QUÍMICA-2009 UFBA - 2ª 2ª FASE QUÍMICA 01.

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1 UFBA - ª ª FASE A pressão de vapor é uma das propriedades mais importantes dos líquidos. Dela depende a manutenção do ciclo da água no planeta, a umidade do ar que se respira e a regulação da temperatura do corpo. A pressão máxima de vapor de um líquido é a pressão exercida por seus vapores, quando estão em equilíbrio dinâmico com esse líquido, e depende, dentre outros fatores, da temperatura e da força das interações entre suas moléculas. Quando um líquido entra em ebulição, a pressão de seus vapores torna-se igual à pressão externa, que, em um recipiente aberto, é igual à pressão atmosférica. O gráfico mostra a relação entre a pressão de vapor de alguns líquidos com a temperatura. De acordo com essas considerações e com base na análise do gráfico apresentado, identifique o líquido que evapora com maior velocidade a 40ºC, ao nível do mar, e aquele que possui interações mais fortes entre suas moléculas. justifique o fato de os alimentos demorarem mais para serem cozidos em recipientes abertos, contendo uma determinada massa de água em ebulição em localidades de grandes altitudes, quando comparado ao cozimento desses mesmos alimentos, nas mesmas condições, entretanto, ao nível do mar. 0. I. Au(s) + CN - (aq) + H O(l) + O (aq) [Au(CN) ] - (aq) + OH - (aq) II. [Au(CN) ] - (aq) + Zn(s) [Zn(CN) 4 ] - (aq) + Au(s) 38

2 No início do mês de junho de 008, um vazamento na barragem de rejeitos contendo cianeto de sódio, NaCN, de uma empresa mineradora atingiu o rio Itapicuruzinho que abastece a cidade de Jacobina, no noroeste da Bahia. A contaminação se restringiu às águas superficiais de ecossistemas que servem como fonte de abastecimento urbano, entretanto, com a expansão das atividades da mineradora, poderia atingir os lençóis freáticos. O íon cianeto, CN (aq), encontrado nos efluentes de empresas de extração de ouro, combina-se com outras espécies químicas, formando complexos tóxicos, além de compostos mais simples, a exemplo de HCN(aq) que pode passar facilmente à condição de gás com a diminuição do ph do meio e a elevação da temperatura. O confinamento de rejeitos de usinas mineradoras de ouro em barragens é uma técnica econômica, que utiliza a degradação natural de efluentes como parte integrante do processo hidrometalúrgico de extração de ouro da terra ou da lama do leito de alguns rios. Nesse processo, o ouro é dissolvido numa solução de cianeto de sódio, e recuperado posteriormente, utilizando-se zinco, como evidenciam, resumidamente, as equações químicas não balanceadas I e II, representadas acima. Levando-se em consideração essas informações, escreva a equação química que representa o sistema em equilíbrio formado pela reação entre o íon cianeto e a água e justifique o aumento da concentração de HCN(aq), em virtude da diminuição do ph dos efluentes. determine a porcentagem de ouro que foi separado completamente de uma tonelada de terra por meio de uma solução contendo 50g de cianeto de sódio e calcule a massa, em gramas, de zinco necessária à redução do ouro existente em solução, sob a forma do íon complexo [Au(CN)] (aq). 03. I (aq) + Na S O 3 (aq) NaI(aq) + Na S 4 O 6 (aq) tiossulfato de sódio tetratinato de sódio Em um processo clássico de análise química quantitativa, mede-se o volume de uma solução de concentração conhecida, que reage com a solução da amostra em análise. A partir desse volume, pode-se calcular a quantidade de soluto existente na solução da amostra. Com esse propósito, uma amostra de 1,50g de iodo impuro é dissolvida em um volume suficiente de uma solução de iodeto de potássio e, em seguida, adiciona-se água, até que o volume da solução atinja 50mL. Dessa solução, são retirados 5mL que reagem, em determinadas condições, com 5,0mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio 0,mol.L -1, de acordo com a equação química representada. 39

3 Considerando essas informações, a equação química e desprezando o erro incidente sobre a determinação quantitativa, calcule a porcentagem de iodo, I, presente na amostra de iodo impuro. 04. I. O3(g) + O (g) O(g) II. O3(g) + Cl (g) ClO (g) + O(g) III. ClO (g) + O (g) Cl (g) + O(g) H o 10kJ H o 70kJ Atualmente, os propelentes usados em aerossóis substituíram, em parte, os clorofluormetanos, responsáveis pela redução da blindagem de ozônio, O 3 (g), na estratosfera. Os clorofluorcarbonos absorvem radiações de elevada energia e liberam átomos de cloro, Cl(g), que provocam reações em cadeia e reduzem a concentração de ozônio na alta atmosfera, como evidenciam, resumidamente, as equações termoquímicas II e III. Os átomos de oxigênio, O (g), que participam da reação química representada em III têm origem na dissociação de moléculas de O (g) causada pela absorção de radiações de alta energia. Considerando essas informações e as equações termoquímicas II e III, determine aplicando a Lei de Hess a variação de entalpia da reação química representada em I. 05. No dia 5 de novembro de 007, uma parte da arquibancada do Estádio Otávio Mangabeira, a Fonte Nova, cedeu sob impacto de torcedores, durante uma comemoração, provocando grande tragédia. Uma das causas do acidente foi o desgaste, pela corrosão, da estrutura de ferro do concreto armado. 40

4 Diariamente, a corrosão ocasiona estragos, muitas vezes invisíveis, em milhões de construções, navios, veículos automotivos, dentre outros. No mundo, calcula-se que 0% do ferro produzido destina-se à reposição daquele que foi enferrujado. A corrosão do ferro é um processo eletroquímico complexo, em que ocorre a formação de diversos compostos e a participação de impurezas existentes no material. Considerando-se os dados constantes da tabela representada acima, é possível compreender, de forma simplificada, esse processo. A partir da análise dessas considerações, com base nos dados da tabela e admitindo que a ferrugem é constituída apenas por hidróxido de ferro (III), determine a ddp da pilha formada entre o ferro e o oxigênio e identifique se a corrosão do ferro é um processo espontâneo. mencione dois fatores eletroquímicos que condicionaram a corrosão da estrutura de ferro do concreto armado do Estádio Otávio Mangabeira e apresente uma explicação que justifique a aceleração desse processo na presença de substâncias ácidas, a exemplo do CO e SO, em meio aquoso. 06. A melanina, cujo monômero está representado pela fórmula estrutural, é um polímero complexo responsável pela pigmentação da pele. Esse polímero pode ser formado por meio da oxidação sucessiva da tirosina, em um processo bioquímico que ocorre nos melanócitos. A tonalidade da pele de um indivíduo depende da quantidade de melanina que o organismo é capaz de produzir. A partir dessas informações, manômero de melanina indique os grupos funcionais presentes na estrutura química que dão origem a íons H 3 O + (aq) quando esse monômero está na presença de água e justifique a sua resposta. identifique o grupo funcional representado na estrutura química que reage com um ácido, HX(aq), e fundamente sua resposta. 41

5 01. GABARITO Com base no gráfico, pode-se concluir que o líquido que evapora com maior velocidade é o sulfeto de carbono, porque apresenta maior pressão de vapor a 40ºC, e o que possui interações mais fortes entre suas moléculas é a água que tem maior ponto de ebulição. A quantidade de calor, para aumentar a temperatura da água até a ebulição, necessária ao cozimento de alimentos é menor nas localidades de grandes altitudes em razão da baixa pressão atmosférica. Nessas condições, a temperatura de ebulição da água é menor e, conseqüentemente, a velocidade das reações químicas, que ocorrem durante o cozimento, é reduzida com o aumento do tempo. Massa de ouro extraído: 5,10 mol de NaCN.1,0 mol de Au,0 mol de NaCN 50g.. 197g mol de Au Porcentagem de ouro extraído de 1,0 ton de terra: 50g = 0,05%. 1,0.10 g Cálculo da massa de zinco necessária à redução do ouro existente em solução sob a forma do íon complexo [Au(CN) ] -. Massa molar de zinco: 65,4g.mol 1. Massa de zinco necessária à redução do ouro: -1 65,4g. mol de zinco. 50g de ouro 83g..197,0g. mol - 1de ouro A equação química que representa o sistema em equilíbrio é CN (aq) + H O(l) HCN(aq) + OH (aq). Com a diminuição do ph dos efluentes há diminuição da concentração de íons OH (aq), e, conseqüentemente, aumento da concentração de HCN(aq). Cálculo da porcentagem de ouro, que foi separado completamente de uma tonelada de terra, por meio de uma solução aquosa contendo 50g de cianeto de sódio, NaCN(aq). Equações químicas I e II balanceadas: I. 4Au(s) + 8CN (aq) + HO( ) + O (aq) 4[Au(CN) ] (aq) + 4OH (aq) II. [Au(CN) ] (aq) + Zn(s) [Zn(CN) 4 ] (aq) + Au(s) No balanceamento das equações químicas I e II levou-se em consideração que o número de elétrons envolvido na oxidação e na redução são iguais, e que o total de carga elétrica dos íons no primeiro membro é igual ao de carga elétrica no segundo membro dessas equações. Considerando que a razão entre os coeficientes estequimétricos do ouro e do cianeto de sódio, na equação química I balanceada, é 4:8 ou 1:, e a razão entre os coeficientes estequiométricos do zinco e do ouro, na equação química II balanceada, é 1:, pode-se determinar a massa de ouro e a massa de zinco requeridas no processo. As massas molares do cianeto de sódio e do ouro são, respectivamente, 49,0g.mol -1 e 197,0g.mol -1. Quantidade de matéria de cianeto de sódio: 50,0g 49,0g.mol 1 = 5,10 mol. Cálculo da concentração de iodo puro, I, na solução da amostra. Equação química: I (aq) + Na S O 3 (aq) NaI(aq) + Na S 4 O 6 (aq) Quantidade de matéria de iodo puro, I, existente em 5mL de solução da amostra em análise: Quantidade de matéria de tiossulfato de sódio existente em 5,0mL de solução 0,mol.L -1 desse sal: 0, mol 1000mL. 5mL = 1, mol. De acordo com a equação química, a relação entre os coeficientes estequiométricos do iodo, I, e do tiossulfato de sódio é 1:, e, consequentemente, a quantidade de iodo em 5mL de solução é a metade da quantidade de matéria de tiossulfato em 5,0mL, ou seja, 5, mol. Quantidade de matéria de I existente em 50mL de solução da amostra é 5, mol. -4 5,0.10 mol de I 5mL. 50mL = Massa de iodo existente na amostra de 1,50g: 5,0.10 "3 mol de I.54gmol -1 I = 1,7g 1,7g Porcentagem de iodo puro na amostra: 1,50g % Cálculo da variação de entalpia, H I, da reação representada pela equação química I. Somando-se a equação termoquímica II, com a equação termoquímica III, tem-se a equação I.

6 0 A variação de entalpia H I da reação, representada em I, é a soma algébrica dos valores de entalpia das reações representadas em II e III, de acordo com a Lei de Hess. A reação do íon hidróxido, OH - (aq), formado na reação catódica da pilha com o próton liberado por substâncias ácidas como o CO e SO, em meio aquoso, provoca aumento da velocidade da reação catódica e, consequentemente, a aceleração do processo de corrosão do ferro Cálculo da diferença de potencial da pilha formada por ferro e o oxigênio. Semi-equações das reações que ocorrem no ânodo e no cátodo da pilha, respectivamente. Fe(s) Fe 3+ (aq) + 3e - Os grupos funcionais que reagem com a água, dando origem a íons H 3 O + (aq), são OH e COOH, sendo que o grupo OH apresenta essa propriedade em razão de estar ligado a anel aromático e ao carbono do grupo carboxílico. O grupo funcional é um receptor de próton que reage com ácidos em razão da disponibilidade do par de elétrons não ligante no átomo de nitrogênio. 1 O (g) + H O( ) + e - OH - (aq) Cálculo da ddp da pilha: Eº = Eº (espécie química reduzida) - Eº (espécie química oxidada) DEº = +0,40 V - (-0,04V) = + 0,44V Como a ddp da pilha é maior que zero, se conclui que o processo de corrosão do ferro é espontâneo. Fatores eletroquímicos que condicionaram a corrosão da estrutura de ferro do concreto armado do Estádio Otávio Mangabeira. Multiplicando-se, respectivamente, por dois e por três as semi-equações que ocorrem no ânodo e no cátodo da pilha, e somando-se, tem-se a equação global. Fe(s) Fe 3+ (aq) + 6e Anotações de Sala 3 O (g) + 3H O( ) + 6e - 6OH - (aq) Fe(s) + 3 O (g) + 3H O( ) Fe 3+ (aq) + 6OH - (aq) A partir da análise dessa equação química pode-se concluir que a presença de oxigênio juntamente com a umidade ou a infiltração de água, no concreto armado, condicionou a corrosão do ferro. 43