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FUVEST Vestibular 2005 Prova - Segunda Fase - Química

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ATEN O ESTE CADERNO CONT M 10 (DEZ) QUEST ES. VERIFIQUE SE EST COMPLETO. DURA O DA PROVA: 3 (TR S) HORAS A corre o de uma quest o ser restrita somente ao que estiver apresentado no espa o correspondente, na folha de resposta, direita da quest o. indispens vel indicar a resolu o das quest es, n o sendo suficiente apenas escrever as respostas. H espa o para rascunho, tanto no in cio quanto no final deste caderno. Q.01 Pal ndromo Diz-se da frase ou palavra que, ou se leia da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda, tem o mesmo sentido. Aur lio. Novo Dicion rio da L ngua Portuguesa, 2a ed., 40a imp., Rio de Janeiro, Ed. Nova Fronteira, 1986, p.1251. Roma me tem amor e a nonanona s o exemplos de pal ndromo. A nonanona um composto de cadeia linear. Existem quatro nonanonas is meras. a) Escreva a f rmula estrutural de cada uma dessas nonanonas. b) Dentre as f rmulas do item a, assinale aquela que poderia ser considerada um pal ndromo. c) De acordo com a nomenclatura qu mica, podem-se dar dois nomes para o is mero do item b. Quais s o esses nomes? Q.02 Ao final de uma eletr lise de salmoura, retiraram-se da cuba eletrol tica, a 90 oC, 310 g de solu o aquosa saturada tanto de cloreto de s dio quanto de clorato de s dio. Essa amostra foi resfriada a 25 oC, ocorrendo a separa o de material s lido. a) Quais as massas de cloreto de s dio e de clorato de s dio presentes nos 310 g da amostra retirada a 90 oC? Explique. b) No s lido formado pelo resfriamento da amostra a 25 oC, qual o grau de pureza (% em massa) do composto presente em maior quantidade? c) A dissolu o, em gua, do clorato de s dio libera ou absorve calor? Explique. Solubilidade / (g sal / 100 g gua) Industrialmente, o clorato de s dio produzido pela eletr lise da salmoura* aquecida, em uma cuba eletrol tica, de tal maneira que o cloro formado no anodo se misture e reaja com o hidr xido de s dio formado no catodo. A solu o resultante cont m cloreto de s dio e clorato de s dio. 2NaC (aq) + 2H2O ( ) C 2 (g) + 2NaOH (aq) + H2 (g) 5 NaC (aq) + NaC O3 (aq) + 3H2O ( ) 3C 2 (g) + 6 NaOH (aq) NaC O3 20 NaC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura / oC * salmoura = solu o aquosa saturada de cloreto de s dio Q.03 Para aumentar a vida til de alimentos que se deterioram em contacto com o oxig nio do ar, foram criadas embalagens compostas de v rias camadas de materiais polim ricos, um dos quais pouco resistente umidade, mas n o permite a passagem de gases. Este material, um copol mero, tem a seguinte f rmula e produzido por meio de um processo de quatro etapas, esquematizado abaixo. a) Dentre os compostos, vinilbenzeno (estireno) acetato de vinila propeno propenoato de metila, grupo vinila H2C = CH qual pode ser o mon mero X ? D sua f rmula estrutural. b) Escreva a equa o qu mica que representa a transforma o que ocorre na etapa Y do processo. Q.04 Alcanos reagem com cloro, em condi es apropriadas, produzindo alcanos monoclorados, por substitui o de tomos de hidrog nio por tomos de cloro, como esquematizado: Considerando os rendimentos percentuais de cada produto e o n mero de tomos de hidrog nio de mesmo tipo (prim rio, secund rio ou terci rio), presentes nos alcanos acima, pode-se afirmar que, na rea o de clora o, efetuada a 25 oC, um tomo de hidrog nio terci rio cinco vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. um tomo de hidrog nio secund rio quatro vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. Observa o: Hidrog nios prim rio, secund rio e terci rio s o os que se ligam, respectivamente, a carbonos prim rio, secund rio e terci rio. A monoclora o do 3-metilpentano, a 25 oC, na presen a de luz, resulta em quatro produtos, um dos quais o 3-cloro-3-metilpentano, obtido com 17% de rendimento. a) Escreva a f rmula estrutural de cada um dos quatro produtos formados. b) Com base na porcentagem de 3-cloro-3-metilpentano formado, calcule a porcentagem de cada um dos outros tr s produtos. Q.05 Um cido monocarbox lico saturado foi preparado pela oxida o de 2,0 g de um lcool prim rio, com rendimento de 74%. Para identificar o cido formado, efetuou-se sua titula o com solu o aquosa de hidr xido de s dio de concentra o igual a 0,20 mol L-1. Gastaram-se 100 mL para consumir todo o cido. Elemento massa molar/ g mol-1 H 1 C 12 O 16 a) Determine a massa molar do lcool empregado. b) Escreva a f rmula molecular do cido carbox lico resultante da oxida o do lcool prim rio. c) Escreva as f rmulas estruturais dos cidos carbox licos, cuja f rmula molecular a obtida no item b. Q.06 A L-isoleucina um amino cido que, em milhares de anos, se transforma no seu is mero, a D-isoleucina. Assim, quando um animal morre e amino cidos deixam de ser incorporados, o quociente entre as quantidades, em mol, de D-isoleucina e de L-isoleucina, que igual a zero no momento da morte, aumenta gradativamente at atingir o valor da constante de equil brio. A determina o desses amino cidos, num f ssil, permite dat -lo. O gr fico traz a fra o molar de L-isoleucina, em uma mistura dos is meros D e L, em fun o do tempo. a) Leia no gr fico as fra es molares de L-isoleucina indicadas com uma cruz e construa uma tabela com esses valores e com os tempos correspondentes. b) Complete sua tabela com os valores da fra o molar de D-isoleucina formada nos tempos indicados. Explique. c) Calcule a constante do equil brio da isomeriza o L-isoleucina D-isoleucina d) Qual a idade de um osso f ssil em que o quociente entre as quantidades de D-isoleucina e L-isoleucina igual a 1? Q.07 Uma jovem senhora, n o querendo revelar sua idade, a n o ser s suas melhores amigas, convidou-as para festa de anivers rio, no s t o de sua casa, que mede 3,0 m x 2,0 m x 2,0 m. O bolo de anivers rio tinha velas em n mero igual idade da jovem senhora, cada uma com 1,55 g de parafina. As velas foram queimadas inteiramente, numa rea o de combust o completa. Ap s a queima, a porcentagem de g s carb nico, em volume, no s t o, medido nas condi es-ambiente, aumentou de 0,88 %. Considere que esse aumento resultou, exclusivamente, da combust o das velas. Dados: massa molar da parafina, C22H46 volume molar dos gases nas condi es-ambiente de press o e temperatura 310 g mol-1 24 L mol-1 a) Escreva a equa o de combust o completa da parafina. b) Calcule a quantidade de g s carb nico, em mols, no s t o, ap s a queima das velas. c) Qual a idade da jovem senhora? Mostre os c lculos. Q.08 cido n trico produzido pela oxida o de am nia com excesso de oxig nio, sobre um catalisador de platina, em uma seq ncia de rea es exot rmicas. Um esquema simplificado desse processo a) Escreva as equa es qu micas balanceadas das rea es que ocorrem no reator, na torre de oxida o e na torre de absor o. Note que, desta ltima, sai NO(g), nela gerado. A maior parte desse g s aproveitada na pr pria torre, onde h oxig nio em excesso. Duas rea es principais ocorrem nessa torre. b) A velocidade da rea o que ocorre na torre de oxida o, ao contr rio da velocidade da maioria das rea es qu micas, diminui com o aumento da temperatura. Baseando-se em tal informa o, explique o que deve ser o dispositivo A. Q.09 Recentemente, foi lan ado no mercado um tira-manchas, cujo componente ativo 2Na2CO3 3H2O2. Este, ao se dissolver em gua, libera per xido de hidrog nio, que atua sobre as manchas. a) Na dissolu o desse tira-manchas, em gua, forma-se uma solu o neutra, cida ou b sica? Justifique sua resposta por meio de equa es qu micas balanceadas. b) A solu o aquosa desse tira-manchas (incolor) descora rapidamente uma solu o aquosa de iodo (marrom). Com base nos potenciais-padr o de redu o indicados, escreva a equa o qu mica que representa essa transforma o. c) No experimento descrito no item b, o per xido de hidrog nio atua como oxidante ou como redutor? Justifique. Eredu o Semi-rea o de redu o H2O2 (aq) + 2H+ (aq) + 2e 2H2O ( ) I2 (s) + 2e 2I (aq) O2 (g) + 2H2O ( ) + 2eH2O2 (aq) + 2OH- (aq) / volt 1,77 0,54 -0,15 Q.10 Define-se balan o de oxig nio de um explosivo, expresso em percentagem, como a massa de oxig nio faltante (sinal negativo) ou em excesso (sinal positivo), desse explosivo, para transformar todo o carbono, se houver, em g s carb nico e todo o hidrog nio, se houver, em gua, dividida pela massa molar do explosivo e multiplicada por 100. O gr fico ao lado traz o calor liberado na decomposi o de diversos explosivos, em fun o de seu balan o de oxig nio. Um desses explosivos o tetranitrato de pentaeritritol (PETN, C5H8N4O12). A equa o qu mica da decomposi o desse explosivo pode ser obtida, seguindo-se as seguintes regras: - tomos de carbono s o convertidos em mon xido de carbono. - Se sobrar oxig nio, hidrog nio convertido em gua. - Se ainda sobrar oxig nio, mon xido de carbono convertido em di xido de carbono. - Todo o nitrog nio convertido em nitrog nio gasoso diat mico. a) Escreva a equa o qu mica balanceada para a decomposi o do PETN. b) Calcule, para o PETN, o balan o de oxig nio. c) Calcule o H de decomposi o do PETN, utilizando as entalpias de forma o das subst ncias envolvidas nessa transforma o. d) Que conclus o poss vel tirar, do gr fico apresentado, relacionando calor liberado na decomposi o de um explosivo e seu balan o de oxig nio? Subst ncia massa molar / g mol O -1 PETN 16 316 Subst ncia Entalpia de forma o -1 kJ mol PETN(s) -538 CO2 (g) CO (g) H2O (g) -394 -110 -242 1 Pal ndromo Diz-se da frase ou palavra que, ou se leia da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda, tem o mesmo sentido. Aur lio. Novo Dicion rio da L ngua Portuguesa, 2 ed., 40 imp., Rio de Janeiro, Ed. Nova Fronteira, 1986, p.1251. Roma me tem amor e a nonanona s o exemplos de pal ndromo. A nonanona um composto de cadeia linear. Existem quatro nonanonas is meras. a) Escreva a f rmula estrutural de cada uma dessas nonanonas. b) Dentre as f rmulas do item a, assinale aquela que poderia ser considerada um pal ndromo. c) De acordo com a nomenclatura qu mica, podem-se dar dois nomes para o is mero do item b. Quais s o esses nomes? Resolu o a) As f rmulas estruturais de cada is mero: O || H3C C (CH2 )6 CH3 O || H3C CH2 C (CH2 )5 CH3 O || H3C CH2 CH2 C (CH2 )4 CH3 O || H3C CH2 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH3 b) A cetona que corresponde a um pal ndromo : O || H3C (CH2 )3 C (CH2 )3 CH3 c) Nome oficial: (1993): nonan-5-ona (1979): 5-nonanona Nome usual: cetonadibut lica ou dibutilcetona O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 2 Industrialmente, o clorato de s dio produzido pela eletr lise da salmoura* aquecida, em uma cuba eletrol tica, de tal maneira que o cloro formado no anodo se misture e reaja com o hidr xido de s dio formado no catodo. A solu o resultante cont m cloreto de s dio e clorato de s dio. 2NaCl (aq) + 2H2O (l) Cl2(g) + 2NaOH (aq) + H2(g) 3Cl2 (g) + 6 NaOH (aq) 5NaCl(aq) + NaClO3 (aq) + 3H2O (l) Ao final de uma eletr lise de salmoura, retiraram-se da cuba eletrol tica, a 90 310g de solu o aquosa satuC, rada tanto de cloreto de s dio quanto de clorato de s dio. Essa amostra foi resfriada a 25 ocorrendo a C, separa o de material s lido. a) Quais as massas de cloreto de s dio e de clorato de s dio presentes nos 310 g da amostra retirada a 90 Explique. C? b) No s lido formado pelo resfriamento da amostra a 25 qual o grau de pureza (% em massa) do comC, posto presente em maior quantidade? c) A dissolu o, em gua, do clorato de s dio libera ou absorve calor? Explique. * salmoura = solu o aquosa saturada de cloreto de s dio Resolu o Pelo gr fico, observamos que a 90 uma solu o satuC rada de clorato de s dio (NaC lO3) cont m 170g do sal dissolvidos em 100g de gua, e a solu o saturada de cloreto de s dio (NaCl) cont m 40g do sal dissolvidos nos mesmos 100g de gua. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a M assa total da solu o saturada a 90 = 100g de C H2O + 170g de NaClO3 + 40g de NaCl = 310g a) Em 310g de solu o saturada a 90 contendo 100g C de H2O existem 170g de NaClO3 e 40g de NaCl. b) Pelo gr fico, a 25 dissolvem-se aproximadamenC te 102g de NaClO3 e 38g de NaCl em 100g de H2O. C lculo das massas de NaClO3 e NaCl que se cristalizam pelo resfriamento da solu o saturada de 90 para 25 C C. NaClO3 NaCl m = 170g 102g = 68g de NaClO3 m = 40g 38g = 2g de NaCl M assa total de s lidos cristalizados = 68g + 2g = 70g C lculo da porcentagem em massa de pureza de NaClO3 (subst ncia em maior quantidade na amostra que se cristalizou): 70g 100% 68g de NaClO3 x x = 97,1% de pureza em NaClO3 c) Pelo gr fico, observamos que com o aumento da temperatura aumenta a solubilidade do NaClO3 : NaClO3(s) Na+ (aq) + ClO3 (aq) Trata-se, portanto, de uma dissolu o endot rmica (absorve calor). Um aumento da temperatura implica o deslocamento do equil brio de solubilidade do NaClO3 para a direita. Quanto maior a quantidade de calor fornecida, maior a quantidade de ons dissolvidos na solu o. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 3 Para aumentar a vida til de alimentos que se deterioram em contacto com o oxig nio do ar, foram criadas embalagens compostas de v rias camadas de materiais polim ricos, um dos quais pouco resistente umidade, mas n o permite a passagem de gases. Este material, um copol mero, tem a seguinte f rmula ( )( ) CH2 CH2 CH2 CH | m OH n e produzido por meio de um processo de quatro etapas, esquematizado abaixo. a) Dentre os compostos, vinilbenzeno (estireno), acetato de vinila, propeno, propenoato de metila, qual pode ser o mon mero X ? D sua f rmula estrutural. grupo vinila H2C = CH | b) Escreva a equa o qu mica que representa a transforma o que ocorre na etapa Y do processo. Resolu o a) Rea o de polimeriza o O mH2C = CH2 + n H2C = C O C | etileno H acetato de vinila CH3 x H | C C C C H2 H2 m H2 |n O C CH3 ( )( ) || O H | b) C C C C + n NaOHaq H2 H2 m H2 | n O C CH3 ( )( ) || O H ( )( | O ) C C C C + n H3C C H2 H2 m H2 | n OH O Na+ copol mero O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 4 Alcanos reagem com cloro, em condi es apropriadas, produzindo alcanos monoclorados, por substitui o de tomos de hidrog nio por tomos de cloro, como esquematizado: luz Cl2 + CH3CH2CH3 25 C Cl CH2CH2CH3 + CH3CHCH3 | Cl 43% 57% CH3 | luz Cl2 + CH3 C H | 25 C CH3 CH3 CH3 | | Cl CH2 C H + CH3 C Cl | | CH3 CH3 64% 36% Considerando os rendimentos percentuais de cada produto e o n mero de tomos de hidrog nio de mesmo tipo (prim rio, secund rio ou terci rio), presentes nos alcanos acima, pode-se afirmar que, na rea o de clora o, efetuada a 25 C, um tomo de hidrog nio terci rio cinco vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. um tomo de hidrog nio secund rio quatro vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. Observa o: Hidrog nios prim rio, secund rio e terci rio s o os que se ligam, respectivamente, a carbonos prim rio, secund rio e terci rio. A monoclora o do 3-metilpentano, a 25 na presenC, a de luz, resulta em quatro produtos, um dos quais o 3-cloro-3-metilpentano, obtido com 17% de rendimento. a) Escreva a f rmula estrutural de cada um dos quatro produtos formados. b) Com base na porcentagem de 3-cloro-3-metilpentano formado, calcule a porcentagem de cada um dos outros tr s produtos. Resolu o a) As f rmulas estruturais dos quatro produtos s o: Cl | CH3 CH2 C CH2 CH3 | CH3 O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a Cl | CH3 CH CH CH2 CH3 | CH3 Cl | CH2 CH2 CH CH2 CH3 | CH3 CH3 CH2 CH CH2 CH3 | CH2 | Cl b) Um tomo de hidrog nio terci rio cinco vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. Reatividade do H terci rio = 17% 17% Reatividade do H prim rio = = 3,4% 5 produto : t emos 6H prim rios equivalentes: 6 . 3,4% 20% produto : t emos 3H prim rios equivalentes: 3 . 3,4% 10% Um tomo de hidrog nio secund rio quatro vezes mais reativo do que um tomo de hidrog nio prim rio. Reatividade do H prim rio = 3,4% Reatividade do H secund rio = 4 . 3,4% = 13,6% produto : t emos 4H secund rios: 4 . 13,6% 54% Resolu o alternativa: No 3-metilpentano, h 9 tomos de hidrog nio prim rio, 4 tomos de hidrog nio secund rio e 1 tomo de hidrog nio terci rio: H | H3C CH2 C CH2 CH3 | CH3 Admitindo a soma das porcentagens de reatividade dos tomos de hidrog nio igual a 100, temos: 9P + 4S + 1T = 100% Substituindo em fun o da reatividade dos tomos de H prim rio, vem: 9P + 4 . 4P + 1 . 5P = 100% 30P = 100% 10 P = % 3 O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 10 S = 4 . % 3 10 T = 5 . % 3 Porcentagens dos produtos formados: produto : 17% (dado da quest o) 40 produto : 4 . % = 53% 3 produto 10 : 6 . % = 20% 3 produto 10 : 3 . % = 10% 3 O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 5 Um cido monocarbox lico saturado foi preparado pela oxida o de 2,0 g de um lcool prim rio, com rendimento de 74% . Para identificar o cido formado, efetuou-se sua titula o com solu o aquosa de hidr xido de s dio de concentra o igual a 0,20 mol L 1. Gastaram-se 100 mL para consumir todo o cido. Elemento H massa molar/g mol 1 C O 1 12 16 a) Determine a massa molar do lcool empregado. b) Escreva a f rmula molecular do cido carbox lico resultante da oxida o do lcool prim rio. c) Escreva as f rmulas estruturais dos cidos carbox licos, cuja f rmula molecular a obtida no item b. Resolu o A equa o qu mica que representa a oxida o do lcool prim rio : O [O] R CH2 OH R C + H2O lcool prim rio OH cido carbox lico A equa o qu mica que representa a rea o de neutraliza o do cido carbox lico com o hidr xido de s dio : O O + NaOH R C R C + H2O O Na+ OH a) C lculo da quantidade em mol de NaOH utilizada na neutraliza o: 0,20 mol de NaOH 1000 mL x 100 mL 0,20 mol . 100 mL x = = 0,020 mol de NaOH 1000 mL C lculo da quantidade em mol de cido utilizada: 1 mol de NaOH 0,020 mol de NaOH y = 0,020 mol de cido 1 mol de cido y C lculo da quantidade em mol de lcool que reagiu com rendimento de 74% : 1 mol de lcool 1 mol de cido z 0,020 mol de cido z = 0,020 mol de lcool O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a C lculo da quantidade total de lcool: Rendimento 100% w 74% 0,020 mol w = 0,027 mol C lculo da massa molar do lcool: 1 mol u 0,027 mol 2g u = 74g A massa molar do lcool 74g/mol. b) Determina o da f rmula molecular do lcool: A f rmula m nima de um lcool prim rio ac clico saturado : CnH2n+1OH 12n + (2n + 1) . 1 + 16 + 1 = 74 n = 4 A f rmula do lcool C4H10OH; logo, a f rmula molecular do cido C4H8O2. c) Com a f rmula molecular C4H8O2 obt m-se as seguintes f rmulas estruturais: O CH3 CH2 CH2 C cido butan ico OH O CH3 CH C cido metilpropan ico | CH3 O BJETI V O OH FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 6 A L-isoleucina um amino cido que, em milhares de anos, se transforma no seu is mero, a D-isoleucina. Assim, quando um animal morre e amino cidos deixam de ser incorporados, o quociente entre as quantidades, em mol, de D-isoleucina e de L-isoleucina, que igual a zero no momento da morte, aumenta gradativamente at atingir o valor da constante de equil brio. A determina o desses amino cidos, num f ssil, permite dat -lo. O gr fico traz a fra o molar de L-isoleucina, em uma mistura dos is meros D e L, em fun o do tempo. a) Leia no gr fico as fra es molares de L-isoleucina indicadas com uma cruz e construa uma tabela com esses valores e com os tempos correspondentes. b) Complete sua tabela com os valores da fra o molar de D-isoleucina formada nos tempos indicados. Explique. c) Calcule a constante do equil brio da isomeriza o L-isoleucina D-isoleucina d) Qual a idade de um osso f ssil em que o quociente entre as quantidades de D-isoleucina e L-isoleucina igual a 1? Resolu o a) Tabela Tempo (t/ 10 3ano) Fra o molar de L-isoleucina 0 1 50 0,68 125 0,50 200 0,44 300 0,42 450 0,42 b) A fra o molar de uma subst ncia a rela o entre a quantidade de mat ria da subst ncia e a quantidade de mat ria total: n x = ntotal O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a nL-isoleucina Para a L-isoleucina, x = ntotal Para a D-isoleucina, x = 1 x Tempo Fra o molar de Fra o molar de 3ano) D-isoleucina (t/ 10 L-isoleucina 0 1 0 50 0,68 0,32 125 0,50 0,50 200 0,44 0,56 300 0,42 0,58 450 0,42 0,58 c) O equil brio atingido quando a fra o molar de cada esp cie ficar constante (a partir de 300 . 10 3anos). L-isoleucina D-isoleucina nD V xD . ntotal K = = nL xL . ntotal V xD-isoleucina 0,58 K = = = 1,38 xL-isoleucina 0,42 d) Quando o quociente entre as quantidades de mat ria de D-isoleucina e L-isoleucina igual a 1, as quantidades de mat ria de cada subst ncia s o iguais. Logo, a fra o molar dos is meros D e L ser o iguais a 0,5. n n x = = = 0,5 ntotal n+n Pelo gr fico, para fra o molar igual a 0,5, a idade do osso f ssil ser 125 . 10 3 anos. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 7 Uma jovem senhora, n o querendo revelar sua idade, a n o ser s suas melhores amigas, convidou-as para festa de anivers rio, no s t o de sua casa, que mede 3,0 m x 2,0 m x 2,0 m. O bolo de anivers rio tinha velas em n mero igual idade da jovem senhora, cada uma com 1,55 g de parafina. As velas foram queimadas inteiramente, numa rea o de combust o completa. Ap s a queima, a porcentagem de g s carb nico, em volume, no s t o, medido nas condi es-ambiente, aumentou de 0,88 % . Considere que esse aumento resultou, exclusivamente, da combust o das velas. Dados: massa molar da parafina, C22H46: 310 g mol 1 volume molar dos gases nas condi es-ambiente de press o e temperatura: 24 L mol 1 a) Escreva a equa o de combust o completa da parafina. b) Calcule a quantidade de g s carb nico, em mols, no s t o, ap s a queima das velas. c) Qual a idade da jovem senhora? M ostre os c lculos. Resolu o 67 a) C22H46 + O2 22CO2 + 23H2O 2 b) C lculo do volume do s t o: 3,0m x 2,0m x 2,0m = 12,0m 3 1m 3 1000 L 12,0m 3 x x = 12 000 L C lculo do volume de CO2 produzido admitindo que corresponda a 0,88% do volume do s t o: 12000 L 100% y 0,88% y = 105,6 L C lculo da quantidade de CO2 , em mols: 24 L 1 mol 105,6 L z z = 4,4 mol c) C lculo da massa de parafina queimada: produz 1 mol de C22H46 22 mol de CO2 310g 22 mol w 4,4 mol w = 62 g C lculo do n mero de velas, que corresponde idade da jovem senhora: 1 vela 1,55 g t 62g t = 40 velas O BJETI V O 40 anos FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 8 cido n trico produzido pela oxida o de am nia com excesso de oxig nio, sobre um catalisador de platina, em uma seq ncia de rea es exot rmicas. Um esquema simplificado desse processo a) Escreva as equa es qu micas balanceadas das rea es que ocorrem no reator, na torre de oxida o e na torre de absor o. Note que, desta ltima, sai NO(g), nela gerado. A maior parte desse g s aproveitada na pr pria torre, onde h oxig nio em excesso. Duas rea es principais ocorrem nessa torre. b) A velocidade da rea o que ocorre na torre de oxida o, ao contr rio da velocidade da maioria das rea es qu micas, diminui com o aumento da temperatura. Baseando-se em tal informa o, explique o que deve ser o dispositivo A. Resolu o a) Equa o da rea o que ocorre no reator: Oxida o da am nia: Pt 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Equa o da rea o que ocorre na torre de oxida o: 2NO + O2 2NO2 Equa o das rea es que ocorrem na torre de absor o: 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O ____________________________________________ Equa o global: 3NO2 + 1 H2O 2HNO3 + NO Como h O2 em excesso, temos: 2NO + O2 2NO2 b) O dispositivo A deve ser um trocador de calor que diminua a temperatura do reator para aumentar a velocidade da rea o. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 9 Recentemente, foi lan ado no mercado um tira-manchas, cujo componente ativo 2Na2CO3.3H2O2. Este, ao se dissolver em gua, libera per xido de hidrog nio, que atua sobre as manchas. a) Na dissolu o desse tira-manchas, em gua, formase uma solu o neutra, cida ou b sica? Justifique sua resposta por meio de equa es qu micas balanceadas. b) A solu o aquosa desse tira-manchas (incolor) descora rapidamente uma solu o aquosa de iodo (marrom). Com base nos potenciais-padr o de redu o indicados, escreva a equa o qu mica que representa essa transforma o. c) No experimento descrito no item b, o per xido de hidrog nio atua como oxidante ou como redutor? Justifique. Semi-rea o de redu o E redu o / volt H2O2 (aq) + 2H+ (aq) + 2e 2H2O (l) 1,77 I2 (s) + 2e 2I (aq) 0,54 O2(g) + 2H2O (l) + 2e H2O2 (aq) + 2OH (aq) 0,15 Resolu o a) A solu o ser b sica devido a hidr lise do carbonato. rea o de dissolu o gua 2Na2CO3 . 3H2O2 2Na2CO3(aq) + 3H2O2(aq) rea o de hidr lise 2 CO3 + H2O HCO3 + OH b) A solu o aquosa do tira-manchas apresenta H2O2 e OH entre outras esp cies qu micas, logo, temos as seguintes equa es: H2O2(aq) + 2(OH) (aq) O2(g) + 2H2O(l) + 2e + 0,15V I2(s) + 2e 2I (aq) + 0,54V H2O2(aq) + I2(s) + 2(OH) (aq) 2I (aq) + O2(g) + 2H2O(l) V = +0,69V c) H O O 22 2 1 oxida o 0 logo, H2O2 um redutor O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a 10 Define-se balan o de oxig nio de um explosivo, expresso em percentagem, como a massa de oxig nio faltante (sinal negativo) ou em excesso (sinal positivo), desse explosivo, para transformar todo o carbono, se houver, em g s carb nico e todo o hidrog nio, se houver, em gua, dividida pela m assa molar do explosivo e m ultiplicada por 100. O gr fico abaixo traz o calor liberado na decomposi o de diversos explosivos, em fun o de seu balan o de oxig nio. Um desses explosivos o tetranitrato de pentaeritritol (PETN, C5H8N4O12). A equa o qu mica da decomposi o desse explosivo pode ser obtida, seguindo-se as seguintes regras: tomos de carbono s o convertidos em mon xido de carbono. Se sobrar oxig nio, hidrog nio convertido em gua. Se ainda sobrar oxig nio, mon xido de carbono convertido em di xido de carbono. Todo o nitrog nio convertido em nitrog nio gasoso diat mico. a) Escreva a equa o qu mica balanceada para a decomposi o do PETN. b) Calcule, para o PETN, o balan o de oxig nio. c) Calcule o H de decomposi o do PETN, utilizando as entalpias de forma o das subst ncias envolvidas nessa transforma o. d) Que conclus o poss vel tirar, do gr fico apresentado, relacionando calor liberado na decomposi o de um explosivo e seu balan o de oxig nio? Subst ncia O PETN massa molar / g mol 1 16 316 Subst ncia PETN(s) CO2 (g) CO (g) H2O (g) Entalpia de forma o 538 394 110 242 kJ mol 1 Resolu o a) A equa o qu mica balanceada da decomposi o do PETN: O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a C5H8N4O12 5C + 8H + 4N + 12O 5C + 12O 5CO + 7O 8H + 7O 4H2O + 3O 3CO + 3O 3CO2 4N 2N2 C5H8N4O12 2CO + 3CO2 + 2N2 + 4H2O b) A equa o para representar o c lculo do balan o de oxig nio : C5H8N4O12 5CO2 + 4H2O + 2N2 Para formar apenas CO2 e H2O, s o necess rios 14 tomos de oxig nio no explosivo, mas o explosivo tem 12 tomos de O, portanto faltam 2 tomos de O. M assa faltante de O = 2 . 16g = 32g 32 balan o de oxig nio = . 100 = 10,12% 316 c) C lculo do H de decomposi o de PETN: C5H8N4O12 538kJ/mol 2CO + 2( 110kJ/mol) 4H2O + 4( 242kJ/mol) 3CO2 3( 394kJ/mol) + 2N2 O H = Hp HR H = ( 220 968 1182) ( 538) H = 1832 kJ/mol d) Conforme o gr fico, quanto maior a quantidade de oxig nio no explosivo, maior a quantidade de calor liberado (no intervalo de 80% a 0% ). A partir da , a quantidade de calor liberado diminui. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a Coment rio de Qu mica A prova de Qu mica da 2 Fase da Fuvest apresentou um n vel elevado de dificuldade e uma distribui o irregular dos assuntos. No entanto, foi uma prova bem elaborada, com quest es originais, de grande criatividade. Faltou rigor na quest o 7, na qual o correto seria afirmar que o aumento de volume do CO2 deveria ser 0,88% do volume do s t o. O BJETI V O FUVEST - (2 Fa se) J nei ro / 2 0 0 5 a

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