1ª PARTE: QUESTÕES OBJETIVAS

Uma tecnologia promissora para atenderparte de nossas necessidades energéticas,sem a poluição gerada pela queima de com-bustíveis fósseis, envolve a transformaçãodireta de parte da energia luminosa do Solem energia elétrica. Nesse processo são utili-zadas as chamadas células fotogalvânicas,que podem funcionar utilizando semicondu-tores extrínsecos de silício, constituídos poruma matriz de silício de alta pureza, na qualsão introduzidos níveis controlados de impu-rezas. Essas impurezas são elementos quí-micos em cujas camadas de valência há umelétron a mais ou a menos, em relação à ca-mada de valência do silício. Semicondutoresdo tipo n são produzidos quando o elementoutilizado como impureza tem cinco elétronsna camada de valência. Considerando os ele-mentos B, P, Ga, Ge, As e In como possíveisimpurezas para a obtenção de um semicon-dutor extrínseco de silício, poderão ser dotipo n apenas aqueles produzidos com a uti-lização de:a) B.d) P e As.

b) Ge.e) B, Ga e In.

c) Ga e Ge.

alternativa D

Os elementos que podem ser utilizados, poisapresentam cinco elétrons na camada de valên-cia, são o fósforo (P) e o arsênio (As):P: [Ne]3s 3p2 3

As: [Ar]3d 4s 4p10 2 3

No Brasil, os dois combustíveis mais utiliza-dos são a gasolina e o álcool hidratado, cujosprincipais componentes são C H8 18 e C H OH2 5 ,respectivamente. Para liberar a mesma

quantidade de energia que 1 L de gasolina,são necessários 1,7 L de álcool, o que corres-ponde a 6,5 mols de octano e 28,0 mols deetanol, respectivamente. Considerando com-bustão completa com 100% de eficiência, a re-lação entre as quantidades de CO2 produzi-das por 1,7 L de álcool hidratado e 1 L de ga-solina será:a) 0,23. b) 0,39. c) 1,08. d) 2,54. e) 4,31.

alternativa C

As equações de combustão de C H8 18 e C H OH2 5são:

C H252

O 8 CO 9 H O8 18 2 2 2+ → +

C H 3 O 2 CO 3 H O2 5 2 2 2OH + → +Cálculo da relação entre as quantidades deCO2 produzidas por 1,7 litro de álcool hidratado(28 mols de etanol) e 1 litro de gasolina (6,5 molsde octano):28 mols C H OH6,5 mols C H

2 mols CO1 mol C H O

2 5

8 18

2

2 5⋅

H

eq.química� ��� ���

⋅

⋅ ≅1 mol C H8 mols CO

eq.química

1,088 18

2� ��� ���

Um dos problemas ambientais atuais é ge-rado pelo descarte inadequado de materiaisplásticos, motivo pelo qual tem sido estimu-lada sua reciclagem. Essa reciclagem apre-senta várias dificuldades, uma das quais éa natureza do material encaminhado paraprocessamento, constituído por uma mistu-ra de diferentes polímeros, que devem serseparados antes de processados. Na tabelaa seguir são apresentadas as densidadesdos polímeros presentes em um lote de ma-terial a ser reciclado, bem como dos líqui-dos, totalmente miscíveis entre si, disponí-veis para a separação dos polímeros por flo-tação.

Questão 1

Questão 2

Questão 3

LíquidoPolímero(abreviatura)

Densidade(g cm 3⋅ − )

– Polipropileno (PP) 0,90

–Polietileno de altadensidade (PE)

0,95

– Poliestireno (PS) 1,05

–Poli(tereftalato deetileno) (PET)

1,37

Álcool – 0,80

Água – 1,00

Glicerina – 1,26

O fluxograma a seguir representa as etapasdo processo utilizado para a separação dospolímeros; após cada etapa, as frações são se-paradas e secas antes de serem submetidasàs etapas seguintes.

Com respeito aos líquidos utilizados nas eta-pas finais do processo, é possível dizer que:a) X pode ser álcool puro.b) Y pode ser glicerina pura.c) X pode ser tanto álcool puro como glicerinapura.d) Y pode ser tanto glicerina pura como álcoolpuro.e) X e Y podem ser misturas de água e glice-rina.

alternativa B

A mistura de água e etanol, em proporções ade-quadas, pode ser usada na separação de PP dePE (líquido X). Para separar PS de PET, uma dasmaneiras seria usar glicerina pura (líquido Y), porapresentar densidade intermediária entre os polí-meros.

INSTRUÇÃO: Leia o texto seguinte para res-ponder as questões de 04 a 07.

A geração de energia elétrica por reato-res nucleares vem enfrentando grande oposi-ção por parte dos ambientalistas e da popula-ção em geral ao longo de várias décadas, emfunção dos acidentes ocorridos nas usinas nu-cleares e da necessidade de controle dos resí-duos radioativos por um longo período detempo. Recentemente, o agravamento da cri-se energética, aliado à poluição e ao efeito es-tufa resultantes do uso de combustíveis fós-seis, e à redução dos resíduos produzidos nasusinas nucleares, têm levado até mesmo oscríticos a rever suas posições.

O funcionamento da maioria dos reatoresnucleares civis baseia-se no isótopo 235 dourânio, 92

235 U. O urânio natural apresenta

uma distribuição isotópica de aproximada-mente 0,72% de 235U e 99,27% de 238U. Para

sua utilização em reatores, o urânio deve serenriquecido até atingir um teor de 3 a 4% em235U. Um dos métodos utilizados nesse pro-

cesso envolve a transformação do minério deurânio em U O3 8 sólido (“yellow cake”), poste-riormente convertido em UO2 sólido e, final-mente, em UF6 gasoso, segundo as reaçõesrepresentadas pelas equações:UO ( ) 4 HF ( ) UF ( ) 2 H O ( )2 4 2s g s g+ → +

(reação 1)UF ( ) F ( ) UF ( )4 2 6s g g+ → (reação 2)

UO ( ) 4 HF ( ) F ( )2 2s g g+ + → UF ( ) 2 H O ( )6 2g g+(reação global)

Com relação ao processo de transformação deUO ( )2 s em UF6 ( )g , pode-se afirmar que:a) as reações 1 e 2 envolvem processos de óxi-do-redução.b) apenas a reação 1 envolve processo de óxi-do-redução.c) o agente oxidante na reação 2 é o UF4 sóli-do.d) o agente redutor da reação global é o HFgasoso.e) na reação global estão envolvidos os esta-dos +4 e +6 do urânio.

química 2

PE, PP,PS, PET

PE, PPflutuam

PPflutua

PEafunda

PSflutua

PETafunda

PS, PETafundam

água

líquido X líquido Y

Questão 4

alternativa E

Na reação global, estão envolvidos os estados deoxidação +4 (UO )2 e +6 (UF )6 do urânio.

Considere a reação global de produção deUF6 a partir da reação entre UO2 , HF e F2, eas informações adicionais sobre entalpias deformação fornecidas a seguir.

Substância(estado físico)

Entalpia de formaçãoa 25 Co (kJ mol−1)

UO2(s) −1130

HF(g) −270

UF6(g) −2110

H O2 (g) −240

É correto afirmar que, a 25 Co , a reação de

formação de UF6 a partir de UO2 , conformedescrito pela equação da reação global, é…………………… kJ por mol de UF6 formado.Assinale a alternativa com as informaçõesque preenchem corretamente a lacuna da fra-se acima.a) exotérmica, liberando 380b) exotérmica, liberando 950c) exotérmica, liberando 2110d) endotérmica, absorvendo 2110e) endotérmica, absorvendo 1080

alternativa A

Cálculo da variação de entalpia envolvida na rea-ção global, a 25oC:

Δ Δ Δ ΔH [ H 2 H ] [ HfUF6 fH2O fUO2= + ⋅ − +

+ ⋅ +4 H H ]fHF fF2Δ Δ

ΔH [ 2 110 2 ( 240)] [ 1 130= − + ⋅ − − − ++ ⋅ − +4 ( 270) 0]

ΔH 380 kJ/mol UF6= −Logo a reação global é exotérmica, liberando380 kJ por mol de UF6 formado.

Os compostos de flúor utilizados no proces-samento do urânio são formados exclusiva-mente pelo isótopo 19, com massa atômicaigual a 18,99840. O UF6 gasoso obtido noprocessamento do urânio é, portanto, umamistura de 235

6UF e 2386UF , com massas

moleculares de 349,0343 e 352,0412, respec-tivamente. Numa etapa subseqüente doprocessamento, a mistura gasosa é reduzidaa urânio metálico sólido por reação commagnésio. Com relação a estas informaçõese aos processos de separação da mistura dosfluoretos de urânio, são feitas as seguintesafirmações:I. No processo de obtenção de urânio metá-lico a partir da reação de UF6 com mag-nésio, a diferença entre as reatividades quí-micas de 235

6UF e 2386UF permite a sepa-

ração do urânio nas duas formas isotópicaspuras.II. O 235

6UF pode ser separado do 2386UF por

destilação fracionada do líquido obtido, apósresfriamento da mistura gasosa inicial.III. A ultracentrifugação da mistura gasosa éum método conveniente para se obter o enri-quecimento do produto final em 235

6UF .

É correto o que se afirma em:a) I, apenas.b) II, apenas.c) III, apenas.d) II e III, apenas.e) I, II e III.

alternativa C

I. Incorreta. O 2356UF e o 238

6UF não apresen-tam diferenças significativas que permitam a se-paração por processos químicos.II. Incorreta. O 235

6UF e o 2386UF não apresen-

tam uma diferença significativa entre as suas tem-peraturas de ebulição, de modo que a destilaçãonão é um processo viável para a sua separação.III. Correta. A diferença de massa entre o 235

6UF

e o 2386UF é suficiente para a sua separação por

ultracentrifugação gasosa.

química 3

Questão 5

Questão 6

O 235U é o responsável pela energia produzi-da por reatores comerciais, através do proces-so de fissão nuclear. O 238U, que constitui amaior parte do combustível nuclear, não sofreprocesso de fissão nessas condições. No entan-to, ao ser atingido por nêutrons produzidos nofuncionamento normal do reator, dá origem aoisótopo 239U, que emite, sucessivamente, duaspartículas β, gerando um produto radioativo,com meia-vida extremamente longa e quepode ser utilizado para fins militares. Sobre oproduto gerado pelo decaimento radioativo do239U, pela emissão sucessiva de duas partícu-las β, é correto afirmar que se trata dea) 93

239Np. b) 94239Pu.

c) 90234Th. d) 236U.

e) mistura de 237U e 238U.

alternativa B

A equação nuclear que representa o processo é:

92239

10

94239U 2 Pu→ +− β

As equações apresentadas a seguir represen-tam equilíbrios químicos estabelecidos sepa-radamente no interior de cilindros dotados deêmbolos móveis. Considerando que cada cilin-dro terá seu volume reduzido à metade do va-lor inicial, mantida a temperatura constante,assinale a alternativa que representa o equi-líbrio afetado por esta alteração.a) C O2( ) ( )s g+ CO (2 g)

b) H ( Br (2 2g g) )+ 2HBr (g)

c) CH ( 2 O4 g g) ( )+ 2 CO ( 2 H O (2 2g g) )+d) CaCO (3 s) CaO ( CO (2s g) )+e) FeO ( CO (s g) )+ Fe ( CO (2s g) )+

alternativa D

Segundo o Princípio de Le Chatelier, um aumentode pressão provocado pela redução do volume des-loca o equilíbrio no sentido da diminuição do núme-ro de mols de gases, e a única alternativa que temo equilíbrio afetado, nessas condições, é a D.

Entre os vários medicamentos disponíveispara o tratamento da disfunção erétil, um de-les tem como princípio ativo o tadalafil, cujafórmula estrutural é fornecida a seguir.

Com respeito ao tadalafil, é correto afirmar:a) todos os anéis da molécula apresentampelo menos um heteroátomo.b) a molécula apresenta a função éster.c) a molécula apresenta a função aldeído.d) a molécula apresenta a função amina pri-mária.e) a molécula possui átomo de carbono assi-métrico.

alternativa E

A estrutura apresenta carbono assimétrico (C )∗ :

Óleos vegetais têm a seguinte fórmula geral

química 4

Questão 7

Questão 8

Questão 9

Tadalafil(C H N O )22 19 3 4

O

N

N

O

N

H

OO

Tadalafil(C H N O )22 19 3 4

O

N

N

O

N

H

OO

*

*

Questão 10

H

H

C CO

H C O C

O

R2

H C

H

O C R3

R1

O

O

onde R1 , R2 e R3 são cadeias abertas de car-bono e hidrogênio formadas, em geral, por 13a 17 átomos de carbono, que podem ser iguaisou diferentes, saturadas ou insaturadas, compredominância das insaturadas com até trêsinsaturações. A partir desses óleos, podemser obtidos diversos produtos de interesse in-dustrial e tecnológico. Como exemplos, consi-dere os seguintes processos:I. Hidrogenação parcial, catalisada por Nimetálico, formando o produto X.II. Reação com NaOH, formando glicerol e oproduto Y.III. Reação com C H OH2 5 , catalisada porKOH, formando glicerol e o produto Z.

É correto afirmar que os produtos X, Y e Zcorrespondem, respectivamente, aa) banha vegetal, detergente e sabão.b) manteiga, sabão e banha vegetal.c) margarina, sabão e biodiesel.d) biodiesel, banha vegetal e gasolina sintéti-ca.e) gasolina sintética, sabão e banha vegetal.

alternativa C

As reações descritas dão origem, respectivamen-te, aos seguintes produtos: margarina, sabão(sais de ácidos graxos) e biodiesel (monoésteresetílicos).

química 5

2ª PARTE: QUESTÕES DISCURSIVAS

Atualmente, a humanidade depende forte-mente do uso de combustíveis fósseis paraatender suas necessidades energéticas. Noprocesso de queima desses combustíveis, alémdos produtos diretos da reação de combustão –dióxido de carbono e vapor de água –, váriosoutros poluentes gasosos são liberados para aatmosfera como, por exemplo, dióxido de ni-trogênio e dióxido de enxofre. Embora nos úl-timos anos tenha sido dado destaque especialao dióxido de carbono por seu papel no efeitoestufa, ele, juntamente com os óxidos de ni-trogênio e enxofre, tem um outro impacto ne-gativo sobre o meio ambiente: a propriedadede se dissolverem e reagirem com a água,produzindo os ácidos correspondentes, queacarretam a acidificação das águas das chu-vas, rios, lagos e mares.a) Escreva as equações químicas balanceadasdas reações de dióxido de carbono e dióxidode enxofre com a água, dando origem aos áci-dos correspondentes.b) A chuva acidificada pela poluição reagecom o carbonato de cálcio, principal compo-nente de rochas calcárias, provocando a dis-solução lenta dessas rochas. Escreva a equa-ção química balanceada entre o carbonato decálcio e os íons H+ presentes na chuva acidi-ficada.

Resposta

a) As equações químicas são:CO H O2(aq) 2 ( )+

�H CO2 3(aq)

SO H O2(aq) 2 ( )+�

H SO2 3(aq)

b) A equação química é:

CaCO 2 H Ca CO H O3(s) (aq) (aq)2

2(g) 2 ( )+ → + ++ +�

As curvas A, B, C e D, mostradas na figura,apresentam as variações das pressões de va-

por em função da temperatura de quatrosubstâncias puras.

A tabela a seguir apresenta as fórmulas emassas molares das quatro substâncias asso-ciadas às curvas A, B, C e D, porém não ne-cessariamente nesta ordem.

SubstânciaMassa molar

(g/mol)

H2O 18

CH3COOH 60

HCCl3 119

CCl4 154

a) Considere que cada substância foi aqueci-da, isoladamente, até 70 oC, sob pressão de760 mmHg. Quais das curvas (A, B, C ou D)representam as substâncias que estão no es-tado gasoso nessas condições? Justifique suaresposta.b) Identifique qual curva de pressão de vaporem função da temperatura (A, B, C, ou D)corresponde àquela da substância CCl4 . Jus-tifique sua resposta.

Resposta

a) Pelo gráfico, a 760 mmHg apenas a curva D re-presenta uma substância de ponto de ebuliçãomenor que 70oC (aproximadamente 60oC, nocaso). Portanto, a substância D está no estadogasoso a 70oC.b) A temperatura de ebulição (Te) de uma substân-cia molecular aumenta com as forças intermolecu-

Questão 31

Questão 32

600

Pre

ssã

o(m

mH

g)

400

200

0

800

1000

1200

1400

20 40 60 80

D

C

B

A

Temperatura ( C)°

lares e as massas moleculares. Moléculas peque-nas apolares (CC )4� ou pouco polares (HCC )3�

apresentam fracas forças de atração entre si.Nestes casos, a Te é fortemente dependente damassa molecular.Portanto, a curva D, líquido mais volátil (menorTe), corresponde à substância de menor massamolecular: HCC 3� , e a curva C é a do CC 4� , asubstância apolar de maior massa molecular.

Uma das origens da água fornecida à popula-ção são as fontes superficiais, compreendendorios e lagos, cujas águas normalmente con-têm material em suspensão. Um dos proces-sos utilizados para a remoção do material emsuspensão envolve a reação entre FeCl3 eCa(OH)2 , com produção de Fe(OH)3 gelatino-so, o qual, durante sua decantação, removeesse material, que se deposita no fundo dotanque de decantação. Na seqüência, a águajá clarificada segue para as outras etapas dotratamento, envolvendo filtração, cloração,ajuste do pH e, eventualmente, fluoretação.Considere um lote de água tratado por esseprocesso e distribuído à população com pHigual a 7,0.a) Nas condições descritas, calcule a concen-tração máxima de ferro dissolvido na água,expressa em mol/L. Explicite seus cálculos.Constante do produto de solubilidade deFe(OH)3 a 25 oC: 4 × 10−38.b) Segundo as normas vigentes, o valor máxi-mo para o teor de ferro dissolvido em águapotável é de 0,3 mg/L. O lote de água em con-sideração atende à legislação? Justifique suaresposta, comparando o valor máximo previs-to pela legislação com a concentração de ferroencontrada no lote de água distribuído para apopulação.

Resposta

a) A equação de dissociação do precipitado é:

Fe(OH)3(s) Fe 3 OH(aq)3

(aq)+ −+

Numa solução de pH = 7, a concentração molardos íons OH− é de 10−7 mol/L. Desse modo, aconcentração de íons ferro será:Kps = ⋅+ −[Fe ] [OH ]3 3

4 10 [Fe ] (10 )38 3 7 3⋅ = ⋅− + −

[Fe ] 4 103 17+ −= ⋅ mol/L

b) Cálculo da concentração de ferro, em mg/L:

4 10 mol Fe1 L água

conc. molar

56 g Fe17 3⋅ ⋅− +

� ���� ����

3

31 mol Fem. molar

+

+ =� ��� ���

= ⋅ −2,24 10 15 g/L ou 2,24 ⋅ 10−12 mg/LLogo, o lote de água tratada atende à legislaçãoquanto à concentração de ferro.

Uma tecnologia promissora para a reduçãodo uso de combustíveis fósseis como fonte deenergia são as células de combustível, nasquais os reagentes são convertidos em produ-tos através de processos eletroquímicos, comprodução de energia elétrica, que pode ser ar-mazenada ou utilizada diretamente. A figuraapresenta o esquema de uma célula de com-bustível formada por duas câmaras dotadasde catalisadores adequados, onde ocorrem assemi-reações envolvidas no processo.

O contato elétrico entre as duas câmaras sedá através de uma membrana permeável aíons H+ e do circuito elétrico externo, poronde os elétrons fluem e acionam, no exemploda figura, um motor elétrico. Comparando-seum motor a explosão com outro movido a ele-tricidade gerada por uma célula de combustí-vel, ambos utilizando etanol, os produtos fi-nais serão os mesmos – CO2 e H2O –, mas aeficiência da célula de combustível é maior,além de operar em temperaturas mais baixas.a) Sabendo que no processo estão envolvidos,além de reagentes e produtos finais, a água,íons H+ e elétrons, escreva as equações quí-micas balanceadas para as semi-reações queocorrem em cada câmara da célula de com-bustível apresentada na figura.b) Determine o sentido do fluxo de elétronspelo circuito elétrico externo (motor elétrico).Justifique sua resposta.

química 2

Questão 33 Questão 34

Membrana polimérica permeável a íons H+

Excesso

O gasoso2

H O líquida2CO gasoso2

Motorelétrico

C H OH H O, líquidos2 5 2+

C

O

H

N

C

O

N

H

função: amida

Resposta

a) As semi-reações de eletrodo e a equação glo-bal são:• pólo positivo:

O 4 H 4e 2 H O2(g) (aq) redução

cátodo2 ( )+ ++ −

�

• pólo negativo:

C H OH 3 H2 5 2 oxidação( ) ( )� �+ O

ânodo

oxidação (aq) 2( )12 H 2 CO 12 eânodo

g+ −+ +

• equação global:C H OH 3 O 2 CO 3 H O2 5 2 2(g) 2 ( )( ) ( )� �

+ → +g

b) Numa pilha o sentido de fluxo de elétrons, pelocircuito externo, é do pólo negativo (perda de elé-trons) para o pólo positivo (ganho de elétrons).

Uma porção representativa da estrutura dopolímero conhecido como Kevlar, patente daDuPont, é mostrada na figura a seguir.

A estrutura pode ser descrita como sendo for-mada por longas fibras poliméricas, aproxi-madamente planares, mantidas por ligaçõescovalentes fortes, e cada fibra interagindocom suas vizinhas através de ligações de hi-drogênio, representadas por linhas interrom-pidas na figura. Devido ao conjunto dessasinterações, o polímero é altamente resistentea impactos, propriedade que é aproveitada naconfecção de coletes à prova de bala.a) Escreva as fórmulas estruturais dos doisreagentes utilizados na síntese do Kevlar,identificando as funções orgânicas presentesnas moléculas de cada um deles.b) Transcreva a porção representativa da fór-mula estrutural da fibra polimérica em des-taque na figura (dentro dos colchetes) paraseu caderno de respostas. Assinale e identifi-que a função orgânica que se origina da rea-ção de polimerização.

Resposta

a) O Kevlar pode ser obtido da copolimerizaçãopor condensação dos seguintes monômeros:

b)

química 3

Excesso

O gasoso2

H O líquida2CO gasoso2

Motorelétrico

C H OH H O, líquidos2 5 2+

+_

e_

Questão 35

O

C

C

O

C

N

H

O

H

N

C

O

N

O

C

H

O

CN

H

C

O

O

C

HO C C OH

O O

função: ácido carboxílico

NH2

função: amina

H2N