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UFBA Vestibular de 2010 - PROVAS 2ª FASE - Química

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UFBA 2010 2a Fase Qu mica 8 Qu mica QUEST ES de 01 a 06 LEIA CUIDADOSAMENTE O ENUNCIADO DE CADA QUEST O, FORMULE SUAS RESPOSTAS COM OBJETIVIDADE E CORRE O DE LINGUAGEM E, EM SEGUIDA, TRANSCREVA COMPLETAMENTE CADA UMA NA FOLHA DE RESPOSTAS. INSTRU ES: Responda s quest es, com caneta de tinta AZUL ou PRETA, de forma clara e leg vel. Caso utilize letra de imprensa, destaque as iniciais mai sculas. O rascunho deve ser feito no espa o reservado junto das quest es. Na Folha de Respostas, identifique o n mero das quest es e utilize APENAS o espa o destinado a cada uma, indicando, DE MODO COMPLETO, AS ETAPAS E OS C LCULOS envolvidos na resolu o da quest o. Ser atribu da pontua o ZERO quest o cuja resposta n o se atenha situa o apresentada ou ao tema proposto; esteja escrita a l pis, ainda que parcialmente; apresente texto incompreens vel ou letra ileg vel. Ser ANULADA a prova que N O SEJA RESPONDIDA NA RESPECTIVA FOLHA DE RESPOSTAS; ESTEJA ASSINADA FORA DO LOCAL APROPRIADO; POSSIBILITE A IDENTIFICA O DO CANDIDATO. Quest o 01 (Valor: 10 pontos) S lido cristalino P.F. ( C) a 1,0 atm P.E. ( C) a 1,0 atm SiC 2 800 MgO 2 825 3 600 I2 113,7 Bi 271 Be2C >2 100 * * decomp e Condu o t rmica ou el trica mau condutor de eletricidade Dureza (Mohs) Forma da part cula unit ria For a entre part culas 9,5 tomos unidos por liga es covalentes liga es covalentes mau condutor 6,5 c tions e nions atra o eletrost tica 184,4 mau condutor menor que 2,5 mol culas dipolo instant neodipolo induzido 1 564 bom condutor 2,25 c tions e tomos envolvidos por el trons liga es met licas mau condutor 2,69 c tions e nions atra o eletrost tica A tabela mostra propriedades f sicas de alguns s lidos cristalinos e a natureza das part culas que os constituem. As propriedades f sicas dos s lidos est o relacionadas com suas estruturas e liga es qu micas. S lidos cristalinos, classificados como met licos, i nicos, moleculares e covalentes, apresentam tomos, ons ou mol culas ordenados em arranjos tridimensionais totalmente regulares, denominados de ret culos cristalinos. Esses s lidos geralmente t m superf cies planas ou faces que formam ngulos definidos entre si, como consequ ncia de distribui es uniformes dessas part culas. As propriedades f sicas, a exemplo do ponto de fus o e da dureza, dependem tanto dos arranjos de part culas quanto das for as de intera o. UFBA 2010 2a Fase Qu mica 9 Considerando as informa es contidas no texto e na tabela, classifique os s lidos cristalinos apresentados nessa tabela de acordo com suas propriedades f sicas e com seus ret culos cristalinos; justifique, com base na intensidade das intera es interpart culas, a diferen a entre as temperaturas de fus o dos s lidos cristalinos MgO e I2. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 10 Quest o 02 (Valor: 15 pontos) Uma fita adesiva colocada sobre a escrita a l pis e, em seguida, removida cuidadosamente. Aderido a ela est um material muito valioso que cont m grafeno e que poder revolucionar toda a eletr nica. O grafeno o mais novo membro de uma fam lia que inclui o grafite, os nanotubos de carbono, os fulerenos e o diamante. O sil cio transformou o mundo digital, mas os pesquisadores continuam ansiosos para descobrir novos materiais que tornar o os circuitos integrados ainda menores, bem mais r pidos e muito mais econ micos. Na ilustra o, est o grafeno isolado h quatro anos constitu do por l minas planas formadas por an is arom ticos condensados com apenas um tomo de carbono de espessura,154pm, e comprimento de liga o carbono-carbono de 141pm. A estrutura laminar do grafeno, no sentido longitudinal da l mina, uma boa condutora da corrente el trica, o que o torna promissor para monitores flex veis e para dispositivos eletr nicos mais r pidos. Quando as l minas de grafeno se unem, por meio de intera es intermoleculares e apresentam dist ncia entre elas de 340pm, formam o grafite que, al m de ser utilizado na escrita, tamb m empregado como lubrificante de equipamentos. As liga es da estrutura do grafite n o est o representadas na ilustra o. Com base nas informa es do texto e na ilustra o, justifique as diferen as entre os valores de massa espec fica e entre os valores de dureza do diamante e do grafite e fundamente a utiliza o do grafite como lubrificante; apresente um argumento que justifique a condutividade el trica no grafeno. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 11 Quest o 03 (Valor: 20 pontos) As combust es de carv o mineral e de petr leo s o respons veis por cerca de 80% do total de SO2(g) lan ado na atmosfera, nos Estados Unidos. S o liberadas mais de 30 milh es de toneladas de SO2(g) a cada ano, s nesse pa s. O carv o mineral utilizado nas usinas termoel tricas, para a gera o de energia, pode conter cerca de 5% de enxofre, em massa, uma quantidade significativa quando comparada ao consumo mundial desse combust vel. O di xido de enxofre um dos gases mais poluentes e prejudiciais sa de e, por essa raz o, v rios processos t m sido desenvolvidos para a remo o de SO2(g) de gases residuais emitidos para a atmosfera, quando carv o e combust veis derivados de petr leo s o queimados. Um desses processos, ilustrado na figura, utiliza xido de c lcio, CaO(s) proveniente da decomposi o de carbonato de c lcio, CaCO3(s), injetado no forno de usinas termoel tricas que, ao reagir com SO2(g), produz sulfito de c lcio, CaSO3(s). Assim, o di xido de enxofre removido parcialmente dos gases residuais provenientes da queima desses combust veis. O sulfito de c lcio pode ser aproveitado na dissolu o de lignina pela ind stria da celulose e de papel, ap s ter sido transformado em hidrogenossulfito de c lcio, Ca(HSO3)2(aq). Considerando essas informa es e a ilustra o do processo de remo o de SO2(g) de gases da combust o de carv o mineral, que cont m 5% de enxofre em massa, e admitindo-se que todo SO2(g) reagiu com xido de c lcio, determine quantas toneladas de carv o mineral, ao serem queimadas, produzem 56,25 milh es de toneladas de sulfito de c lcio anidro e puro; escreva a equa o qu mica que representa o equil brio qu mico na dissocia o i nica do hidrogenossulfito de c lcio. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 12 Quest o 04 (Valor: 20 pontos) O Brasil participa do ranking de 180 pa ses como signat rio do Tratado de Montreal, para elimina o de brometo de metil, tendo se comprometido a substituir, at 2015, as aplica es de 225 toneladas desse inseticida usado no cultivo de flores e de morango, dentre outras culturas, por tecnologias que n o envolvam riscos sa de e ao ambiente. O brometo de metil, CH3Br, P.E. 4,5 C, usado na desinfesta o do solo e no controle de pragas, possui liga o carbono-bromo, que, ap s clivagem pela a o de ondas curtas, produz tomo de bromo capaz de reagir com o oz nio, O3, na estratosfera. A contribui o significativa de mol culas de CH3Br, nesse processo, depende, em parte, da concentra o dessa subst ncia pr xima superf cie da Terra e de sua meia vida na atmosfera, ou seja, do tempo em que mol culas de CH3Br permanecem sem reagir. O brometo de metil removido da atmosfera pr xima superf cie por um dos mecanismos que inclui a rea o lenta com a gua do oceano, que representada pela equa o qu mica CH3Br(g) + H2O(l) CH3OH(aq) + HBr(aq). Para determinar a import ncia potencial do brometo de metil na destrui o de oz nio, preciso estabelecer com que rapidez essa rea o e os demais mecanismos removem CH3Br da atmosfera, antes que se difunda na estratosfera. A partir da an lise de amostras de ar contendo essa subst ncia, foi estimado o tempo de meia vida de 1,0 ano na atmosfera mais baixa. Considerando essas informa es e a equa o qu mica e admitindo que a rea o de primeira ordem em rela o ao brometo de metil, excluindo os demais mecanismos de remo o de CH3Br da atmosfera e os fatores que possam influir sobre esse processo, determine em quanto tempo 75% de um conjunto de mol culas de CH3Br, cujo tempo de meia vida 1,0 ano na atmosfera, reage com a gua e a velocidade aproximada de difus o de CH3Br em rela o ao ar; apresente um argumento que justifique por que a diminui o da concentra o de O3, na estratosfera, aumenta quando o tempo de meia vida de brometo de metil, na atmosfera pr xima superf cie, for o dobro do determinado experimentalmente. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 13 Quest o 05 (Valor: 20 pontos) Os processos de eletr lise s o amplamente utilizados, tanto em laborat rios quanto em ind strias metal rgicas. As aplica es industriais dos processos eletroqu micos, embora representem alto consumo de energia, s o de grande import ncia na produ o de metais, a exemplo do alum nio, do s dio e do magn sio, que n o podem ser obtidos por rea es qu micas que utilizam agentes redutores menos en rgicos do que o c todo de c lulas eletrol ticas. O Al2O3 bruto, extra do da bauxita ap s sucessivas etapas de purifica o, submetido eletr lise gnea na obten o de alum nio que, embora seja um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre, s come ou a ser produzido, comercialmente, h pouco mais de um s culo. Atualmente, usado na produ o de embalagens, esquadrias, fuselagem de avi es. Esse metal resulta do processo eletrol tico de Al 2O3, fundido a 1 000 C, aproximadamente, com o aux lio de criolita, Na3AlF6, processo desenvolvido por H roult e Hall e pode ser representado pela equa o qu mica global 2Al2O3(l) 4Al(l) + 3O2(g) Com base na an lise das informa es do texto, na ilustra o e nos dados da tabela e considerando a equa o qu mica global que representa o processo de produ o de alum nio, represente as rea es que ocorrem no nodo e no c todo da c lula eletrol tica, por meio de semiequa es, e justifique a produ o do CO2(g) em um dos polos da c lula eletrol tica; mencione a propriedade que torna poss vel a transforma o do alum nio em chapas, l minas e filmes para embalagens e duas vantagens da reciclagem desse metal, fundamentando suas respostas. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 14 Quest o 06 (Valor: 15 pontos) medida que a popula o humana se aproxima dos 7 bilh es de habitantes, crescem os impactos ambientais motivados pela busca por novos materiais, alimentos e energia capazes de suprir os processos de produ o necess rios ao desenvolvimento da sociedade moderna. Para que esses processos estejam em equil brio com o ambiente, preciso que essas necessidades sejam satisfeitas a partir de fontes de energia e de recursos sustent veis. A Qu mica Verde tem como objetivo promover o desenvolvimento e a aplica o de produtos e de processos compat veis com a sa de e com a preserva o ambiental. Assim, os processos de produ o de materiais e de subst ncias devem gerar o m nimo poss vel de rejeitos, com pouca ou nenhuma toxidade ou de impacto ambiental. De acordo com a Qu mica Verde , o carbonato de metil, CO(CH 3 O) 2 ( l ), P.E. 90 C, pode substituir o fosg nio, COCl2(g) subst ncia t xica usada como g s asfixiante na I Guerra Mundial , no processo de produ o de policarbonato Lexan , empregado na fabrica o de CDs, garraf es de gua, janelas de avi es, de vidro prova de balas , representado, resumidamente, pela equa o qu mica de polimeriza o Considerando-se essas informa es e a partir da equa o qu mica que representa a rea o de polimeriza o que utiliza fosg nio e bisfenol A na produ o de policarbonato Lexan , escreva a f rmula molecular e o nome do produto secund rio obtido a partir da substitui o do fosg nio pelo carbonato de metil nessa equa o qu mica; escreva, com base na teoria de repuls o dos pares eletr nicos da camada de val ncia, a f rmula estrutural do carbonato de metil, substituindo o grupo CH3, nessa estrutura, por R, e determine o n mero de pares eletr nicos n o ligantes do tomo central. RASCUNHO UFBA 2010 2a Fase Qu mica 15 Fontes das ilustra es BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; J NIOR BUSTEN, B. E. Qu mica: a ci ncia central. Tradu o Robson Matos. S o Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. p. 661. Tradu o de: Chemistry The Central Science. (Quest o 03). FELTRE, R. Qu mica. 6. ed. S o Paulo: Moderna, 2004. v. 2, p. 351. (Quest o 05). PERUZZO, F. M. (Tito); CANTO, E. L. do. Qu mica na abordagem do cotidiano. 4. ed. S o Paulo: Moderna, 2006. v. 3, p. 187. (Quest o 02). ______. ______. v. 2, p. 307. (Quest o 05). *** UFBA 2010 2a Fase Qu mica 16 Vestibular 2010 2a fase Gabarito Qu mica Quest o 01 (Valor: 10 pontos) Considerando as propriedades apresentadas na tabela e as informa es contidas no texto, os s lidos cristalinos SiC, MgO, I2, Bi e Be2C s o classificados, respectivamente, em covalente, i nico, molecular, met lico e i nico. Como as for as de atra o eletrost tica entre os ons Mg2+ e O2 , no ret culo cristalino de MgO, s o mais fortes do que as de natureza dipolo instant neo-dipolo induzido entre mol culas no ret culo cristalino de I2, uma determinada massa de MgO para fundir absorve maior quantidade de calor do que igual massa de I2, nas mesmas condi es, fazendo com que o ponto de fus o de MgO seja maior do que o de I2. Quest o 02 (Valor: 15 pontos) Com base na an lise das estruturas representadas nas ilustra es conclui-se que o ret culo cristalino do diamante mais compacto e apresenta maior grau de empacotamento que o do grafite. Em consequ ncia da diferen a entre esses empacotamentos, o diamante e o grafite apresentam valores divergentes de massas espec ficas. Como no diamante a rede de liga es covalentes simples forma um arranjo tridimensional tetra drico r gido e a energia dessa rede maior do que as fracas intera es dipolo instant neo-dipolo induzido que mant m a estrutura lamelar no grafite mais f cil riscar o grafite com papel, e fazer deslizar suas camadas uma sobre a outra. Essas altera es mec nicas no ret culo cristalino tornam o grafite menos duro que o diamante e adequado como lubrificante. Na estrutura laminar do grafeno os an is arom ticos condensados permitem a deslocaliza o de el trons o que favorece a condutividade da corrente el trica. Quest o 03 (Valor: 20 pontos) Como as raz es entre os coeficientes estequiom tricos dos reagentes e entre os dos produtos, das equa es qu micas apresentadas na figura, s o equimolares, pode-se estabelecer uma rela o direta entre os coeficientes estequiom tricos de enxofre e de sulfito de c lcio, e ent o calcular a massa de enxofre que reagiu na combust o de carv o mineral, de acordo com as equa es qu micas. S(s) + O2(g) SO2(g) SO2(g) + CaO(s) CaSO3(s) Sendo as massas molares de enxofre e de sulfito de c lcio, respectivamente, iguais a 32,0g.mol 120,0g.mol 1, a massa de enxofre que reagiu para formar CaSO3, 5,625.1013 g de CaSO3 .32g.mol 120,0g.mol 1CaSO3 1 1 e de S 1,5.1013 g de S Logo, a massa de carv o mineral, contendo 5% de enxofre, que foi queimada 1,5.1013 g de S .100g de carv o mineral = 3,0.1014g de carv o mineral ou 3,0.108 toneladas de 5,0g de S carv o mineral. A equa o qu mica que representa o equil brio na dissocia o i nica do hidrogenossulfito de c lcio Ca2+(aq) + 2HS O3 (aq) Ca(HSO3)2(aq) Quest o 04 (Valor: 20 pontos) Considerando-se que 1,0 ano o tempo que a metade, 50%, do conjunto de mol culas de CH3Br(g) leva para reagir, com mais 1,0 ano, a outra metade desse conjunto, 25%, ter reagido com gua. Assim, no per odo de 2,0 anos 75% das mol culas do conjunto ter o reagido e, portanto, removidas da atmosfera pr xima superf cie. As velocidades de difus o de CH3Br(g) e do ar s o inversamente proporcionais s ra zes quadradas de suas massas molares. Dessa forma, tem-se VCH3Br Var 28,9g.mol 95g.mol MMar MMCH3Br 0,6 ou VCH3 Br 0,6Var Quanto maior for o tempo de meia-vida de CH3Br(g), maior ser o tempo de perman ncia dessas mol culas na atmosfera sem reagir. Nessas condi es, maior n mero de mol culas se difundem para a estratosfera, aumentando a probabilidade de clivagem de liga es C Br e, consequentemente, o aumento da concentra o de tomos de bromo capazes de reagir com oz nio e diminuir a sua concentra o. Quest o 05 (Valor: 20 pontos) No c todo e no nodo da c lula eletrol tica ocorrem, respectivamente, as rea es de redu o e de oxida o, que podem ser representadas pelas semi-equa es de acordo com a equa o qu mica global 2Al2O3( ) 4 Al( ) + 3O2(g) 4Al3+( ) + 12e 6O2 ( ) 4Al( ) 3O2(g) + 12e O on xido O2 ( ) ap s ser oxidado a O2(g), no nodo da c lula eletrol tica, reage com o eletrodo de grafite, C(s), e produz CO2(g). A maleabilidade, propriedade mec nica que tem o alum nio de ser transformado em chapas, l minas e filmes, decorre da facilidade com que camadas adjacentes de tomos do ret culo cristalino do alum nio deslizam uma sobre as outras, dando origem a arranjos equivalentes de tomos desse metal. Dentre as vantagens da reciclagem do alum nio est o a economia de mais de 90% de energia consumida no processo de eletr lise e a de recursos naturais n o renov veis, como a bauxita. Quest o 06 (Valor: 15 pontos) O produto obtido na substitui o do fosg nio, COCl2, pelo carbonato de metil, CO(CH3O)2, na equa o qu mica de polimeriza o, o metanol, CH3OH. Com base na teoria da repuls o dos pares eletr nicos da camada de val ncia a f rmula do carbonato de metil pode ser representada pela estrutura que n o apresenta pares eletr nicos n o-ligantes no tomo central. O C RO OR Obs.: Outras abordagens poder o ser aceitas, desde que sejam pertinentes. Salvador, 14 de dezembro de 2009 Antonia Elisa Cal de Oliveira Lopes Diretora do SSOA/UFBA

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