QUÍMICA. 1. xilocaína é utilizada como um anestésico local. Sua fórmula é a seguinte

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1 QUÍMICA Prof. Daniel Pires CÁLCULOS QUÍMICOS 1. xilocaína é utilizada como um anestésico local. Sua fórmula é a seguinte Responda: a) Por que se usa comumente a xilocaína e não o éter comum, que também é um anestésico? b) Quantas moléculas existem em 30g de xilocaína pura? (Dados:H = 1; C = 12; N = 14; O = 16) a) Devido ao éter ser tóxico. b) 7,69 x 10 moléculas. 2. Em uma pessoa adulta com massa de 70,0kg, há 1,6kg de cálcio. Qual seria a massa desta pessoa, em kg, se a Natureza houvesse, ao longo do processo evolutivo, escolhido o bário em lugar de cálcio? Dados: massas atômicas relativas: Ca = 40, Ba = 137. Rm = 73,9 kg 3. Ao corrigir as respostas da questão 8 (aquela do arroz com feijão) da primeira fase do vestibular UNICAMP/95, a banca de Química constatou que um certo número de candidatos não têm (ou não tinham) ideia de grandeza representada pela unidade mol, de fundamental importância em Química. Respostas do tipo 210 moles de arroz apareceram com certa frequência. a) Calcule a massa, em toneladas, correspondente a 210 moles de arroz, admitindo que a massa de um grão de arroz seja 20mg(miligramas). b) Considerando que o consumo mundial de arroz seja de 3 10 toneladas/ano, por quantos anos seria possível alimentar a população mundial com 210 moles de arroz? Expresse, também, o número de anos em palavras. Dados: Avogadro = 6 10 mol 1 tonelada = 1 10ª mg a) 2,52 x 10 ton b) 8,4 x 10ª anos ou 8 bilhões e quatrocentos milhões de anos. 1

2 4. Sabe-se que 1,0 mol de um composto contém 72g de carbono(c), 12 mols de átomos de hidrogênio(h) e 12 x 10 átomos de oxigênio(o). Admitindo-se o valor da constante de Avogadro como sendo 6,0 x 10 mol e com base na Classificação Periódica dos elementos, escreva: a) A fórmula molecular do composto. b) A fórmula mínima do composto. a) C H O b) CƒH O 5. Deficiência de Zn no organismo causa problemas de crescimento, que podem ser sanados pela ingestão de comprimidos que contém ZnO. Dadas as massas molares do Zn = 65g/mol e do ZnO = 81g/mol; a) Dê a reação que ocorre no estômago (meio ácido), a qual origina o íon Zn após a ingestão do comprimido. Certos comprimidos contém 1,62 x 10 g de ZnO. O Zn pode também ser administrado por meio de solução aquosa de ZnSO. b) Que volume dessa solução, de concentração 0,10 mol/l contém massa de Zn igual àquela contida em um comprimido de ZnO? a) ZnO(s) + 2H (aq) ë Zn (aq) + H O(Ø) b) V = 2 M 6. O iso-octano é um combustível automotivo. A combustão desse material ocorre na fase gasosa. Dados a massa molar do iso-octano igual a 114g/mol, o volume molar de gás nas "condições ambiente" igual a 25L/mol e a composição do ar (em volume): O = 20% e N = 80%. a) Escreva a equação balanceada da reação de combustão completa do iso-octano, usando fórmulas moleculares. b) Calcule o volume de ar, nas "condições ambiente", necessário para a combustão completa de 228g de iso-octano. a) Cˆ Hˆ + 25/2 O ë 8 CO + 9 H O b) V ar = 3125Ø 7. O limite máximo de "ingestão diária aceitável" (IDA) de ácido fosfórico, aditivo em alimentos, é de 5 mg/kg de peso corporal. Calcule o volume de refrigerante, contendo ácido fosfórico na concentração de 0,6 g/l, que uma pessoa de 60 kg deve ingerir para atingir o limite máximo de IDA. 0,5Ø ou 500 Mø 2

3 8. Um medicamento contém 90 mg de ácido acetilsalicílico (C HˆO ) por comprimido. Quantas moléculas dessa substância há em cada comprimido? Constante de Avogadro = 6,0. 10 mol Massas atômicas relativas: C = 12; O = 16; H = 1,0. 3,0 x 10 moléculas 9. O mercúrio, na forma iônica, é tóxico porque inibe certas enzimas. Uma amostra de 25,0 gramas de atum de uma grande remessa foi analisada, e constatou-se que continha 2,1 10 mols de Hg. Considerando-se que os alimentos com conteúdo de mercúrio acima de 0,50 10 gramas por quilograma de alimento não podem ser comercializados, demonstrar se a remessa de atum deve ou não ser confiscada. (Massa atômica do Hg = 200). Limite: 6,25 10 mol de Hg - O atum deve ser confiscado. 10. Os motores a diesel lançam na atmosfera diversos gases, entre eles o anidrido sulfuroso e o monóxido de carbono. Uma amostra dos gases emitidos por um motor a diesel foi recolhida; observou-se que ela continha 0,1 mol de anidrido sulfuroso e 0,5 mol de monóxido de carbono. a) Determine a massa, em gramas, de monóxido de carbono contido nessa amostra. b) Quantos átomos de oxigênio estão presentes na amostra recolhida? Dados: massas atômicas C = 12 u O = 16 u a) 14 g b) 4,2. 10 átomos 11. Como o dióxido de carbono, o metano exerce também um efeito estufa na atmosfera. Uma das principais fontes desse gás provém do cultivo de arroz irrigado por inundação. Segundo a Embrapa, estima-se que esse tipo de cultura, no Brasil, seja responsável pela emissão de cerca de 288 Gg (1Gg = 1 10ª gramas) de metano por ano. Calcule o número de moléculas de metano correspondente. Massas molares, g. mol : H=1 e C=12. Constante de Avogadro = 6, g moléculas (CH ) ª g n n = 1,08 10 moléculas CH. 3

4 12. O sabão, apesar de sua indiscutível utilidade, apresenta o inconveniente de precipitar o respectivo sal orgânico insolúvel em água que contenha íons cálcio dissolvidos. Em época recente, foram desenvolvidos os detergentes, conhecidos genericamente como alquilsulfônicos, solúveis em água e que não precipitam na presença de íons cálcio. a) Dê o símbolo e o nome do elemento químico que aparece na fórmula de um detergente alquilsulfônico e que não aparece na fórmula de um sabão. b) Considerando que a fórmula de um certo detergente alquilsulfônico é C H O XNa, cuja massa molar é 288 g/mol, calcule a massa molar do elemento X. Dados: massas molares em g/mol H=1; C=12; O=16; Na=23 a) O elemento químico que aparece no detergente e não no sabão é enxofre: S b) X = 32g/mol 13. Certa amostra de mármore contém 80% em massa de carbonato de cálcio, CaCOƒ. Calcule a porcentagem em massa do elemento cálcio dessa amostra. Dados: Massas molares (g/mol): CaCOƒ=100; Ca=40 p = 32% 14. O cloreto de vinila (C HƒCØ) é matéria-prima para muitos plásticos (PVC) e fibras. Em 93,75g de cloreto de vinila há: (Constante de Avogadro= 6 10 mol ) Dados: Massas molares (g/mol): C=12; H=1; CØ=35,5 a) mol de moléculas de C HƒCØ. b) mol de átomos de carbono. c) átomos de carbono. a) 1,5 mol b) 3,0 mols d) 1,8 10 átomos de carbono 15. O número atômico do magnésio é 12 e sua massa molar é 24,3 g mol. Este elemento possui três isótopos naturais cujos números de massa são 24, 25 e 26. a) Com base nestas informações responda qual isótopo natural do magnésio é o mais abundante. Justifique. Ao se reagir apenas o isótopo 24 do magnésio com cloro, que possui os isótopos naturais 35 e 37, formam-se cloretos de magnésio que diferem entre si pelas massas molares. b) Quais são as massas molares desses cloretos de magnésio formados? Justifique. 4

5 a) O valor da massa molar do magnésio (24,3g.mol ) está mais próximo do isótopo de número de massa 24, logo este deve ser o mais abundante. Justifica-se pelo fato de a massa molar de um elemento químico ser a média ponderada das massas atômicas de seus isótopos, considerando-se as porcentagens. b) A fórmula do cloreto de magnésio é MgCØ. Se utilizarmos o isótopo 24 do magnésio e os isótopos 35 e 37 do cloro, teremos: Para Mg (CØ ) : Mg ; CØ ; CØ ë M = 94g. mol Mg ; CØ ; CØ ë M = 96g. mol Mg ; CØ ; CØ ë M = 98g. mol 16. Em artigo publicado em 1968 na revista Science, Linus Pauling criou o termo "psiquiatria ortomolecular", baseado no conceito de que a variação da concentração de algumas substâncias presentes no corpo humano estaria associada às doenças mentais. Por exemplo, sabe-se hoje que a variação da concentração de ácido glutâmico (C H NO ) tem relação com diversos tipos e graus de problemas mentais. a) Sabendo que o ácido glutâmico: - apresenta cadeia normal com 5 átomos de carbono, - é um ácido dicarboxílico saturado, - apresenta um grupamento amino, - apresenta carbono assimétrico, escreva a fórmula estrutural deste ácido. b) Determine o número total de átomos existentes em 0,5 mol de ácido glutâmico. a) Observe a figura a seguir b) 5,7 10 átomos 5

6 17. A floculação de partículas sólidas em uma suspensão é uma etapa fundamental no processo de obtenção de água potável, e se baseia na formação de aglomerados que, ao se precipitarem, arrastam consigo as partículas em suspensão, permitindo a clarificação da água. No tratamento de água potável, usa-se adicionar sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio para produzir o agente floculante hidróxido de alumínio, gerando como co-produto o sulfato de cálcio. a) Apresente a equação que representa a reação descrita. b) Quantos átomos de oxigênio estão presentes em 171g de sulfato de alumínio? Dados: O = 16 u; AØ = 27 u; S = 32 u a) AØ (SO )ƒ+3ca(oh) ë 2AØ(OH)ƒ+3CaSO b) 3,6 10 átomos de oxigênio 18. O bócio é uma inchação provocada por uma disfunção tireoidiana decorrente da carência de iodo. A legislação atual exige que cada quilograma de sal comercializado contenha 0,01g de iodeto (I ), geralmente na forma do iodeto de sódio (NaI). Calcule: Dados: Na = 23 u; I = 127 u a) a porcentagem da massa de sódio em 1 mol de iodeto de sódio; b) a massa de iodeto de sódio, em gramas, que deverá estar contida em 127 kg de sal, em cumprimento à legislação. a) 15,33 % Na b) 1,5 g Na I 19. Um elemento M apresenta os isótopos ªM e M. Sabendo que a massa atômica do elemento M é 79,90u, determine os percentuais de cada isótopo do elemento M. P ( ªM) = 55% P ( M) = 45% 20. Qual o NÚMERO DE MOLS contidos em gramas de sulfato de alumínio? Massa molares (g/mol): O = 16,0; AØ = 27,0; S = 32, (DESAFIO-UNICAMP-2001)-As fronteiras entre real e imaginário vão se tornando cada vez mais sutis à medida que melhoramos nosso conhecimento e desenvolvemos nossa capacidade de abstração. Átomos e moléculas: sem enxergá-los podemos imaginá-los. Qual será o tamanho dos átomos e das moléculas? Quantos átomos ou moléculas há numa certa quantidade de matéria? Parece que essas perguntas só podem ser respondidas com o uso de 6

7 aparelhos sofisticados. Porém, um experimento simples pode nos dar respostas adequadas a essas questões. Numa bandeja com água espalha-se sobre a superfície um pó muito fino que fica boiando. A seguir, no centro da bandeja adiciona-se 1,6 10 cm de um ácido orgânico (densidade=0,9g/cm ), insolúvel em água. Com a adição do ácido, forma-se imediatamente um círculo de 200cm de área, constituído por uma única camada de moléculas de ácido, arranjadas lado a lado, conforme esquematiza a figura abaixo. Imagine que nessa camada cada molécula do ácido está de tal modo organizada que ocupa o espaço delimitado por um cubo. Considere esses dados para resolver as questões a seguir a) Qual o volume ocupado por uma molécula de ácido, em cm? b) Qual o número de moléculas contidas em 282g do ácido? a) V = cm b) N = 6,1 10 moléculas RESOLUÇÃO UNICAMP a) 1, / = cm } vol = ( ) 3 = cm 3 b) d = m/v } m = 1, ,9 = 1, g Obs. Exigir unidade 1, / = 0, moléculas 1, g 0, moléculas 282 x x = 6, moléculas 22. Na fabricação de chapas para circuitos eletrônicos, uma superfície foi recoberta por uma camada de ouro, por meio de deposição a vácuo. a) Sabendo que para recobrir esta chapa foram necessários 2 10 átomos de ouro, determine o custo do ouro usado nesta etapa do processo de fabricação. Dados: N³ = 6 10 ; massa molar do ouro = 197g/mol; 1g de ouro = R$17,00 ("Folha de S. Paulo", 20/8/2000.) 7

8 b) No processo de deposição, ouro passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso. Sabendo que a entalpia de sublimação do ouro é 370 kj/mol, a 298 K, calcule a energia mínima necessária para vaporizar esta quantidade de ouro depositada na chapa. a) R$ 1,12 b) 0,124 Kj 23. Um elemento M apresenta os isótopos ªM e M. Sabendo que a massa atômica do elemento M é 79,90u, determine os percentuais de cada isótopo do elemento M. a) 1,8 x 10 átomos de carbono 24. Certa amostra de mármore contém 80% em massa de carbonato de cálcio, CaCOƒ. Calcule a porcentagem em massa do elemento cálcio dessa amostra. Dados: Massas molares (g/mol): CaCOƒ=100; Ca=40 p = 32% 25. A ingestão de cloreto de sódio, na alimentação, é essencial. Excessos, porém, causam problemas, principalmente de hipertensão. O consumo aconselhado para um adulto, situa-se na faixa de 1100 a 3300mg de sódio por dia. Pode-se preparar uma bela e apetitosa salada misturando-se 100g de agrião (33mg de sódio), 100g de iogurte (50mg de sódio) e uma xícara de requeijão cremoso (750mg de sódio), consumindo-a acompanhada com uma fatia de pão de trigo integral (157mg de sódio): a) Que percentual da necessidade diária mínima de sódio foi ingerido? b) Quantos gramas de cloreto de sódio deveriam ser adicionados à salada, para atingir o consumo diário máximo de sódio aconselhado? a) Massa de sódio ingerido na salada com pão: m = 30mg + 50mg + 750mg + 157mg = 990mg Cálculo da porcentagem de sódio ingerida (considerando o mínimo de 1100mg de sódio) 1100mg 100% 990mg x x = 90% O porcentual da necessidade diária mínima de sódio será de 90%. b) Massa de sódio que deve ser acrescida para satisfazer a necessidade máxima de 3300mg: 8

9 m' = 3300mg - 990mg = 2310mg = 2,310g de Na Massa molar de NaCØ = (22,990+35,453)g/mol = 58,443g/mol 58,443g de NaCØ 22,990 de Na x 2,310g de Na x = 5,872g de NaCØ 26. Hidrogênio reage com quase todos os elementos. Sua reação com nitrogênio produz amônia (NHƒ). Industrialmente essa reação é realizada na presença de um catalisador. a) Explique para que serve o catalisador. b) Calcule a porcentagem em massa de hidrogênio na amônia. Massas molares H = 1,0 g/mol N = 14,0 g/mol a) Catalisador diminui a energia de ativação, aumentando a velocidade da reação. b) 17,6 % de hidrogênio. 9