agua final
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Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo
Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo
FASE FINAL
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo
FASE FINAL
Composição das Comissões: 1 - Organizadora; 2 - Julgadoras das Redações; 3 - Realização dos Experimentos da Fase Final; 4 - Julgadora dos Exames.
Professores Doutores do IQ-USP: Ivano G. R. Gutz1,2,4 (coordenador estadual da OBQ), Omar A. El Seoud1,2,3 (presidente da ABQ-SP), Elisabeth de Oliveira1,2,4 e Maria Eunice M. Ribeiro1,2,4, Viktória Lakatos Osório3,4, Wanda de Oliveira2,3,4, Bayardo Baptista Torres2,4, Mauro Bertotti2,4, Pedro V. Oliveira2,4, Peter Tiedeman2,4, Encarnacion Vasquez Suárez Iha4, Fabio R. P. Rocha4, Lucio Angnes1, Mônica I. El Seoud4, Paulo Celso Isolani2, Silvia H. P. Serrano2, Silvia Maria L. Agostinho2; do DQ-Mackenzie: Márcia Gueckezian1,2,4 e Jairo Pedrotti1,2,4 e Ivanise Gaubeur2; do IQ-UNESP: Assis Vicente Benedetti2, João Olimpio Tognolli2 e Massao Ionashiro2; do IQSC-USP: Elisabete Frollini2 e Ernesto R. González2; do DQ- Univ. Anhembi-Morumbi: Patrícia Dantoni1,2,4; do IPEN-CNEM: Maria Inês C. Cantagallo1,2,4, Noemia M. Pereira de Moraes2; do IQ-UNICAMP: Lauro Kubota2 e Marco Aurélio Zezzi Arruda2; do DQ-UNESP, Guaratinguetá: Marcio Augelli2; do IAG-USP: Adalgiza Fornaro2,4; do DQ-USP, Ribeirão Preto: José Fernando de Andrade2; do DQ-UFSCAR: Orlando Fatibello2; do ITA-CTA: Koshun Iha2; da CETESB: José Eduardo Bevilaqua2; do IQ-UEMaringa: Gentil J. Vidotti2; da EFO-Alfenas-MG: Lúcia H. Ávila Terra2.
Promoção: Associação Brasileira de Química – Regional São Paulo
Apoio: Instituto de Química - USP, FUVEST, Editora Moderna
Patrocínio: Conselho Regional de Química – 4ª Região Abiclor, Oxiteno, Ipiranga Química, Univ. Anhembi Morumbi
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo
FASE FINAL
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo
FASE FINALEsta publicação contém um resumo ilustrado dos experimentos demonstrados aos cerca de 130 estudantes que compareceram à Fase Final da OQ SP-2002 e que, em seguida, tiveram 90 minutos para fazer o exame.
O material foi dividido em: Introdução, Parte I, Parte II e Parte III. Cada parte contém um experimento que pode ser realizado e interpretado separadamente. Os professores (e a monitora) que prepararam e demonstraram cada parte são indicados no início.
Uma seleção de respostas dadas pelos estudantes às perguntas encontra-se na AllChemy http://allchemy.iq.usp.br (arquivos em MS Word), juntamente com o regulamento e os resultados da OQ-SP ao longo dos anos.
Acredita-se que o material poderá ser útil aos professores em sala de aula ou para reproduzir/adaptar os experimentos em laboratório.
Aos alunos que consultarem este material buscando orientação sobre a Fase Final da OQ-SP, assinalamos que, mesmo que em 2002 tenha havido relação entre as questões do exame o tema da Olimpíada (Água – purificação química e uso racional), isso nem sempre ocorre, ou seja, o exame pode conter questões sobre qualquer parte do programa de química do ensino médio.
Etapas de Purificação de água em uma Estação de Tratamento de Água (ETA)
Etapas de Purificação de água em uma Estação de Tratamento de Água (ETA)
Introdução GeralIntrodução Geral
Purificação de Água – Parte IPurificação de Água – Parte ITratamento com sulfato de alumínioTratamento com sulfato de alumínio
Purificação de Água – Parte IPurificação de Água – Parte ITratamento com sulfato de alumínioTratamento com sulfato de alumínio
Viktória/Wanda/Alessandra
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira
auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP
Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo
Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz
Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio
Informações Informações
Viktória/Wanda/Alessandra
Dispersões coloidais espalham a luz (efeito Tyndall).
Hidróxido de alumínio é pouco solúvel e precipita sob a forma de sólido gelatinoso.
a) Coloque em um béquer de 1 L, cerca de 500mL de água de represa e reserve para comparação.
Viktória/Wanda/Alessandra
bancada retroprojetor
b) Em outro béquer de 1 L contendo cerca de 500mL de água de represa, adicione cerca de 1,0ml de solução saturada de sulfato de alumínio e agite.
Viktória/Wanda/Alessandra
Al2(SO4)2
solução saturada
retroprojetor
Etapa de adição dos reagentes
Etapa de adição dos reagentes
c) A seguir, acrescente aos poucos 30 a 50mL de solução saturada de hidróxido de cálcio e agite. Agite brandamente.
Ca(OH)2
solução saturada retroprojetor
retroprojetor
Etapa de adição dos reagentes
Etapa de adição dos reagentes
Viktória/Wanda/Alessandra
d) Deixe em repouso e observe.
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
Etapa de decantaçãoEtapa de decantação
15 min 5,0 min 3,5 min2,0 min
f) Filtre um pouco do líquido do béquer onde ocorreu o tratamento da água de represa e observe.
Viktória/Wanda/Alessandra
bancada
Etapa de FiltraçãoEtapa de Filtração
g) Compare os recipientes contendo a água de represa filtrada e a água de represa tratada e filtrada.
Viktória/Wanda/Alessandra
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio
1- Apresente suas observações sobre:
a) Aspecto visual da água de represab) Aspecto visual da água de represa apenas filtradac) Aspecto visual da água tratada
2- Que produto se forma quando são misturados sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio? Escreva a equação da reação.
3- Comparando os dois filtrados obtidos (sem e com tratamento), proponha uma explicação para os fatos observados.
Purificação de Água – Parte IIPurificação de Água – Parte IITratamento com resinas trocadoras de íonsTratamento com resinas trocadoras de íons
Purificação de Água – Parte IIPurificação de Água – Parte IITratamento com resinas trocadoras de íonsTratamento com resinas trocadoras de íons
Viktória/Wanda/Alessandra
Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo
Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira
auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP
Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons
Informações Informações
O papel indicador universal é constituído de uma mistura de corantes de permitem avaliar o pH no intervalo de 1 a 10, através da variação de cor
Viktória/Wanda/Alessandra
Informações Informações
A presença de íons numa solução pode ser verificada pela passagem de corrente elétrica num circuito em série com 2 eletrodos e as lâmpadas.
O líquido que atravessou uma coluna de resina é chamado de líquido eluído.
Viktória/Wanda/Alessandra
Resina trocadora de íonsResina trocadora de íons Resina trocadora de íonsResina trocadora de íons
Viktória/Wanda/Alessandra
São materiais sólidos
Porosos
Insolúveis
Forma de pérolas ou bastonetes
Tem a propriedade de
trocar íons
São constituídas por um esqueleto ou matriz orgânica ou inorgânica em que se encontram fixos grupos carregados (positivos ou negativos) e para manter a neutralidade devem conter íons móveis ou deslocáveis, de carga oposta
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
a) Observe as soluções de K2SO4, CuSO4 e K2Cr2O7
Viktória/Wanda/Alessandra
comparecomparecomparecompare
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
b) Observe o que ocorre quando se mistura igual volume de soluções de CuSO4 e K2Cr2O7.
Viktória/Wanda/Alessandra
Reação ou mistura?
Reação ou mistura?
+ =
Viktória/Wanda/Alessandra
c) Observe o que ocorre quando se coloca um tubo de ensaio contendo um pouco de solução de CuSO4 em
um béquer contendo solução de K2Cr2O7.
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
Reação ou mistura?
Reação ou mistura?
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
d) Passe a solução obtida no item b) pela coluna de resina A.
Viktória/Wanda/Alessandra
e) Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina A.
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
Viktória/Wanda/Alessandra
pH = - log[H+]pH = - log[H+]
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
f) Passe o líquido eluído da resina A pela coluna de resina B.
Viktória/Wanda/Alessandra
g) Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina B.
Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B
pH = - log[H+]pH = - log[H+]
Viktória/Wanda/Alessandra
Recuperação da Recuperação da ResinaResina AA
h) Passe uma solução
4,0 mol/L de H2SO4
pela coluna da resina
A e observe o líquido
eluído.
h) Passe uma solução
4,0 mol/L de H2SO4
pela coluna da resina
A e observe o líquido
eluído.
Viktória/Wanda/Alessandra
Recuperação da Recuperação da ResinaResina BB
i) Passe uma solução 4,0
mol/L de NaOH pela
coluna de resina B e
observe o líquido
eluído.
i) Passe uma solução 4,0
mol/L de NaOH pela
coluna de resina B e
observe o líquido
eluído.
Viktória/Wanda/Alessandra
Purificação de águaPurificação de água
a) Verifique com o papel indicador universal o pH da água a ser purificada.
Viktória/Wanda/AlessandraViktória/Wanda/Alessandra
pH = - log[H+]pH = - log[H+]
Purificação de águaPurificação de água
b) Verifique a condutividade da água a ser purificada.
Viktória/Wanda/Alessandra
Purificação de águaPurificação de água
c) Passe pela coluna de resina A, cerca de 20mL (medidos com auxílio de uma proveta) da água a se purificada.
Viktória/Wanda/Alessandra
d) Recolha o líquido eluído em um béquer de 150mL limpo
Purificação de águaPurificação de água
e) Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina A.
Viktória/Wanda/Alessandra
pH = - log[H+]pH = - log[H+]
Purificação de águaPurificação de água
Viktória/Wanda/Alessandra
f) Verifique a condutividade do líquido eluído da resina A.
Viktória/Wanda/Alessandra
Purificação de águaPurificação de água
g) Passe o líquido eluído da coluna de resina A pela coluna de resina B.
Viktória/Wanda/Alessandra
Purificação de águaPurificação de água
Viktória/Wanda/Alessandra
h) Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina B.
pH = - log[H+]pH = - log[H+]
Purificação de águaPurificação de água
Viktória/Wanda/Alessandra
i) Verifique a condutividade desse líquido eluído da resina B.
Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons
Interpretação da investigação das resinas A e BInterpretação da investigação das resinas A e B
Íon responsável pela cor azul
Íon responsável pela cor alaranjada
Íons presentes na solução verde
Íons presentes no líquido eluído da coluna de resina A
Provável composição do líquido eluído da coluna de resina B
Na etapa (h) ao passar H2SO4 (4,0mol/L) pela resina A obtém-se
Na etapa (i) ao passar NaOH (4,0mol/L) pela resina B obtém-se Viktória/Wanda/
Alessandra
Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons
Interpretação do Experimento de Purificação de ÁguaInterpretação do Experimento de Purificação de Água
1- Descreva suas observações sobre a água impura, o líquido eluído da resina A e o líquido eluído da resina B quanto a passagem da corrente elétrica.
Viktória/Wanda/Alessandra
2- Explique os valores de pH obtidos na água impura, no líquido eluído da resina A e no líquido eluído da resina B.
3- Que espécies podem ser removidas pelo tratamento com as resinas A e B?
4- Após a purificação de muita água, como ficam as resinas? Como elas podem ser recuperadas para purificar mais água?
Fase Final - Parte IIIFase Final - Parte IIIRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência
Fase Final - Parte IIIFase Final - Parte IIIRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência
Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo
Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelo Dr. Omar El Seoud, Prof. Titular do IQ-USP
Relação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência
InformaçõesInformações
O sabão em barra empregado é um sal de ácidos graxos. A fórmula (média) de sabão de coco é C11H23CO2Na.
Detergentes de lavar louça e roupa são principalmente a base de derivados de petróleo, e se comportam, em alguns aspectos, de maneira diferente do que sabão em barra.
InformaçõesInformações
A água do mar tem sais inorgânicos, principalmente de sódio, cálcio, e magnésio. Água “dura” tem os mesmos sais, embora em menor quantidade.
CH2CO2NaCH2N
CH2CO2Na
CH2CO2NaCH2N
CH2CO2Na
A fórmula de EDTA é:
O sabão funciona adequadamente em qualquer tipo de água?
Experiência 1: Desempenho de sabão de coco em água de torneira e água do mar.
+ =
Experiência 3: Reação entre soluções de CaCl2 e de Na2CO3.
Adição de solução (0,02mol/L) de Na2CO3 na solução de CaCl2
Solução (0,02mol/L) de CaCl2
Produto da reação
Produto da reação
Experiência 4: Efeito de adição de EDTA (etilenodiamina-tetraacetato de sódio) sobre a mistura
obtida na experiência 3.
Adição de EDTA no produto da reação entre CaCl2 e
Na2CO3
Produto da reação entre CaCl2 e Na2CO3 Produto da reação entre CaCl2 e Na2CO3
Soluçãoresultante
Soluçãoresultante
Experiência 5: Efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão
em água do mar.
+ =Adição de sabão na água do mar
Adição de EDTA na mistura de sabão e água do mar
Relação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência
1- Escrever equação balanceada da reação entre as soluções de CaCl2 e Na2CO3.
2- Explicar o efeito de EDTA sobre o produto da reação entre soluções de CaCl2 e Na2CO3.
3- Por que o desempenho de sabão é diferente em solução de NaCl que em água do mar?
4- Explicar o efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão em água do mar.
5- Em diversos países da Europa a água para uso
doméstico é classificada como “dura”, devido a seu
conteúdo relativamente alto de sais. Nestes países,
as formulações dos detergentes em pó contém
zeólitas. Estes são trocadores de íons, à base de
aluminosilicatos de sódio (xNa2O.Al2O3.ySiO2.zH2O,
onde x, y e z são números).
Baseado em todas as experiências mostradas hoje,
qual é o papel das zeólitas nestas formulações?
Relação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência