Olimpíada Brasileira de Química – 2014 Fase III G A B A R I T O S de correção PARTE I Modalidade A 1. e 2. c 3. b 4. d 5. d 6. a 7. e 8. a 9. b 10. d Modalidade B 1.
e 2.
c 3.
b 4.
d 5.
a 6.
a 7.
d ou e (qualquer uma delas) 8.
e 9.
b 10.
a PARTE I I Modalidade A QUESTÃO 11 A) METILAMINA MONOXIDO DE NITROGENIO DIOXIDO DE CARBONO AGUA 1,0 ponto 1,0 ponto 1,0 ponto 1,0 ponto (4,0 pontos) B) 2CH3NH2 + 11/2 O2 → 2NO + 2CO2 +5H2O OU 4CH3NH2 + 11 O2 → 4NO + 4CO2 +10H2O C) Massa metilamina = 62g Massa molar da metilamina = 31g/mol 2x 31g de metilamina ................... 5 x 18 g/ H2O 62g de metilamina ........................ m H2O m H2O = 90g de H2O (4,0 pontos) (4,0 pontos) (4,0 pontos) D) 1 mol de O2 ............................................. 6,02 x 1023 5,5 mol de O2 .......................................... x X= 3,311 x 1024 E) N1 = N2 m1.v1 = m2.v2 0,025L ........................0,14 0,035x0,1 = m x 0,025 5000L..............................x m = 0,14 x = 28000 mol/L (2ptos) (2 Ptos) (Total -­‐ 4,0 pontos) QUESTÃO 12 Mesma resolução para (Mod. B; Q. 11) A ) A temperatura de um gás é a medida do grau de agitação de suas moléculas. Logo a energia cinética média (Ec) de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, ou seja: Ec = kT Mas, Ec = [(massa).(velocidade)2]/2, isso para cada molécula. Então, o aumento da temperatura, também aumentará a velocidade das moléculas do gás, aumentando ainda as quantidades de colisões das moléculas do gás com as paredes do recipiente, o que causará aumento na pressão medida desse gás. (5,0 pontos) B) Segundo Dalton, a pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões parciais que cada gás exerceria se estivesse sozinho. A pressão exercida por um componente em particular de certa mistura é chamada de pressão parcial. Se: Pt = pressão total; P1 + P2 + ...+ Pn = pressões parciais dos gases (mistura). Pode-­‐se escrever a lei de Dalton, como: Pt = P1 + P2 + ...+ Pn (equação 1) Essa equação indica que cada gás na mistura comporta-­‐se de maneira independente. Logo, n1 n2 são as quantidades de matéria de cada um dos gases na mistura, e nt, a quantidade de matéria total do gás: nt = n1 + n2 + ... Se cada um dos gases obedece à equação do gás ideal, têm-­‐se: P1 = n1(RT/V); P2 = n2(RT/V) (equação 2) Todos os gases na mistura estão à mesma temperatura e o mesmo volume. Se ocorrer a substituição da equação 2 na equação 1, tem-­‐se: Pt = (n1 + n2 + ... ) (RT/V) Pt = nt(RT/V), ou seja a Pt a T e V constantes é determinada pela quantidade da matéria total. (5,0 pontos) C) A taxa de efusão é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molar. Supondo dois gases à mesma temperatura e pressão em recipientes idênticos com buracos feitos por alfinete. Se as taxas de efusão de duas substâncias são r1 e r2, e suas massas molares são M1 e M2, a lei Graham afirma: r1/r2 = √M1/M2 Essa equação indica que a substância mais leve efunde-­‐se mais rapidamente. Assim, durante certo tempo a quantidade crescente de matéria no recipiente será: nH2< nO2< nNO2 Logo, PNO2> PO2> PH2 (5,0 pontos) D) Pressão parcial quando o volume é igual a 10 L, T = 300 K, R= 0,082 atm L/ K mol PSO2 = 0,20 mol (RT/V), ou seja, PSO2 = 0,492 atm PN2 = 0,30 mol (RT/V), ou seja, PN2 = 0,738 atm PCO2 = 0,50 mol (RT/V), ou seja, PCO2 = 1,230atm Como o volume é inversamente proporcional apressão. Se o volume foi reduzido pela metade (de 10 L para 5 L) as pressões parciais tiveram seus valores dobrados. Assim, PSO2 = 0,984atm PN2 = 1,476atm PCO2 = 2,460 atm (5,0 pontos) Obs: Foram solicitadas as pressões parciais de três gases, então, se o candidato acertou todas as três pressões, foram creditados os 5,0 pontos, ou parcialmente, se: •
candidato acertou uma pressão (1,67 ponto); •
candidato acertou duas pressões (3,34 pontos). QUESTÃO 13 Conceitos iniciais sobre ácidos e bases foram propostos pelo químico sueco Svante Arrhenius, em 1887. Em seguida, e de forma independente, novos conceitos foram formulados pelo dinamarquês Johannes Brönsted e pelo inglês Thomas Lowry, coincidentemente no mesmo ano, em 1923. E, também em 1923, o americano Gilbert Lewis propôs conceitos e definições para as reações ácido-­‐base. Diante disso, responda: a) Qual a principal limitação do conceito de Arrhenius? 5,0 pontos A limitação das espécies denominadas por ele de ácido e base apresentarem tais características somente em soluções aquosas, limitando assim a existências de outras espécies químicas que também são ácidos e bases, mas que podem apresentar as características anteriormente descritas em outros solventes. b) Segundo Brönsted-­‐Lowry, a água pode apresentar tanto um caráter ácido, quanto básico. Justifique a afirmação com exemplos. 5,0 pontos A água é considerada um solvente anfiprótico, ou seja, que pode ionizar-­‐se gerando espécies químicas denominadas de Hidrônio (H3O+) e hidroxilo (OH-­‐), desta forma justifica-­‐se o caráter acido e básico para a espécie em questão. H2O ↔ H+ + OH-­‐ ou ainda [H+]+ [OH-­‐] = 10-­‐14, que torna-­‐se pH + pOH = 14. Ex: NH3(aq) + H2O(aq)→ NH4+(aq) + OH-­‐(aq) (água atua como acido na reação) CH3COOH(aq) + H2O(l)→ H+(aq) + CH3CHOO-­‐(aq) (água atua como base na reação) c) Sabendo-­‐se que o íon hidrogenossulfito é anfótero, escreva a equação química que descreva sua reação com água (hidrólise), na qual o íon atue como um ácido. 5,0 pontos HSO3-­‐(aq) + H2O(l)→ H+(aq) + SO3-­‐(aq) d) Sabendo-­‐se que o íon hidrogenossulfito é anfótero, escreva equação química que descreva sua reação com água, na qual o íon atue como uma base. 5,0 pontos HSO3-­‐(aq) + H2O(l) → H2SO3 (aq) + OH-­‐(aq) QUESTÃO 14 NULA 20 pontos QUESTÃO 15 A) ânodo
cátodo
Pt
(-)
Pt
(+)
KNO3(aq)
Mn2+/H+
H2O2/H+
deposição
de MnO2(s)
Pt|MnO2(s)|H+(aq), Mn2+(aq)||H+(aq), H2O2(aq)|Pt
b) 5 pontos NULA c) 5 pontos 𝐸 ! = 0,55 V ∆𝐺 = −106150 J = − 106,2kJ 5 pontos d) 0,059
H! !
E=E −
log
n
Mn!!
!
QUESTÃO 16 5 pontos a) Geometria angular (6,66 pontos) b) O raio do H2S é menor que o da água, apesar de possuírem a mesma geometria, a diferença de eletronegatividade do O e do H é maior que a diferença do S e do H então a carga parcial positiva dos átomos de H fica maior, fazendo com que a repulsão entre os átomos aumente então o ângulo de ligação é maior na molécula de água. (6,66 pontos) c) O ponto de ebulição do H2S é menor que o da água devido o tipo de ligação intermolecular, no H2S existem ligações dipolo, que são bem mais fracas em relação às ligações da água, que são pontes de hidrogênio que são um tipo mais forte, por isso é mais fácil romper as ligações do H2S, do que da água. (6,66 pontos) 20 pontos PARTE I I Modalidade B QUESTÃO 11 Ver QUESTÃO 12 Mod. A QUESTÃO 12 NULA 20 pontos QUESTÃO 13 a) ânodo
cátodo
Pt
(-)
Pt
(+)
KNO3(aq)
Mn2+/H+
H2O2/H+
deposição
de MnO2(s)
Pt|MnO2(s)|H+(aq), Mn2+(aq)||H+(aq), H2O2(aq)|Pt
b) 5 pontos NULA c) d) 5 pontos 𝐸 ! = 0,55 V ∆𝐺 = −106150 J = − 106,2kJ 5 pontos 0,059
H! !
E=E −
log
n
Mn!!
!
5 pontos QUESTÃO 14 Conceitos iniciais sobre ácidos e bases foram propostos pelo químico sueco Svante Arrhenius, em 1887. Em seguida, e de forma independente, novos conceitos foram formulados pelo dinamarquês Johannes Brönsted e pelo inglês Thomas Lowry, coincidentemente no mesmo ano, em 1923. E, também em 1923, o americano Gilbert Lewis propôs conceitos e definições para as reações ácido-­‐base. Diante disso, responda: e) Qual a principal limitação do conceito de Arrhenius? 5,0 pontos A limitação das espécies denominadas por ele de ácido e base apresentarem tais características somente em soluções aquosas, limitando assim a existências de outras espécies químicas que também são ácidos e bases, mas que podem apresentar as características anteriormente descritas em outros solventes. f) Segundo Brönsted-­‐Lowry, a água pode apresentar tanto um caráter ácido, quanto básico. Justifique a afirmação com exemplos. 5,0 pontos A água é considerada um solvente anfiprótico, ou seja, que pode ionizar-­‐se gerando espécies químicas denominadas de Hidrônio (H3O+) e hidroxilo (OH-­‐), desta forma justifica-­‐se o caráter acido e básico para a espécie em questão. H2O ↔ H+ + OH-­‐ ou ainda [H+]+ [OH-­‐] = 10-­‐14, que torna-­‐se pH + pOH = 14. Ex: NH3(aq) + H2O(aq)→ NH4+(aq) + OH-­‐(aq) (água atua como acido na reação) CH3COOH(aq) + H2O(l)→ H+(aq) + CH3CHOO-­‐(aq) (água atua como base na reação) g) Sabendo-­‐se que o íon hidrogenossulfito é anfótero, escreva a equação química que descreva sua reação com água (hidrólise), na qual o íon atue como um ácido. 5,0 pontos HSO3-­‐(aq) + H2O(l)→ H+(aq) + SO3-­‐(aq) h) Sabendo-­‐se que o íon hidrogenossulfito é anfótero, escreva equação química que descreva sua reação com água, na qual o íon atue como uma base. 5,0 pontos HSO3-­‐(aq) + H2O(l) → H2SO3 (aq) + OH-­‐(aq) QUESTÃO 15 a) 2,2,4-­‐trimetilpentano ou 2,2,4-­‐trimetil-­‐pentano (ambas formas foram aceitas). (5,0 pontos) b) Hex-­‐1-­‐eno Hex-­‐2-­‐eno Hex-­‐3-­‐eno 2-­‐metilpent-­‐1-­‐eno OBS 1: As formas de nomenclatura antiga como: 2-­‐hexeno e 3-­‐hexeno também foram aceitas. OBS 2: Apenas alguns dos isômeros constitucionais que satisfazem a questão foram mostrados. c) A equação da reação deve ser adequadamente escrita como: n Etileno Polietileno (5,0 pontos) d) A equação da reação deve ser adequadamente escrita como: QUESTÃO 16 a) Substância A: Ácido Etanoico (1,0) Substância B: 3-­‐metilbutan-­‐1-­‐ol (2,0) Substância C: Etanoato de isopentila (3-­‐metilbutila) (2,0) (TOTAL: 5,0) b) Reação de esterificação (ou esterificação de Fischer) (TOTAL: 2,0) O
O
H3C
Δ
OH
+ H3C
OH
H2SO4
H3C
O
CH3
+ H2O
(Resposta alternativa da reação) Δ
H SO
C4H8O2 + C2H6O 2 4 C6H12O2 + H2O (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) Éster formado: Butanoato de etila (1,0) (TOTAL: 6,0) c) (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) H3C
O
CH3
O
OH
+
H3C
Δ
OH
H2SO4
H3C
O
CH3
CH3
+ H2O
(Resposta alternativa da reação) Δ
H SO
C2H4O2 + C4H10O 2 4 C6H12O2 + H2O (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) (1,0) Reagentes: Ácido etanoico; 2-­‐metilpropan-­‐1-­‐ol (1,0) (1,0) (TOTAL: 7,0)