Questão 8 Questão 9 A produção de ácido nítrico, pelo método de Ostwald, pode ser descrita como se ocorresse em 3 etapas seqüenciais. I. Oxidação catalítica da amônia gasosa pelo oxigênio, formando monóxido de nitrogênio. II. Oxidação do monóxido de nitrogênio pelo oxigênio, formando dióxido de nitrogênio. III. Reação do dióxido de nitrogênio com água, formando ácido nítrico e monóxido de nitrogênio, o qual é reciclado para a etapa II. A fenolftaleína apresenta propriedades catárticas e por isso era usada, em mistura com α-lactose monoidratada, na proporção de 1:4 em peso, na formulação de um certo laxante. Algumas das propriedades dessas substâncias são dadas na tabela. a) Sabendo-se que para oxidar completamente 1,70 g de amônia são necessários exatamente 4,00 g de oxigênio, deduza os coeficientes estequiométricos dos reagentes envolvidos na etapa I. Escreva a equação, corretamente balanceada, representativa dessa reação. b) Escreva as equações representativas, corretamente balanceadas, das reações correspondentes às etapas II e III. Substância Ponto de fusão (oC) Solubilidade (g/100 mL) água etanol praticafenolftaleína 260 – 265 mente 6,7 a 25oC insolúvel α-lactose ⋅ H2O 201 – 202 25 a 25oC 95 a 80oC praticamente insolúvel Deseja-se separar e purificar essas duas substâncias, em uma amostra de 100 g da mistura. Com base nas informações da tabela, foi proposto o procedimento representado no fluxograma. Resposta a) Cálculo dos números de mols envolvidos na reação: 1,70 g NH3 ⋅ 1 mol NH3 = 0,100 mol NH3 17 g NH3 14244 3 m. molar 1 mol O 2 = 0,125 mol O 2 32 g O 2 14243 m. molar Proporção entre os números de mols de NH3 e O2 : nNH3 0,100 4 = = nO 2 0,125 5 4,00 g O 2 ⋅ Equação da etapa I: 4 NH3(g) + 5 O 2(g) → 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) b) Equação da etapa II: 2 NO(g) + O 2(g) → 2 NO 2(g) Equação da etapa III: 3 NO 2(g) + H 2 O( l) → 2 HNO3(aq) + NO(g) a) Supondo que não ocorram perdas nas etapas, calcule a massa de lactose que deve cristalizar no procedimento adotado. b) Com relação à separação / purificação da fenolftaleína, • explique se o volume de etanol proposto é suficiente para dissolver toda a fenolftaleína contida na mistura. • usando seus conhecimentos sobre a solubilidade do etanol em água, explique por que a adição de água à solução alcoólica provoca a cristalização da fenolftaleína. química 2 Resposta a) Massa de lactose presente na mistura: 4 g lactose 100 g mistura ⋅ = 80 g lactose 5 g mistura A 25 o C , somente 25 g de lactose estão dissolvidos em 100 mL de água. Portanto, a massa de lactose cristalizada será: mcristalizada = 80 − 25 = 55 g b) • Massa de fenolftaleína presente na mistura: 1 g fenolftaleína 100 g mistura ⋅ = 20 g fenolftaleí5 g mistura na. Volume de etanol necessário para dissolver toda a fenolftaleína a 25 o C : 100 mL etanol 20 g fenolftaleína ⋅ = 298,5 mL 6,7 g fenolftaleína 144424443 solubilidade Logo, 350 mL de etanol são suficientes para dissolver toda a fenolftaleína existente na amostra. • A solubilidade de um composto molecular em um solvente molecular depende das atrações entre as moléculas. Essas interações aumentam com a semelhança quanto à polaridade entre o soluto e o solvente. O etanol estabelecerá fortes interações com a água (pontes de hidrogênio), causando a precipitação de fenolftaleína devido à sua menor polaridade. Questão 10 Têm-se duas soluções aquosas de mesma concentração, uma de ácido fraco e outra de ácido forte, ambos monopróticos. Duas experiências independentes, I e II, foram feitas com cada uma dessas soluções. I. Titulação de volumes iguais de cada uma das soluções com solução padrão de NaOH, usando-se indicadores adequados a cada caso. II. Determinação do calor de neutralização de cada uma das soluções, usando-se volumes iguais de cada um dos ácidos e volumes adequados de solução aquosa de NaOH. Explique, para cada caso, se os resultados obtidos permitem distinguir cada uma das soluções. solução padrão de NaOH até os pontos de equivalência. Logo, o volume de solução padrão de NaOH não poderá ser usado para diferenciar as soluções ácidas. Porém, devido à hidrólise do ânion do ácido fraco titulado, as concentrações de íons H + no ponto de equivalência serão diferentes: • no sistema com ácido forte: pH ≅ 7; • no sistema com ácido fraco: pH > 7. Então, usando indicadores apropriados, seria possível distinguir cada uma das soluções, desde que as faixas de viragem dos indicadores fossem conhecidas. II. O calor de neutralização (kJ/mol) de um ácido forte (100% ionizado) é maior que o calor de neutralização de um ácido fraco porque este último encontra-se, inicialmente, pouco ionizado (a reação HX → H + + X − é endotérmica). Portanto, usando-se uma solução de NaOH (base forte) para a neutralização estequiométrica de volumes iguais de soluções de mesma concentração de um ácido forte e de um ácido fraco, teremos: ∆Hneut. (ácido forte) > ∆Hneut. (ácido fraco) o que possibilita a distinção entre as soluções. Questão 11 Mais de uma vez a imprensa noticiou a obtenção da chamada fusão nuclear a frio, fato que não foi comprovado de forma inequívoca até o momento. Por exemplo, em 1989, Fleishman e Pons anunciaram ter obtido a fusão de dois átomos de deutério formando átomos de He, de número de massa 3, em condições ambientais. O esquema mostra, de forma simplificada e adaptada, a experiência feita pelos pesquisadores. Resposta I. Nas titulações de volumes iguais de soluções de um ácido forte e de um ácido fraco de concentrações iguais, são consumidos volumes iguais de Uma fonte de tensão (por exemplo, uma bateria de carro) é ligada a um eletrodo de platina e a outro de paládio, colocados dentro de química 3 um recipiente com água pesada (D2 O) contendo um eletrólito (para facilitar a passagem da corrente elétrica). Ocorre eletrólise da água, gerando deutério (D2 ) no eletrodo de paládio. O paládio, devido às suas propriedades especiais, provoca a dissociação do D2 em átomos de deutério, os quais se fundem gerando 3 He com emissão de energia. a) Escreva a equação balanceada que representa a semi-reação que produz D2 no eletrodo de paládio. Explique a diferença existente entre os núcleos de H e D. b) Escreva a equação balanceada que representa a reação de fusão nuclear descrita no texto e dê uma razão para a importância tecnológica de se conseguir a fusão a frio. Resposta Resposta a) Os compostos orgânicos envolvidos no processo são: b) Isomeria plana de cadeia: a) A semi-reação que ocorre no pólo negativo da cuba eletrolítica é: red. cátodo: 2 D 2 O + 2 e − D 2 + 2 OD − O deutério e o prótio são isótopos do hidrogênio, deste modo, ambos os núcleos possuem o mesmo número de prótons (Z) e diferem no número de nêutrons. 1 1H 1 próton Isomeria plana de posição: 2 1D 1 próton 1 nêutron b) A reação de fusão nuclear descrita: 212 D 3 2 He + 01n As fusões nucleares conhecidas ocorrem em condições solares (temperatura e pressão muito elevadas), o que limita e muito as suas aplicações tecnológicas: uma fusão nuclear a frio (condições do ambiente) é muito importante porque eliminaria as limitações citadas. Questão 12 Um composto de fórmula molecular C4 H9 Br, que apresenta isomeria ótica, quando submetido a uma reação de eliminação (com KOH alcoólico a quente), forma como produto principal um composto que apresenta isomeria geométrica (cis e trans). a) Escreva as fórmulas estruturais dos compostos orgânicos envolvidos na reação. b) Que outros tipos de isomeria pode apresentar o composto de partida C4 H9 Br? Escreva as fórmulas estruturais de dois dos isômeros. Questão 13 A água de regiões calcáreas contém vários sais dissolvidos, principalmente sais de cálcio. Estes se formam pela ação da água da chuva, saturada de gás carbônico, sobre o calcáreo. O equilíbrio envolvido na dissolução pode ser representado por: CaCO 3 (s) + H2O( l ) + CO2 (aq) Ca2 + (aq) + 2HCO −3 (aq) Essa água, chamada de dura, pode causar vários problemas industriais (como a formação de incrustações em caldeiras e tubulações química 4 com água quente) e domésticos (como a diminuição da ação dos sabões comuns). a) Com base nas informações dadas, explique o que podem ser essas incrustações e por que se formam em caldeiras e tubulações em contato com água aquecida. b) Escreva a fórmula estrutural geral de um sabão. Explique por que a ação de um sabão é prejudicada pela água dura. Resposta a) Em sistemas com alta temperatura observamos uma redução significativa da solubilidade do CO 2 . Segundo o princípio de Le Chatelier, a diminuição na concentração do CO 2 ocasiona um deslocamento do equilíbrio no sentido da formação de CaCO3 insolúvel, daí a formação de depósito sólido em caldeiras e tubulações aquecidas. b) Fórmula estrutural geral de um sabão: 2+ Na presença de íons Ca(aq) , formam-se sais inso- lúveis, Ca(RCOO) 2 , prejudicando acentuadamente a ação detergente do sabão.