––––
2
4
Período de tempo = 146h
QUÍMICA BDE
36 –
+ 3 10n
4. A proporção do isótopo radioativo do carbono (14C), com meiavida de, aproximadamente, 5.700 anos, é constante na atmosfera. Todos
os organismos vivos absorvem tal isótopo por meio de fotossíntese e
alimentação. Após a morte desses organismos, a quantidade incorporada do 14C começa a diminuir exponencialmente, por não haver
mais absorção.
a) Por que um pedaço de carvão que contenha 25% da quantidade
original de 14C não pode ser proveniente de uma árvore do início da
era cristã?
b) Por que não é possível fazer a datação de objetos de bronze a partir
da avaliação da quantidade de 14C?
RESOLUÇÃO:
a) Meia vida é o tempo necessário para que metade da amostra radioativa
se desintegre.
Como o teor de carbono-14 é 25% do carvão de origem, passaram-se
duas meias vidas:
5 700 anos
5 700 anos
100% ⎯⎯⎯⎯→ 50% ⎯⎯⎯⎯→ 25%
Portanto, a árvore que deu origem a esse carvão morreu há 11 400 anos
(5 700 + 5 700), bem antes do início da era cristã (aproximadamente
2 010 anos).
b) O bronze é uma liga metálica de cobre e estanho. Por não apresentar o
elemento carbono, é impossível fazer a datação de uma peça de bronze
pelo método do carbono-14.
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:53 Página 37
5. (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 CaCO3.
a) Determine a meia-vida do radioisótopo Ca-45 e escreva a equação
do decaimento do Ca-45. O número atômico do Ca é 20.
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
45
Ca
20
P = 160 dias
0
–1
⎯→ β +
45
X
21
b) A OMS recomenda uma dose diária de 1000 mg de cálcio e o comprimido tem 625 mg de CaCO3:
1 CaCO3 ⎯⎯⎯→ 1 Ca
100g –––––––– 40g
625mg –––––––– x
QUÍMICA BDE
625 . 40
x = –––––––
100
x = 250mg de cálcio em 1 comprimido
250mg ––––– 1 comprimido
1000mg –––––
y
1000
y = –––––
250
y = 4 comprimidos
– 37
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 38
MÓDULO
17
Gases
1. (UNESP) – Nos frascos de spray, usavam-se como propelentes
compostos orgânicos conhecidos como clorofluorocarbonos. As
substâncias mais empregadas eram CClF3 (Fréon 12) e C2Cl3F3 (Fréon
113). Num depósito abandonado, foi encontrado um cilindro supostamente contendo um destes gases. Identifique qual é o gás, sabendose 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:
CClF3:
M = 104,5 g/mol
C2Cl3F3: M = 187,5 g/mol
Cálculo da massa molar utilizando a equação
PV = n RT:
85g
atm . L
2,00 atm . 10,0L = –––– 0,082 ––––––– . 300K
M
mol . K
M = 104,5 g/mol
O gás que se encontra no cilindro é CClF3 (fréon 12), pois o valor da massa
molar determinada foi 104,5 g/mol.
3. (UNESP) – As populações de comunidades, cujas moradias foram
construídas clandestinamente sobre aterros sanitários desativados,
encontram-se em situação de risco, pois podem ocorrer desmoronamentos 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
m
PV = –– RT
M
m
P = ––––– RT
MV
dRT
P = ––––––
M
2. (UNESP) – O gás liberado na reação completa de 0,486 gramas de
magnésio metálico com solução aquosa de ácido clorídrico (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) → MgCl2(aq) + H2(g)
Cálculo da quantidade em mol de H2 liberado:
24,3g de Mg –––––––– 1 mol de H2
0,486g de Mg –––––––– x
QUÍMICA BDE
0,486
∴ x = ––––– mol = 2 . 10–2 mol de H2
24,3
Cálculo da pressão do gás aprisionado no recipiente de 100mL a 27°C:
V = 100mL = 0,1L
T = 27°C = 300K
n = 2 . 10–2mol
2 . 10–2 . 0,082 . 300
PV = n R T ⇒ P = –––––––––––––––––––
0,1
P = 4,92 atm
38 –
dRT
M = ––––––
P
0,65g . L–1 . 0,082L . atm K–1 . mol–1 . 300K
M = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1 atm
M = 15,99g . mol–1
M = 16 g . mol–1
Para que a massa molar seja 16g mol–1, o hidrocarboneto a que se refere o
texto é o metano (CH4).
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.
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:42 Página 39
4. (UNICAMP-SP) – 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
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 comprimento, 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.
RESOLUÇÃO:
a) O2, He, N2
b) 100% ––––– 9000 kPa
24% ––––– x
x = 2160 kPa
Considere que os vapores formados no experimento se comportam
como gases. Utilizando os dados da questão, discuta qual massa molar
é maior (NH3 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.
1
v = k . –––––
μ
兹苶
v1
––– =
v2
μ2
–––––
μ1
PM
Como μ = ––––
RT
PM
v1
––– =
v2
v1
–––– =
v2
冢 ––––
RT 冣
2
––––––––
PM
––––
RT 1
冢 冣
M2
–––––
M1
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.
MNH < MHCl
3
– 39
QUÍMICA BDE
—
c) M = XO MO + XHe MHe + XN MN
2
2
2
2
—
M = 0,16 . 32 g/mol + 0,24 . 4 g/mol + 0,60 . 28 g/mol
—
M = 22,9 g/mol
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 13:44 Página 40
18
MÓDULO
Miscelânia
1. (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).
O
H
N
N
N
N
O
N
N
H
H
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 da folha de respostas. Assim, por exemplo, a tríade GUU
corresponde ao aminoácido valina.
Letra da esquerda
Letra do meio Letra da direita
G
U
U
Letra do meio
C
A
Ala
Asp
Ala
Asp
Ala
Glu
Ala
Glu
U
Val
Val
Val
Val
Letra da
direita
U
C
A
G
G
Gly
Gly
Gly
Gly
b) Com base na tabela da folha de respostas 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.
O
O
H
O
O
O
H
H
Alanina (Ala)
N
H
H
Ácido aspártico (Asp)
QUÍMICA BDE
O
H
O
O
O
O
H
O
N
N
H
H
Ácido glutâmico (Glu)
40 –
H
O
N
H
H
H
Valina (Val)
cadeia
cadeia
Letra da
esquerda
G
G
G
G
N
H
N
Guanina (G)
N
H
O
H
H
Citosina (C)
O
H
Glicina (Gly)
H
RESOLUÇÃO:
a) No par citosina-guanina, existem três ligações de hidrogênio (representadas por linha pontilhada)
H
N—H
O
N
N
H—N
N
cadeia
N
cadeia
N
H—N
O
H
guanina
citosina
b) Conforme a tabela dada, obtêm-se os seguintes aminoácidos para as
tríades do RNA mensageiro:
letra da esquerda
letra do meio
letra da direita
aminoácido
G
C
A
alanina
G
G
A
glicina
G
G
U
glicina
A reação de formação do tripeptídeo está a seguir:
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 02/09/11 12:54 Página 41
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
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.
RESOLUÇÃO:
Cálculo da massa de NaOH gasta em cada titulação:
A equação da reação de neutralização que ocorre é:
H3CCOOH + NaOH → H3CCOO–Na+ + H2O
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
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 possui 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) ⎯→ ZnCl2(aq) + H2(g)
Cálculo da quantidade, em mol, de HCl necessária para reagir totalmente com o zinco:
1 mol de Zn
⎯⎯→ 2 mol de HCl
5,0 . 10–3 mol de Zn ⎯⎯→
x
x = 1,0 . 10–2 mol de HCl
Cálculo da quantidade, em mol, de HCl adicionado ao zinco, no
experimento III:
(MHCl = 4 mol/L)
4 mol de HCl ⎯⎯→ 1000 mL
y
⎯⎯→ 4 mL
y = 1,6 . 10–2 mol de HCl
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)
QUÍMICA BDE
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 do volume de HCl, em mL, adicionado em excesso:
(MHCl = 4 mol/L)
4 mol
⎯⎯→ 1000 mL
0,6 . 10–2 mol ⎯⎯→
z
z = 1,5 mL de solução de HCl adicionada em excesso
– 41
C2 RGeral_QUI_BDE_Prof KELI 10/08/11 09:05 Página 42
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:
QUÍMICA BDE
42 –