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FUVEST Vestibular 2004 Prova - Segunda Fase - Química

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FUVEST 2004 Segunda Fase Prova de Qu mica 05/01/2004 Q.01 Uma rea o qu mica importante, que deu a seus descobridores (O.Diels e K.Alder) o pr mio Nobel (1950), consiste na forma o de um composto c clico, a partir de um composto com duplas liga es alternadas entre tomos de carbono (dieno) e outro, com pelo menos uma dupla liga o, entre tomos de carbono, chamado de dien filo. Um exemplo dessa transforma o : Compostos com duplas liga es entre tomos de carbono podem reagir com HBr, sob condi es adequadas, como indicado: Considere os compostos I e II, presentes no leo de lavanda: a) O composto III reage com um dien filo, produzindo os compostos I e II. Mostre a f rmula estrutural desse dien filo e nela indique, com setas, os tomos de carbono que formaram liga es com os tomos de carbono do dieno, originando o anel. b) Mostre a f rmula estrutural do composto formado, se 1 mol do composto II reagir com 2 mols de HBr, de maneira an loga indicada para a adi o de HBr ao 2-metilpropeno, completando a equa o qu mica da p gina ao lado. c) Na f rmula estrutural do composto II, (p gina ao lado), assinale, com uma seta, o tomo de carbono que, no produto da rea o do item b, ser assim trico. Justifique. Q.02 Tensoativos s o subst ncias que promovem a emulsifica o de uma mistura de gua e leo, n o permitindo sua separa o em camadas distintas. Esta propriedade se deve ao fato de possuirem, em sua estrutura molecular, grupos com grande afinidade pela gua (hidrof licos) e tamb m grupos com afinidade pelo leo (lipof licos). Um tensoativo, produzido a partir de duas subst ncias naturais, sendo uma delas a sacarose (C12H22O11), utilizado na produ o de alimentos tais como sorvetes, maioneses e molhos para salada. Sua f rmula estrutural mostrada na p gina ao lado. a) Qual a f rmula molecular do composto que, ao reagir com a sacarose, produz o tensoativo citado? A que fun o org nica pertence? b) Na f rmula estrutural do tensoativo, circunde, com uma linha pontilhada, a parte hidrof lica e a parte lipof lica. Justifique sua escolha, em termos de for as de intera o do tensoativo com a gua e com o leo. Folha de Resposta da quest o Q.01 e Q.02 Q.01 a) b) + 2HBr c) _____________________________________________________________________________ Q.02 Q.03 A an lise elementar de um determinado cido carbox lico resultou na f rmula m nima C2H4O. Determinada amostra de 0,550 g desse cido foi dissolvida em gua, obtendo-se 100 mL de solu o aquosa. A esta, foram adicionadas algumas gotas de fenolftale na e, lentamente, uma solu o aquosa de hidr xido de s dio, de concentra o 0,100 mol/L. A cada adi o, a mistura era agitada e, quando j tinham sido adicionados 62,4 mL da solu o de hidr xido de s dio, a mistura, que era incolor, tornou-se r sea. Para o cido analisado, a) calcule a massa molar. b) determine a f rmula molecular. c) d as poss veis f rmulas estruturais. d) d as f rmulas estruturais de dois steres is meros do cido considerado. Dados: massa molar (g/mol) H....... 1,0 C..... 12,0 O .... 16,0 Q.04 Um experimentador tentou oxidar zinco (Zn) com per xido de hidrog nio (H2O2), em meio cido. Para isso, adicionou, ao zinco, solu o aquosa de per xido de hidrog nio, em excesso, e, inadvertidamente, utilizou cido iod drico [HI(aq)] para acidular o meio. Para sua surpresa, obteve v rios produtos. a) Escreva as equa es qu micas balanceadas que representam as rea es de oxirredu o ocorridas no experimento, incluindo a que representa a decomposi o do per xido de hidrog nio, pela a o catal tica do metal. b) Poder ocorrer rea o entre o per xido de hidrog nio e o cido iod drico? Justifique, utilizando semi-rea es e os correspondentes potenciais padr o de redu o. Dados: Potenciais padr o de redu o (V): per xido de hidrog nio, em meio cido, dando gua ........................ 1,78 oxig nio (O2), em meio cido, dando per xido de hidrog nio ........... 0,70 iodo (I2) dando ons iodeto ................................................................. 0,54 + ons H dando hidrog nio gasoso (H2)............................................... 0,00 2+ ons Zn dando zinco met lico........................................................- 0,76 Q.05 Gr fico 1 Gr fico 2 O produto i nico da gua, Kw, varia com a temperatura conforme indicado no gr fico 1. a) Na temperatura do corpo humano, 36 C, 1 - qual o valor de Kw? 2 - qual o valor do pH da gua pura e neutra? Para seu c lculo, utilize o gr fico 2. b) A rea o de autoioniza o da gua exot rmica ou endot rmica? Justifique sua resposta, analisando dados do gr fico 1. Assinale, por meio de linhas de chamada, todas as leituras feitas nos dois gr ficos. Q.06 Num laborat rio de ensino de Qu mica, foram realizados dois experimentos: I) II) Uma solu o aquosa bastante concentrada de nitrato de prata (AgNO3) foi adicionada, gradativamente, a 100 mL de uma solu o aquosa de cloreto de s dio de concentra o desconhecida. Fluoreto de l tio s lido (LiF) foi adicionado, gradativamente, a 100 mL de gua pura. Em ambos os experimentos, registrou-se a condutibilidade el trica em fun o da quantidade (em mols) de AgNO3 e LiF adicionados. No experimento I, a solu o de AgNO3 era suficientemente concentrada para que n o houvesse varia o significativa do volume da solu o original de cloreto de s dio. No experimento II, a quantidade total de LiF era t o pequena que varia es de volume do l quido puderam ser desprezadas. Utilize o gr fico para responder: a) Qual dos registros, X ou Y, deve corresponder ao experimento I e qual, ao experimento II? Explique seu racioc nio. b) Qual era a concentra o da solu o de cloreto de s dio original? Justifique. c) Qual a solubilidade do LiF, em mol por 100 mL de gua? Justifique. Dados: -10 O produto de solubilidade do cloreto de prata igual a 1,8 x 10 . A contribui o dos ons nitrato e cloreto, para a condutibilidade da solu o, praticamente a mesma. Q.07 O Ve culo Lan ador de Sat lites brasileiro emprega, em seus propulsores, uma mistura de perclorato de am nio s lido (NH4C O4) e alum nio em p , junto com um pol mero, para formar um combust vel s lido. a) Na decomposi o t rmica do perclorato de am nio, na aus ncia de alum nio, formam-se quatro produtos. Um deles a gua e os outros tr s s o subst ncias simples diat micas, duas das quais s o componentes naturais do ar atmosf rico. Escreva a equa o balanceada que representa essa decomposi o. b) Quando se d a igni o do combust vel s lido, todo o oxig nio liberado na decomposi o t rmica do perclorato de am nio reage com o alum nio, produzindo xido de alum nio (A 2O3). Escreva a equa o balanceada representativa das transforma es que ocorrem pela igni o do combust vel s lido. c) Para uma mesma quantidade de NH4C O4, haver uma diferen a de calor liberado se sua decomposi o for efetuada na presen a ou na aus ncia de alum nio. Quanto calor a mais ser liberado se 2 mols de NH4C O4 forem decompostos na presen a de alum nio? Mostre o c lculo. 3 Dado: Calor de forma o do xido de alum nio = -1,68 x 10 kJ/mol Q.08 Para demonstrar a combust o de subst ncias em oxig nio puro, este g s pode ser gerado a partir de gua sanit ria e gua oxigenada, que cont m, respectivamente, hipoclorito de s dio e per xido de hidrog nio. A rea o que ocorre pode ser representada por NaC O + H2O2 NaC + H2O + O2 (g) assim que, num frasco, coloca-se certo volume de gua oxigenada e acrescenta-se, aos poucos, certo volume de gua sanit ria. Observa-se forte efervesc ncia. Ao final da adi o, tampa-se o frasco com um peda o de papel o. Em seguida, palha de a o, presa a um fio de cobre, aquecida em uma chama at ficar em brasa. O frasco com oxig nio destampado e, rapidamente, a palha de a o rubra nele inserida. Ent o, observa-se luminosidade branca intensa, com part culas de ferro incandescentes espalhando-se pelo frasco. a) Calcule o volume de gua sanit ria quando se usa, no experimento, um frasco de volume adequado, sabendo-se que deve ser gerado, nas condi es ambiente, um volume de 500 mL de oxig nio, volume este suficiente para expulsar o ar e preencher o frasco. b) Explique por que, ao ar atmosf rico, o ferro fica apenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quando exposto a oxig nio puro. Dados: volume molar do oxig nio nas condi es ambiente .........25,0 L/mol massa molar do C ...........................................................35,5 g/mol densidade da gua sanit ria................................................1,0 g/mL composi o da gua sanit ria: 2,13 g de C , na forma de hipoclorito, em 100 g de solu o aquosa. Q.09 Quando acetalde do tratado com solu o aquosa de hidr xido de s dio, forma-se um aldol (composto que cont m os grupos OH e C=O) : Essa rea o, chamada de rea o ald lica, ocorre com alde dos e cetonas que possuem pelo menos um tomo de hidrog nio ligado ao tomo de carbono em rela o ao grupo carbonila. Considere os compostos: a) Se os compostos acima forem tratados, separadamente, com solu o aquosa de hidr xido de s dio, apenas um deles produzir um aldol. Escreva a f rmula estrutural completa (com todos os tomos de C, H e O) desse reagente. Justifique por que os demais compostos n o dar o a rea o ald lica nestas condi es. b) Escreva a equa o qu mica que representa a transforma o citada no item a, dando a f rmula estrutural do aldol formado. Q.10 Industrialmente, alum nio obtido a partir da bauxita. Esta primeiro purificada, obtendo-se o xido de alum nio, A 2O3, que , em seguida, misturado com um fundente e submetido a uma eletr lise gnea, obtendo-se, ent o, o alum nio. As principais impurezas da bauxita s o: Fe2O3, que um xido b sico e SiO2, que um xido cido. Quanto ao A 2O3, trata-se de um xido anf tero, isto , de um xido que reage tanto com cidos quanto com bases. a) Na primeira etapa de purifica o da bauxita, ela tratada com solu o aquosa concentrada de hidr xido de s dio. Neste tratamento, uma parte apreci vel do xido de alum nio solubiliza-se, formando NaA (OH)4. Escreva a equa o qu mica balanceada que representa tal transforma o. b) Se a bauxita fosse tratada com solu o aquosa concentrada de cido clor drico, quais xidos seriam solubilizados? Justifique por meio de equa es qu micas balanceadas. c) Na eletr lise do xido de alum nio fundido, usam-se v rias cubas eletrol ticas ligadas em s rie, atrav s das quais passa uma corrente el trica elevada. Se n cubas s o ligadas em s rie e a corrente I, qual deveria ser a corrente, caso fosse usada apenas uma cuba, para produzir a mesma quantidade de alum nio por dia? Justifique, com base nas leis da eletr lise. QU M I CA 1 Uma rea o qu mica importante, que deu a seus descobridores (O.Diels e K.Alder) o pr mio Nobel (1950), consiste na forma o de um composto c clico, a partir de um composto com duplas liga es alternadas entre tomos de carbono (dieno) e outro, com pelo menos uma dupla liga o, entre tomos de carbono, chamado de dien filo. Um exemplo dessa transforma o : Compostos com duplas liga es entre tomos de carbono podem reagir com HBr, sob condi es adequadas, como indicado: Considere os compostos I e II, presentes no leo de lavanda: a) O composto III reage com um dien filo, produzindo os compostos I e II. M ostre a f rmula estrutural desse dien filo e nela indique, com setas, os tomos de carbono que formaram liga es com os tomos de carbono do dieno, originando o anel. b) M ostre a f rmula estrutural do composto formado, se 1 mol do composto II reagir com 2 mols de HBr, de maneira an loga indicada para a adi o de HBr ao 2-metilpropeno, completando a equa o qu mica abaixo. c) Na f rmula estrutural do composto II, (a seguir), assinale, com uma seta, o tomo de carbono que, no produto da rea o do item b, ser assim trico. Justifique. O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 Resolu o a) Comparando com o modelo de rea o apresentado, temos: Portanto, para formar os is meros I e II, o dien filo dever ser o 3-buten-2-ona ( ou but-3-en-2-ona). b) O HBr adiciona-se s duplas liga es da cadeia lateral e do ciclo. c) Observando-se o produto da rea o do item b, notase que o tomo de carbono do ciclo ao qual o bromo foi adicionado assim trico, isto , apresenta quatro ligantes diferentes. 2 Tensoativos s o subst ncias que promovem a emulsifica o de uma mistura de gua e leo, n o permitindo sua separa o em camadas distintas. Esta propriedade se deve ao fato de possuirem, em sua estrutura molecular, grupos com grande afinidade pela gua (hidrof licos) e tamb m grupos com afinidade pelo leo (lipof licos). Um tensoativo, produzido a partir de duas subst ncias naturais, sendo uma delas a sacarose (C12H22O11), utilizado na produ o de alimentos tais como sorvetes, maioneses e molhos para salada. Sua f rmula estrutural mostrada abaixo. O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 a) Qual a f rmula molecular do composto que, ao reagir com a sacarose, produz o tensoativo citado? A que fun o org nica pertence? b) Na f rmula estrutural do tensoativo, circunde, com uma linha pontilhada, a parte hidrof lica e a parte lipof lica. Justifique sua escolha, em termos de for as de intera o do tensoativo com a gua e com o leo. Resolu o a) Promovendo a hidr lise do tensoativo ( ster), temos: + H2O C17H35 COOH + sacarose cido carbox lico F rmula molecular: C18H36O2 b) Parte hidrof lica, oriunda da sacarose, tem grande afinidade pela gua, pois s o grupos polares. Essa parte estabelece liga es de hidrog nio com a gua. Parte lipof lica, oriunda da cadeia carb nica longa do cido carbox lico, tem grande afinidade pelo leo, pois s o grupos apolares. Essa parte estabelece O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 for as de van der Waals (entre dipolos induzidos) com as mol culas do leo. 3 A an lise elementar de um determinado cido carbox lico resultou na f rmula m nima C2H4O. Determinada amostra de 0,550 g desse cido foi dissolvida em gua, obtendo-se 100 mL de solu o aquosa. A esta, foram adicionadas algumas gotas de fenolftale na e, lentamente, uma solu o aquosa de hidr xido de s dio, de concentra o 0,100 mol/L. A cada adi o, a mistura era agitada e, quando j tinham sido adicionados 62,4 mL da solu o de hidr xido de s dio, a mistura, que era incolor, tornou-se r sea. Para o cido analisado, a) calcule a massa molar. b) determine a f rmula molecular. c) d as poss veis f rmulas estruturais. d) d as f rmulas estruturais de dois steres is meros do cido considerado. Dados: massa molar (g/mol) H.......1,0 C.......12,0 O.......16,0 Resolu o Admitindo tratar-se de um cido monocarbox lico, a presen a do grupo ( COOH) implica um composto de f rmula molecular C4H8O2 ((C2H4O)2). a) M assa molar =(4 x 12,0 + 8 x 1,0 + 2 x 16,0)g/mol = = 88g/mol b) C4H8O2 c) H3C CH2 CH2 COOH H3C CH COOH | CH3 d) H3C CH2 COO CH3 , H3C COO CH2 CH3 H COO CH2 CH2 CH3 H COO CH CH3 | CH3 Obs.: Vamos confirmar a hip tese usando os dados da titula o: 1C3H7 COOH + 1NaOH C3H7 COO Na+ + H2O 1 mol 1 mol C lculo da quantidade de mat ria de NaOH gasta: 0,100 mol 1L x 0,0624L x = 0,00624 mol de NaOH Como a propor o de cido e base gastos de 1 mol para 1 mol, conclui-se que foi consumido 0,00624 mol do cido carbox lico. O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 Como a massa de 1 mol do cido 88g, temos: 1 mol 88g 0,00624 mol y y = 0,549g 0,550g Isso est de acordo com o dado fornecido. 4 Um experimentador tentou oxidar zinco (Zn) com per xido de hidrog nio (H2O2), em meio cido. Para isso, adicionou, ao zinco, solu o aquosa de per xido de hidrog nio, em excesso, e, inadvertidamente, utilizou cido iod drico [HI(aq)] para acidular o meio. Para sua surpresa, obteve v rios produtos. a) Escreva as equa es qu micas balanceadas que representam as rea es de oxirredu o ocorridas no experimento, incluindo a que representa a decomposi o do per xido de hidrog nio, pela a o catal tica do metal. b) Poder ocorrer rea o entre o per xido de hidrog nio e o cido iod drico? Justifique, utilizando semirea es e os correspondentes potenciais padr o de redu o. Dados: Potenciais padr o de redu o (V): per xido de hidrog nio, em meio cido, dando gua............................................................ 1,78 oxig nio (O2), em meio cido, dando per xido de hidrog nio............................................. 0,70 iodo (I2) dando ons iodeto ........................ 0,54 ons H+ dando hidrog nio gasoso (H2)........ 0,00 ons Zn2+ dando zinco met lico............... 0,76 Resolu o a) As rea es que ocorrem podem ser representadas pelas equa es qu micas a seguir: Zn I) H2O2 H2O + 1/2O2 decomposi o catal tica do H2O2 II) Rea o de deslocamento do Zn com HI: Zn 2e + Zn2+ 0,76V semiequa o de oxida o semiequa o 2e + 2H+ H2 0,00V de redu o Zn + 2H+ Zn2+ + H2 V = + 0,76V III) Rea o do Zn com H2O2: Zn 2e + Zn2+ + 0,76V semiequa o de oxida- o semiequa o 2e + H2O2 + 2H+ 2H2O + 1,78V de redu o Zn + H2O2 + 2H+ Zn2+ + 2H2O V = + 2,54V Pode ocorrer a rea o de HI com H2O2 (vide item b). b) O per xido de hidrog nio reage com o cido iod drico segundo as equa es qu micas: O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 2I I2 + 2e 0,54V 2e + H2O2 + 2H+ 2H2O + 1,78V semiequa o de oxida o semiequa o de redu o 2H+ + 2I + H2O2 I2 + 2H2O V = + 1,24V Como V positivo, a rea o ocorre. 5 O produto i nico da gua, Kw , varia com a temperatura conforme indicado no gr fico 1. a) Na temperatura do corpo humano, 36 C, 1 qual o valor de Kw ? 2 qual o valor do pH da gua pura e neutra? Para seu c lculo, utilize o gr fico 2. b) A rea o de autoioniza o da gua exot rmica ou endot rmica? Justifique sua resposta, analisando dados do gr fico 1. Assinale, por meio de linhas de chamada, todas as leituras feitas nos dois gr ficos. Resolu o a) 1 Pela leitura do gr fico 1, observamos que, a 36 C, o valor de K w aproximadamente 2,4 . 10 14 2 H2O H+ + OH O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 A 36 temos C, Kw = [H+ ] . [OH ] = 2,4 . 10 14 Como na gua pura e neutra [H + ] = [OH ], conclu mos que: [H+ ] 2 = 2,4 . 10 14 [H+ ] = (2,4 . 10 14)1/2 Como pH = log[H+ ] pH = log(2,4 . 10 14)1/2 pH = (log 2,41/2 . 10 7) pH = (log 2,41/2 + log 10 7) pH = (log 2,41/2 7) Pelo gr fico 2, temos que para x = 2,4, o valor de log 2,41/2 aproximadamente 0,2. Logo: pH = (0,2 7) = 6,8 b) A ioniza o da gua dada pela express o H2O H + + OH Kw = [H+ ] . [OH ] Pelo gr fico 1, aumentando a temperatura, o valor de Kw aumenta, aumentando a concentra o de ons H + e OH . O equil brio de ioniza o da gua deslocado para a direita com o aumento da temperatura, portanto, trata-se de um processo endot rmico. 6 Num laborat rio de ensino de Qu mica, foram realizados dois experimentos: I) Uma solu o aquosa bastante concentrada de nitrato de prata (AgNO3) foi adicionada, gradativamente, a 100 mL de uma solu o aquosa de cloreto de s dio de concentra o desconhecida. II) Fluoreto de l tio s lido (LiF) foi adicionado, gradativamente, a 100 mL de gua pura. Em ambos os experimentos, registrou-se a condutibilidade el trica em fun o da quantidade (em mols) de AgNO3 e LiF adicionados. No experimento I, a solu o de AgNO3 era suficientemente concentrada para que n o houvesse varia o significativa do volume da solu o original de cloreto de s dio. No experimento II, a quantidade total de LiF era t o pequena que varia es de volume do l quido puderam ser desprezadas. O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 Utilize o gr fico para responder: a) Qual dos registros, X ou Y, deve corresponder ao experimento I e qual, ao experimento II? Explique seu racioc nio. b) Qual era a concentra o da solu o de cloreto de s dio original? Justifique. c) Qual a solubilidade do LiF em mol por 100 mL de , gua? Justifique. Dados: O produto de solubilidade do cloreto de prata igual a 1,8 x 10 10. A contribui o dos ons nitrato e cloreto, para a condutibilidade da solu o, praticamente a mesma. Resolu o a) O experimento I corresponde ao registro X , que inicialmente apresenta elevada condutibilidade devido dissocia o i nica total do NaCl, de acordo com a equa o: NaCl(s) Na+ (aq) + Cl (aq) Ao adicionarmos AgNO3 , n o observamos altera o da condutibilidade do sistema, porque n o temos altera es nas concentra es de ons livres na solu o, devido seguinte rea o: Na+ (aq) + Cl (aq) + Ag+ (aq) + NO3 (aq) solu o inicial AgCl (s) + Na+ (aq) + NO3 (aq) ons livres O Kps do AgCl foi fornecido para indicar que esse sal muito pouco sol vel. Observamos apenas a troca dos ons Cl (aq) por NO3 (aq) que apresentam a mesma contribui o para a condutibilidade da solu o. A partir de um certo instante, notamos aumento da condutibilidade devido ao excesso da solu o de AgNO3, aumentando a concentra o dos ons livres. O experimento II corresponde ao registro Y, pois a gua pura praticamente n o apresenta condutibilidade. A condutibilidade aumentada pela adi o de LiF(s), que se dissocia de acordo com a equa o: LiF (s) Li+ (aq) + F (aq) O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 A condutibilidade fica constante, pois a solu o fica saturada, isto , a concentra o de ons livres fica constante. b) Observamos que a partir da adi o de 0,02mol de AgNO3 , aumenta a condutibilidade. Portanto a solu o apresentava 0,02mol de NaCl em 100mL de solu o. C lculo da concentra o em mol/L 100mL 0,02mol 1000mL x x = 0,2mol/L Portanto: 0,2 mol/L c) A partir da adi o de aproximadamente 0,005mol de LiF, a solu o fica saturada, portanto a solubilidade em 100mL de gua 0,005mol. 7 O Ve culo Lan ador de Sat lites brasileiro emprega, em seus propulsores, uma mistura de perclorato de am nio s lido (NH4ClO4) e alum nio em p , junto com um pol mero, para formar um combust vel s lido. a) Na decomposi o t rmica do perclorato de am nio, na aus ncia de alum nio, formam-se quatro produtos. Um deles a gua e os outros tr s s o subst ncias simples diat micas, duas das quais s o componentes naturais do ar atmosf rico. Escreva a equa o balanceada que representa essa decomposi o. b) Quando se d a igni o do combust vel s lido, todo o oxig nio liberado na decomposi o t rmica do perclorato de am nio reage com o alum nio, produzindo xido de alum nio (Al2O3). Escreva a equa o balanceada representativa das transforma es que ocorrem pela igni o do combust vel s lido. c) Para uma mesma quantidade de NH4ClO4, haver uma diferen a de calor liberado se sua decomposi o for efetuada na presen a ou na aus ncia de alum nio. Quant o calor a m ais ser liberado se 2 mols de NH4ClO4 forem decompostos na presen a de alum nio? M ostre o c lculo. Dado: Calor de forma o do xido de alum nio = 1,68 x 103 kJ/mol Resolu o a) A equa o qu mica da decomposi o t rmica do perclorato de am nio : 2NH4C lO4 4H2O + N2 + 2O2 + C l2 b) As equa es representativas s o: O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 2NH4C lO4 4H2O + N2 + 2O2 + Cl2 8 4 Al + 2O2 A l2 O3 3 3 + equa8 4 o 2NH ClO + Al 4H O + Al O +N +Cl 4 4 2 2 3 3 23 2 global ou 6NH4ClO4 + 8Al 12H2O + 4Al2O3 + 3N2 + 3Cl2 c) Da equa o global, temos: 4 2 mol de NH4ClO4 produzem mol de Al2O3 3 C lculo do calor liberado a mais: 1 mol de Al2O3 1,68 . 10 3 kJ 4 mol de Al2O3 x 3 x = 2,24 . 10 3 kJ 8 Para demonstrar a combust o de subst ncias em oxig nio puro, este g s pode ser gerado a partir de gua sanit ria e gua oxigenada, que cont m, respectivamente, hipoclorito de s dio e per xido de hidrog nio. A rea o que ocorre pode ser representada por NaClO + H2O2 NaCl + H2O + O2(g) assim que, num frasco, coloca-se certo volume de gua oxigenada e acrescenta-se, aos poucos, certo volume de gua sanit ria. Observa-se forte efervesc ncia. Ao final da adi o, tampa-se o frasco com um peda o de papel o. Em seguida, palha de a o, presa a um fio de cobre, aquecida em uma chama at ficar em brasa. O frasco com oxig nio destampado e, rapidamente, a palha de a o rubra nele inserida. Ent o, observa-se luminosidade branca intensa, com part culas de ferro incandescentes espalhando-se pelo frasco. a) Calcule o volume de gua sanit ria quando se usa, no experimento, um frasco de volume adequado, sabendo-se que deve ser gerado, nas condi es ambiente, um volume de 500 mL de oxig nio, volume este suficiente para expulsar o ar e preencher o frasco. b) Explique por que, ao ar atmosf rico, o ferro fica apenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quando exposto a oxig nio puro. Dados: volume molar do oxig nio nas condi es ambiente ...............................................25,0 L/mol massa molar do Cl ...........................35,5 g/mol densidade da gua sanit ria..............1,0 g/mL composi o da gua sanit ria: 2,13g de Cl, na forma de hipoclorito, em 100g de solu o aquosa. Resolu o O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 a) C lculo da massa de gua sanit ria para 1 mol de Cl. Cl gua sanit ria 2,13g 100g 35,5g x x = 1666,6g C lculo do volume da gua sanit ria para produzir 500mL de oxig nio. NaClO + H2O2 NaCl + H2O + O2 1666,6g 25,0L y 0,5L y = 33,3g Como a densidade 1,0 g/mL, teremos 33,3mL. b) No ar atmosf rico, temos, aproximadamente, 20% em mol de O2 e, portanto, menor concentra o de O2 do que no oxig nio puro. Quanto maior a concentra o de O2, mais r pida ser a queima do ferro. 9 Quando acetalde do tratado com solu o aquosa de hidr xido de s dio, forma-se um aldol (composto que cont m os grupos OH e C=O): Essa rea o, chamada de rea o ald lica, ocorre com alde dos e cetonas que possuem pelo menos um tomo de hidrog nio ligado ao tomo de carbono em rela o ao grupo carbonila. Considere os compostos: a) Se os compostos acima forem tratados, separadamente, com solu o aquosa de hidr xido de s dio, apenas um deles produzir um aldol. Escreva a f rmula estrutural completa (com todos os tomos de C, H e O) desse reagente. Justifique por que os demais compostos n o dar o a rea o ald lica nestas condi es. b) Escreva a equa o qu mica que representa a transforma o citada no item a, dando a f rmula estrutural do aldol formado. Resolu o a) O reagente que produzir um aldol o propanal. O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 H H O | | || H C C C H | | H H carbono Os demais compostos: CH3 O = O = C C C CH3 CH3 H feniltercbutilcetona benzalde do n o dar o a rea o ald lica, pois n o apresentam tomo de hidrog nio ligado a tomo de carbono . A rea o entre duas mol culas de propanal mostra, por um lado, a reatividade do tomo de hidrog nio em carbono (da 2 mol cula) e, por outro lado, uma adi o carbonila (da 1 mol cula). b) O H3C C C H2 NaOH (aq) H O | NaOH(aq) + H3C C C | H H OH CH3 | H O | H3C C C C C | H2 | H H H aldol 10 Industrialmente, alum nio obtido a partir da bauxita. Esta primeiro purificada, obtendo-se o xido de alum nio, Al2O3, que , em seguida, misturado com um fundente e submetido a uma eletr lise gnea, obtendose, ent o, o alum nio. As principais impurezas da bauxita s o: Fe2O3, que um xido b sico e SiO2, que um xido cido. Quanto ao Al2O3, trata-se de um xido anf tero, isto , de um xido que reage tanto com cidos quanto com bases. a) Na primeira etapa de purifica o da bauxita, ela tratada com solu o aquosa concentrada de hidr xido de s dio. Neste tratamento, uma parte apreci vel do xido de alum nio solubiliza-se, formando NaAl(OH)4. Escreva a equa o qu mica balanceada que representa tal transforma o. b) Se a bauxita fosse tratada com solu o aquosa concentrada de cido clor drico, quais xidos seriam solubilizados? Justifique por meio de equa es qu O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4 micas balanceadas. c) Na eletr lise do xido de alum nio fundido, usam-se v rias cubas eletrol ticas ligadas em s rie, atrav s das quais passa uma corrente el trica elevada. Se n cubas s o ligadas em s rie e a corrente I, qual deveria ser a corrente, caso fosse usada apenas uma cuba, para produzir a mesma quantidade de alum nio por dia? Justifique, com base nas leis da eletr lise. Resolu o a) Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O 2 NaAl(OH)4 b) Ser o solubilizados Fe2O3 e Al2O3 segundo as equa es qu micas: Al2O3 + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2O Fe2O3 + 6 HCl 2 FeCl3 + 3 H2O SiO2 + 6 HCl n o reage c) De acordo com as leis da eletr lise (Faraday), temos que a massa eletrolisada diretamente proporcional quantidade de carga el trica que atravessa a solu o. Q 1 cuba: Q = It I = t n cubas Qtotal = nQ nQ I = t I = n I O BJETI V O FU V ES T - ( 2 Fa se ) Ja n e i r o / 2 0 0 4

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