Olimpíadas de Química 2003

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1 Olimíadas de Química 2003 Final 3 de Maio de 2003 Cinco questões baseadas nos Exames Finais e nos Problemas Prearatórios das Olimíadas Internacionais de Química (Holanda, 2002, Grécia 2003) e das Olimíadas Ibero-americanas de Química (México 2003). Boa sorte! Problema I - Titulação de ácidos fracos (Grécia 2003, Problemas Prearatórios) O ácido ascórbico (Vitamina C, C 6 H 8 O 6 ) é um ácido fraco com a seguinte equação de dissociação: C 6 H 8 O 6 + H 2 O C 6 H 7 O H 3 O + Ka = 6, ,00 cm 3 de uma solução 0,1000 mol dm -3 de ácido ascórbico foram titulados com uma solução 0,2000 mol dm -3 de hidróxido de sódio (NaOH). Nas questões seguintes, escolha a resosta correcta, justificando sucintamente. I-1 O H inicial da solução de ácido ascórbico é: 7,00 2,58 4,17 1,00 I-2 O volume de titulante necessário ara atingir o onto de equivalência é: 50,00 cm 3 35,00 cm 3 25,00 cm 3 20,00 cm 3 I-3 O H da solução no onto de equivalência é: 7,00 8,50 8,43 8,58 I-4 Um indicador aroriado ara esta titulação é: Azul de bromotimol (zona de viragem: 6,0-7,6) Vermelho de fenol (zona de viragem: 6,8-8,2) Fenolftaleína (zona de viragem: 8,0-9,8) Timolftaleína (zona de viragem: 9,3-10,5) I-5 O H da solução aós adição de 26,00 cm 3 de titulante é: 13,30 1,30 11,00 11,42

2 Problema II - Ligação Química: o catião molecular O 2 2+ (Grécia 2003, Problemas Prearatórios) O 2+ 2 é uma molécula cuja existência é ineserada. De facto, seria de eserar que a reulsão entre dois catiões O + tornasse imossível a formação do O Contudo, o catião O 2+ 2 foi já observado exerimentalmente. Embora as forças de reulsão sejam imortantes a curta distância, a formação de uma ligação covalente trila [O O] 2+ estabiliza o sistema. A curva de energia otencial desta molécula (energia em função da distância O-O) está reresentada no gráfico abaixo. A artir do gráfico, resonda às questões seguintes Energia / kj mol r O-O / Å (1 Å = 100 m) II-1 Qual deve ser a energia cinética mínima de dois iões O + ara que da sua colisão resulte a formação de O 2+ 2? II-2 Qual a distância mínima a que se devem aroximar dois iões O + ara formar O 2+ 2? II-3 Qual a energia necessária ara rovocar a dissociação do O 2+ 2? II-4 Foi afirmado que o O 2+ 2 oderia ser usado ara armazenar energia. Sendo verdade, que quantidade de energia oderia ser armazenada or molécula de O 2+ 2? II-5 Qual é o comrimento da ligação O-O nesta molécula? II-6 Tendo em conta a ordem de ligação, o comrimento de ligação O-O na molécula de O 2 será menor ou maior que no catião O 2 2+? 2/5

3 Problema III - Produção de Metanol (Holanda 2002, Exame final) O metanol (CH 3 OH) é um roduto químico que é usado na rodução de aditivos ara a gasolina e lásticos comuns. Considere uma fábrica de rodução de metanol baseada na reacção: CO + 2 H 2 CH 3 OH O hidrogénio e o monóxido de carbono necessários são obtidos ela reacção: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 As três unidades da fábrica são: o reactor 1, ara a rodução de H 2 e CO, o reactor 2, e o searador, ara searar entre metanol roduzido e H 2 e CO não consumidos. Estas unidades estão reresentadas esquematicamente na Figura. Quatro osições são indicadas or α, β, γ e δ. O caudal de metanol na osição γ é n [CH 3 OH, γ] = 1000 mol s -1. A fábrica foi rojectada de forma a que 2/3 do CO sejam convertidos em metanol. Assuma que a reacção no reactor 1 é comleta. III-1 Calcule os caudais de CO e H 2 na osição β. III-2 Calcule os caudais de CO e H 2 na osição γ. III-3 Calcule os caudais de CH 4 e H 2 O necessários na osição α. III-4 Na osição γ todas as esécies estão em fase gasosa. Calcule as ressões arciais, em MPa, ara o CO, o H 2 e o CH 3 OH na osição γ usando a equação: i = n i n tot onde n i é o caudal e i a ressão arcial do comosto i, n tot é o caudal total na osição considerada, e a ressão total do sistema, com o valor = 10 Ma. III-5 Quando o reactor é suficientemente grande, a reacção atinge o equilíbrio. Nesta situação, as ressões arciais na osição γ obedecem à equação: K = 2 CH3 OH 0 CO H2 2 3/5

4 onde 0 é uma constante (0,1 MPa) e K é função da temeratura, como reresentado na Figura (a escala vertical é logarítmica). Calcule K e indique a que temeratura T a que reacção deve ocorrer ara que atinja este equilíbrio. K T, K Problema IV - Química do Enxofre (Argentina 2002, Exame final ) O enxofre é uma substância que se encontra na natureza no estado elementar, em grandes deósitos subterrâneos. O enxofre arde em resença de O 2 roduzindo um gás incolor muito irritante, A. Ao borbulhar este gás em água forma-se o ácido B. A adição de eróxido de hidrogénio à solução de B origina C, que ao ser tratado com uma solução que contém iões bário forma um reciitado branco, D. Quando D é calcinado misturado com carbono num cadinho de orcelana e o resíduo da calcinação é tratado com ácido clorídrico, ocorre libertação de um gás muito tóxico de odor desagradável, E. Quando E é borbulhado sobre uma solução que contém iões cádmio obtém-se um reciitado de cor amarela F. A reacção do gás E com o gás A ermite recuerar o enxofre. VI-1 Escreva as equações devidamente acertadas ara todas as reacções químicas dos rocessos descritos. 4/5

5 VI-2 VI-3 Seleccionar duas reacções químicas da alínea anterior que sejam de tio redox, indicando, em cada caso, a esécie que se oxida e a que se reduz. O gás A reagiu com o gás E formando 0,96 gramas de enxofre e 0,36 gramas de água. Que quantidades de A e E, exressas em moles, reagiram? [A r (S) = 32; A r (O)=16; A r (H)=1] Problema V - Identificação de Comostos Orgânicos (Vários Problema muito adatado) O rogresso da química orgânica ermitiu o desenvolvimento de um grande número de substâncias que fazem arte do nosso quotidiano. Seleccione, de entre os comostos orgânicos abaixo aresentados, os que obedecem aos critérios de cada alínea: V-1 Todos os que aresentam o gruo funcional característico da família dos álcoois. V-2 Todos os que aresentam o gruo funcional característico da família dos ésteres. V-3 Um comosto que tenha o gruo funcional característico da família das cetonas. V-4 Um comosto que tenha gruo funcional característico da família das amidas. 5/5