caderno vestibular - quimica - prova 07

FOLHA DIRIGIDA ONLINE - Caderno do Vestibular nº 32 - Química

1

Quando se fala em Química, muitos alunos lem-bram logo da tabela periódica. Em verdade, um estu-do aprofundado e uma análise constante da tabelaproporciona uma boa preparação para qualquer provade Química. Treine a seguir com o exame aplicadopela Fuvest, que oferece vagas para a Universidadede São Paulo (USP):

Fuvest 20042004200420042004

Questão 1Uma reação química importante, que deu a seus des-

cobridores (O. Diels e K. Alder) o prêmio Nobel(1950), consiste na formação de um composto cíclico,a partir de um composto com duplas ligações alterna-das entre átomos de carbono (dieno) e outro, com pelomenos uma dupla ligação, entre átomos de carbono,chamado de dienófilo. Um exemplo dessa transforma-ção é:

Compostos com duplas ligações entre átomos de car-bono podem reagir com HBr, sob condições adequadas,como indicado:

Considere os compostos I e II, presentes no óleo delavanda:

a) O composto III reage com um dienófilo, produzindoos compostos I e II. Mostre a fórmula estrutural dessedienófilo e nela indique, com setas, os átomos de carbonoque formaram ligações com os átomos de carbono do dieno,originando o anel.

b) Mostre a fórmula estrutural do composto formado,se 1mol do composto II reagir com 2mols de HBr, de ma-neira análoga à indicada para a adição de HBr ao 2-metil-propeno, completando a equação química a seguir.

c) Na fórmula estrutural do composto II, (página aolado), assinale, com uma seta, o átomo de carbono que, noproduto da reação do item b, será assimétrico. Justifique.

Resolução:a) A fórmula estrutural do dienófilo pode ser represen-

tada por:

As setas indicam os átomos de carbono que formarãoligações com os átomos de carbono do dieno, originandoo anel.

carbono que será assimétrico após a reação

Esse carbono será assimétrico pois, após a reação, apre-sentará quatro grupos ligantes diferentes:


2

Questão 2Tensoativos são substâncias que promovem a

emulsificação de uma mistura de água e óleo, não per-mitindo sua separação em camadas distintas. Esta pro-priedade se deve ao fato de possuirem, em sua estruturamolecular, grupos com grande afinidade pela água(hidrofílicos) e também grupos com afinidade pelo óleo(lipofílicos). Um tensoativo, produzido a partir de duassubstâncias naturais, sendo uma delas a sacarose(C12H22O11), é utilizado na produção de alimentos taiscomo sorvetes, maioneses e molhos para salada. Suafórmula estrutural é mostrada a seguir.

a) Qual é a fórmula molecular do composto que, aoreagir com a sacarose, produz o tensoativo citado? Aque função orgânica pertence?

b) Na fórmula estrutural do tensoativo, circunde,com uma linha pontilhada, a parte hidrofílica e a partelipofílica. Justifique sua escolha, em termos de forçasde interação do tensoativo com a água e com o óleo.

Resolução:a) A fórmula estrutural do composto que reagiu com a

sacarose é:

Logo, sua fórmula molecular é:

C18H36O2

Essa substância pertence à função ácido carboxílico.b)

Na parte hidrofílica, as forças de interação com a águasão as ligações de hidrogênio.

Na parte lipofílica, as forças de interação com o óleosão do tipo dipolo induzido-dipolo induzido.

Questão 3A análise elementar de um determinado ácido

carboxílico resultou na fórmula mínima C2H4O. Determi-nada amostra de 0,550g desse ácido foi dissolvida em água,obtendo-se 100mL de solução aquosa. A esta, foram adici-onadas algumas gotas de fenolftaleína e, lentamente, umasolução aquosa de hidróxido de sódio, de concentração0,100mol/L. A cada adição, a mistura era agitada e, quan-do já tinham sido adicionados 62,4mL da solução dehidróxido de sódio, a mistura, que era incolor, tornou-serósea.

Para o ácido analisado,a) calcule a massa molar.b) determine a fórmula molecular.c) dê as possíveis fórmulas estruturais.d) dê as fórmulas estruturais de dois ésteres isômeros

do ácido considerado.

Dados: massa molar (g/mol)H ....... 1,0C ..... 12,0O ..... 16,0

Resolução:a) Calcula-se inicialmente a quantidade em mol de

NaOH que reagiu com o ácido:

Admitindo-se que se trata de um monoácido, areação ocorrerá na proporção de: 1mol de base : 1molde ácido

Logo, a quantidade de ácido presente inicialmente nofrasco era de 6,24 . 10–3mol.

Tem-se então que:


3

b) Calculando a massa correspondente à fórmula mí-nima, temos:

Nota-se que a massa da fórmula mínima é metade damassa molecular; logo, a fórmula molecular é C4H8O2.

c) A fórmula molecular C4H8O2 corresponde às seguin-tes fórmulas estruturais:

Questão 4Um experimentador tentou oxidar zinco (Zn) com

peróxido de hidrogênio (H2O2), em meio ácido. Para isso,adicionou, ao zinco, solução aquosa de peróxido dehidrogênio, em excesso, e, inadvertidamente, utilizou áci-do iodídrico [HI(aq)] para acidular o meio. Para sua sur-presa, obteve vários produtos.

a) Escreva as equações químicas balanceadas que re-presentam as reações de oxirredução ocorridas no experi-mento, incluindo a que representa a decomposição doperóxido de hidrogênio, pela ação catalítica do metal.

b) Poderá ocorrer reação entre o peróxido de hidrogê-nio e o ácido iodídrico? Justifique, utilizando semi-reaçõese os correspondentes potenciais padrão de redução.

Dados: Potenciais padrão de redução (V):

peróxido de hidrogênio, em meio ácido,

dando água . . . . . . .................... . . . . . . . . 1,78oxigênio (O2), em meio ácido, dandoperóxido de hidrogênio . . ................ . . . . . 0,70iodo (I2) dando íons iodeto . . . . . . . . . .. . . . 0,54íons H+ dando hidrogênio gasoso (H2) . .. . . . 0,00íons Zn2+ dando zinco metálico . . . .. . . . . . –0,76

Resolução:a) O zinco atuando como catalisador na decomposi-

ção do peróxido de hidrogênio:

oxidação do zinco:

b) Sim, porque a reação entre peróxido de hidrogênioe ácido iodídrico é espontânea (∆E° > 0)

Questão 5

O produto iônico da água, Kw, varia com a temperaturaconforme indicado no gráfico 1.

a) Na temperatura do corpo humano, 36°C,1 — qual é o valor de Kw?2 — qual é o valor do pH da água pura e neutra? Para

seu cálculo, utilize o gráfico 2.b) A reação de autoionização da água é exotérmica ou

endotérmica? Justifique sua resposta, analisando dados dográfico 1.


4

Assinale, por meio de linhas de chamada, todas as lei-turas feitas nos dois gráficos.

Resolução:

b) O aumento da temperatura, que favorece a reaçãoendotérmica, foi acompanhado por um aumento novalor da constante de ionização. Portanto, de acordocom o Princípio de Le Chatel ier, a reação deautoionização da água é uma reação endotérmica.

Questão 6Num laboratório de ensino de Química, foram realiza-

dos dois experimentos:I) Uma solução aquosa bastante concentrada de nitrato

de prata (AgNO3) foi adicionada, gradativamente, a 100mLde uma solução aquosa de cloreto de sódio de concentra-ção desconhecida.

II) Fluoreto de lítio sólido (LiF) foi adicionado,gradativamente, a 100mL de água pura.

Em ambos os experimentos, registrou-se a condutibilidadeelétrica em função da quantidade (em mols) de AgNO3 e LiFadicionados. No experimento I, a solução de AgNO3 era sufici-entemente concentrada para que não houvesse variação signi-ficativa do volume da solução original de cloreto de sódio. Noexperimento II, a quantidade total de LiF era tão pequena quevariações de volume do líquido puderam ser desprezadas.

Utilize o gráfico para responder:

Resolva as questõescom atençao!

a) Qual dos registros, X ou Y, deve corresponder aoexperimento I e qual, ao experimento II? Explique seu ra-ciocínio.

b) Qual era a concentração da solução de cloreto desódio original? Justifique.

c) Qual é a solubilidade do LiF, em mol por 100mL deágua? Justifique.

Dados:O produto de solubilidade do cloreto de prata é igual a

1,8 × 10–10.A contribuição dos íons nitrato e cloreto, para a

condutibilidade da solução, é praticamente a mesma.

Resolução:a) No experimento I, a solução inicial (NaCl(aq)) apre-

senta condutibilidade elétrica devido à presença dos íonsNa+

(aq) e Cl–(aq)

Ao se adicionar AgNO3, ocorre a reação:

Na solução resultante, os íons NO–3 tomarão o lugar

dos íons Cl– e, como a contribuição desses dois íons para acondutibilidade é quase a mesma, podemos considerar quea condutibilidade da solução durante a reação, é pratica-mente constante.

Após o término da reação, o AgNO3 em excesso adici-onado aumentará a condutibilidade da solução.

Assim, a curva que relaciona esse comportamento é ax.

No experimento II, o composto iônico LiF, quandoadicionado à água, sofrerá dissociação, aumentando acondutibilidade elétrica até o limite da sua solubilidade.

Este comportamento associa-se à curva y.

b) A partir do gráfico x, a precipitação termina ao acres-centarmos 0,02 mol de AgNO3.


5

A concentração da solução de NaCl é 0,2 mol/L.c) A partir da curva Y, verifica-se que a solução de LiF

estará saturada com 0,005 mol.Assim, a solubilidade do LiF será 0,005 mol em 100mL

de água.

Questão 7O Veículo Lançador de Satélites brasileiro emprega,

em seus propulsores, uma mistura de perclorato deamônio sólido (NH4C lO4) e alumínio em pó, junto comum polímero, para formar um combustível sólido.

a) Na decomposição térmica do perclorato de amônio,na ausência de alumínio, formam-se quatro produtos. Umdeles é a água e os outros três são substâncias simples di-atômicas, duas das quais são componentes naturais do aratmosférico.

Escreva a equação balanceada que representa essa de-composição.

b) Quando se dá a ignição do combustível sólido, todoo oxigênio liberado na decomposição térmica do percloratode amônio reage com o alumínio, produzindo óxido dealumínio (Al2O3).

Escreva a equação balanceada representativa das trans-formações que ocorrem pela ignição do combustível sóli-do.

c) Para uma mesma quantidade de NH4ClO4, haveráuma diferença de calor liberado se sua decomposição forefetuada na presença ou na ausência de alumínio. Quan-to calor a mais será liberado se 2mols de NH4C lO4 foremdecompostos na presença de alumínio? Mostre o cálcu-lo.

Dado: Calor de formação do óxido de alumínio = –1,68 × 103kJ/mol

Resolução:

O calor liberado na decomposição de 2mols de

NH4ClO4 na presença de mols de Al será igual a –x –

2,24 . 103kJ.

Portanto serão liberados a mais 2,24 . 103kJ.

Questão 8Para demonstrar a combustão de substâncias em

oxigênio puro, este gás pode ser gerado a partir de águasanitária e água oxigenada, que contêm, respectivamente,hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio. A reaçãoque ocorre pode ser representada por

NaClO + H2O2 → NaCl + H2O + O2(g)

É assim que, num frasco, coloca-se certo volume deágua oxigenada e acrescenta-se, aos poucos, certo vo-lume de água sanitária. Observa-se forte efervescência.Ao final da adição, tampa-se o frasco com um pedaçode papelão. Em seguida, palha de aço, presa a um fio decobre, é aquecida em uma chama até ficar em brasa. Ofrasco com oxigênio é destampado e, rapidamente, a pa-lha de aço rubra é nele inserida. Então, observa-se lu-minosidade branca intensa, com partículas de ferro in-candescentes espalhando-se pelo frasco.

a) Calcule o volume de água sanitária quando seusa, no experimento, um frasco de volume adequado,sabendo-se que deve ser gerado, nas condições ambi-ente, um volume de 500mL de oxigênio, volume estesuficiente para expulsar o ar e preencher o frasco.

b) Explique por que, ao ar atmosférico, o ferro ficaapenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quandoexposto a oxigênio puro.

Dados:volume molar do oxigênio nas condiçõesambiente ............................................. 25,0L/molmassa molar do Cl ............................ 35,5g/moldensidade da água sanitária ................... 1,0g/mL

composição da água sanitária: 2,13g de Cl, na formade hipoclorito, em 100g de solução aquosa.

Resolução:


6

b) A equação de oxidação do ferro pode ser representa-da por:

A velocidade da reação depende da concentração deO2(g); logo, se a concentração de O2 for aumentada, a velo-cidade da reação será maior.

Questão 9Quando acetaldeído é tratado com solução aquosa de

hidróxido de sódio, forma-se um aldol (composto que con-tém os grupos OH e C == O):

Essa reação, chamada de reação aldólica, ocorre comaldeídos e cetonas que possuem pelo menos um átomode hidrogênio ligado ao átomo de carbono α em relaçãoao grupo carbonila.

Considere os compostos:

a) Se os compostos acima forem tratados, separada-mente, com solução aquosa de hidróxido de sódio, apenasum deles produzirá um aldol. Escreva a fórmula estruturalcompleta (com todos os átomos de C, H e O) desse reagente.Justifique por que os demais compostos não darão a reaçãoaldólica nestas condições.

b) Escreva a equação química que representa a trans-formação citada no item a, dando a fórmula estrutural doaldol formado.

Resolução:a) Dos três compostos, somente o primeiro:

pode sofrer uma reação aldólica, pois é o único queapresenta átomo de hidrogênio ligado ao carbono α. Osoutros dois compostos não apresentam átomo de hidro-gênio ligado aos carbonos α, conforme podemos perce-ber pelas suas fórmulas estruturais:

b)

Questão 10Industrialmente, alumínio é obtido a partir da bauxi-

ta. Esta é primeiro purificada, obtendo-se o óxido de alu-mínio, Al2O3, que é, em seguida, misturado com umfundente e submetido a uma eletrólise ígnea, obtendo-se,então, o alumínio.

As principais impurezas da bauxita são: Fe2O3, que éum óxido básico e SiO2, que é um óxido ácido. Quantoao Al2O3, trata-se de um óxido anfótero, isto é, de umóxido que reage tanto com ácidos quanto com bases.

a) Na primeira etapa de purificação da bauxita, elaé tratada com solução aquosa concentrada de hidróxi-do de sódio. Neste tratamento, uma parte apreciáveldo óxido de alumínio solubiliza-se, formandoNaAl(OH)4. Escreva a equação química balanceada querepresenta tal transformação.

b) Se a bauxita fosse tratada com solução aquosa con-centrada de ácido clorídrico, quais óxidos seriamsolubilizados? Justifique por meio de equações químicasbalanceadas.

c) Na eletrólise do óxido de alumínio fundido,usam-se várias cubas eletrolíticas ligadas em série, atra-vés das quais passa uma corrente elétrica elevada. Se ncubas são ligadas em série e a corrente é I, qual deve-ria ser a corrente, caso fosse usada apenas uma cuba,


7

para produzir a mesma quantidade de alumínio por dia?Justifique, com base nas leis da eletrólise.

Resolução:a) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2NaAl(OH)4b) No tratamento com HCl(aq) concentrado, seriam

solubilizados Fe2O3, que é óxido básico, e Al2O3, que éóxido anfótero:

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2OAl2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

c) Utilizando-se várias cubas eletrolíticas ligadas emsérie, a corrente que atravessa cada cuba será a mesma.Para uma massa total de alumínio produzida (em todas ascubas juntas) igual a m(Al), temos:

Em uma única cuba devemos utilizar uma correntede n . I para produzir a mesma quantidade de alumí-nio.

caderno vestibular - quimica - prova 07

Documents