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243 Química QUESTÕES GLOBALIZANTES 1. O AMONÍACO NA SOCIEDADE O amoníaco (NH 3 ) é uma das substâncias produzidas na in- dústria química que tem mais impacto na nossa sociedade. É utilizado na produção de fertilizantes, de explosivos, de corantes e de ácido nítrico. A nível agrícola, o uso intensivo dos solos torna-os mais po- bres, pelo que é necessário adicionar-lhes quantidades sig- nificativas de compostos que contenham azoto, fósforo e potássio. A adição é feita a partir de adubos, sendo os mais importantes os azotados, que são fabricados a partir de amoníaco e ácido nítrico. O amoníaco forma-se pela reação de síntese, a elevada pressão, recorrendo ao azoto at- mosférico e ao hidrogénio. Um dos objectivos fundamentais da indústria de produção do amoníaco é obtê-lo ao preço mais baixo possível, mas respeitando as regras de segurança e de proteção ambiental. 1.1. Explique em que consiste uma reação de síntese. 1.2. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte: O azoto utilizado na síntese do amoníaco é obtido a partir do ar por… (A) … decantação em funil. (B) … destilação fracionada. (C) … destilação simples. (D) … centrifugação. 1.3. O gráfico mostra como varia a constante de equilíbrio, K c , da síntese do amoníaco em função da tempera- tura. 1.3.1. Escreva a equação química que traduz a síntese do amoníaco. 1.3.2. Escreva a expressão da constante de equilíbrio e ex- plique como esta varia com a temperatura. 1.3.3. Com base na informação apresentada, selecione a al- ternativa correcta. (A) A diminuição da temperatura aumenta o rendi- mento da reação. (B) A elevação da temperatura diminui a velocidade da reação. (C) A reação de síntese do amoníaco é endotérmica. (D) A elevação de temperatura favorece o consumo de H 2 e de N 2 . 1.3.4. Indique o significado de cada um dos seguintes símbolos encontrados no rótulo de uma so- lução aquosa de amoníaco a 25% (m/m). (A) (B) (C) (D) 1.3.5. Refira por que motivos são impostas condições de segurança na manipulação do amoníaco. © Edições ASA Química Temperatura K c Variação da constante de equilíbrio da síntese do amoníaco com a temperatura. Adubo azotado.

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Química

QUESTÕES GLOBALIZANTES

1. O AMONÍACO NA SOCIEDADE

O amoníaco (NH3) é uma das substâncias produzidas na in-dústria química que tem mais impacto na nossa sociedade.É utilizado na produção de fertilizantes, de explosivos, decorantes e de ácido nítrico.

A nível agrícola, o uso intensivo dos solos torna-os mais po-bres, pelo que é necessário adicionar-lhes quantidades sig-nificativas de compostos que contenham azoto, fósforo epotássio. A adição é feita a partir de adubos, sendo os maisimportantes os azotados, que são fabricados a partir deamoníaco e ácido nítrico.

O amoníaco forma-se pela reação de síntese, a elevada pressão, recorrendo ao azoto at-mosférico e ao hidrogénio.

Um dos objectivos fundamentais da indústria de produção do amoníaco é obtê-lo ao preçomais baixo possível, mas respeitando as regras de segurança e de proteção ambiental.

1.1. Explique em que consiste uma reação de síntese.

1.2. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte:

O azoto utilizado na síntese do amoníaco é obtido a partir do ar por…

(A) … decantação em funil. (B) … destilação fracionada.

(C) … destilação simples. (D) … centrifugação.

1.3. O gráfico mostra como varia a constante de equilíbrio,Kc, da síntese do amoníaco em função da tempera-tura.

1.3.1. Escreva a equação química que traduz a síntese doamoníaco.

1.3.2. Escreva a expressão da constante de equilíbrio e ex-plique como esta varia com a temperatura.

1.3.3. Com base na informação apresentada, selecione a al-ternativa correcta.

(A) A diminuição da temperatura aumenta o rendi-mento da reação.

(B) A elevação da temperatura diminui a velocidade da reação.

(C) A reação de síntese do amoníaco é endotérmica.

(D) A elevação de temperatura favorece o consumo de H2 e de N2.

1.3.4. Indique o significado de cada um dos seguintes símbolos encontrados no rótulo de uma so-lução aquosa de amoníaco a 25% (m/m).

(A) (B) (C) (D)

1.3.5. Refira por que motivos são impostas condições de segurança na manipulação do amoníaco.

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Química

Temperatura

Kc

Variação da constante de equilíbrio da síntese do amoníaco com a temperatura.

Adubo azotado.

70

60

50

40

30

20

10

00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Ptotal/atm

300 °C

350 °C

400 °C

500 °C

% d

e N

H3

na a

mos

tra

X

Energias de ligação.

1.4. O gráfico da figura represen ta, aproximadamente, as percentagens de amoníaco em equilíbriocom os gases azoto (N2) e hidrogénio (H2) na mistura da reação, a diferentes pressões e tem-peraturas.

Composição do sistema reacional.

1.4.1. Atendendo apenas à informação contida no gráfico da figura anterior, selecione a única al-ternativa correcta.

(A) A formação de amoníaco é favorecida em condições de alta temperatura e alta pressão.

(B) A reação de formação de amoníaco é um processo endotérmico.

(C) Em recipiente fechado, a pressão constante, o aumento de temperatura favorece a de-composição do amoníaco em hidrogénio e azoto.

(D) Em recipiente fechado, a pressão constante, um aumento de temperatura faz aumentaro valor da constante de equilíbrio.

1.4.2. Admita que a reação de síntese de amoníaco realizada à temperatura de 400 °C e à pressãode 130 atm tenha produzido 75 toneladas de amoníaco até se atingir o equilíbrio.

Se essa síntese tivesse sido feita à temperatura de 300 °C e à pressão de 100 atm, quantastoneladas a mais de amoníaco seriam obtidas?

Apresente todas as etapas de resolução.

1.4.3. Refira, justificando, se a linha do gráfico da figura, assinalada com x, pode corresponderaos dados de equilíbrio para uma reação realizada à temperatura de 500 °C na presençade um catalisador.

1.4.4. Com base no conceito de equilíbrio químico e nos dados fornecidos, indique quais seriam,teoricamente, as condições de pressão e temperatura que favoreceriam a formação de NH3.

Fundamente sua resposta.

1.4.5. Na prática, a reação é efectuada nas seguintes condições: pressão entre 200 e 300 atmos-feras, temperatura de 450 °C utilizando-se ferro metálico como catalisador. Justifique porque motivo essas condições são utilizadas industrialmente para a síntese de NH3.

1.5. Considere a variação de entalpia(�H) para a reação de síntese doamoníaco -93 kJ.

Complete a tabela que se segue, de-terminando o valor x.

Apresente todas as etapas de reso-lução.

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244 © Edições ASA

Tipo de ligação Energia de ligação / kJ mol-1

H - H 436

N ≠ N 94

H - N x

1.6. A cisplatina ou cis-diaminodicloroplatina (II), cuja fórmula química é Pt(NH3)2Cl2, é umagente antineoplásico. Desempenha um papel importante no tratamento de diversos tiposde cancro, sendo utilizado na maioria dos protocolos de tratamento de diversas neoplasias(testículo, ovário, garganta, bexiga, esófago, etc).

Este princípio activo é preparado através da reação de amoníaco com o tetracloroplatinatode potássio – K2PtCl4 – segundo a reação traduzida pela seguinte equação:

K2PtCl4 + 2 NH3 " Pt(NH3)2Cl2 + 2 KCl

1.6.1. Considere uma situação em que se utilizaram 10,0 g de amoníaco e 100,0 g de tetracloro-platinato de potássio – K2PtCl4.

1.6.1.1. Determine a quantidade de cisplatina que se formou nas condições referidas, ad-mitindo um rendimento de 80,0%.

1.6.1.2. Determine a quantidade de reagente que ficou por reagir.

1.6.2. Considere os dados da tabela seguinte.

Dados físico-químicos de reagente e produto da reação.

1.6.2.1. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correta.

(A) Uma solução saturada de Pt(NH3)2Cl2 é mais ácida que uma solução saturadade K2PtCl4.

(B) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 apresentam a mesma concen-tração de iões H3O

+.

(C) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 podem apresentar a mesmaconcentração em iões H3O

+.

(D) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 não possuem iões OH- em so-

lução aquosa.

1.6.2.2. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correta.

(A) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado peloK2PtCl4 é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2.

(B) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado peloK2PtCl4 é 1,1 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2.

(C) Para iguais massas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2.

(D) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado peloPt(NH3)2Cl2 é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo K2PtCl4.

1.7. Estudos feitos sobre a composição química de cigarros mostram que estes possuem amo-níaco na sua composição. A adição de amoníaco é feita para aumentar os níveis de absorçãode nicotina pelo organismo.

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Dados físico-químicos Pt(NH3)2Cl2 K2PtCl4

Solubilidade em água 2,5 g/L (20 °C) 10 g/L (20 °C)

Ponto de fusão 270 °C (decomposição) 250 °C

Massa molar 300,05 g/mol 415,09 g/mol

Densidade a 20 °C 3,7 g/cm3 3,4 g/cm3

Valor de pH da solução saturada a 20 °C 5-7 4-5

Cilindros contendo materiais gasosos.

Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

Em cigarros cuja massa de amoníaco é cerca de 14 mg, podemos afirmar que cada um con-tém…

(A) … 7 * 1019 moles de NH3.

(B) … 5 * 1020 átomos de H, provenientes de NH3.

(C) … 5 * 1020 moléculas de NH3.

(D) … 1,5 * 1021 átomos de N, provenientes de NH3.

1.8. A figura representa três cilindros, deigual volume, cheios com diferentes mis-turas gasosas.

O conteúdo dos três recipientes encon-tra-se à mesma pressão e temperatura eadmite-se que todos os gases ou mistu-ras gasosas tem comportamento degases perfeitos.

1.8.1. Selecione a alternativa que completa cor-rectamente a frase seguin te.

A ordem crescente da massa dos cilindros é:

(A) X < Y < Z (B) X < Z < Y (C) Y < X < Z (D) Y < Z < X

1.8.2. O primeiro cilindro contém 4,48 dm3 de amoníaco, em condições normais de pressão e tem-peratura (PTN).

Selecione a alternativa que permite calcular o número moléculas (N) de amoníaco que exis-tem nesse cilindro.

(A) N = 4,48 * 22,4 * 6,02 * 1023 moléculas.

(B) N = * 6,02 * 1023 moléculas.

(C) N = * 6,02 * 1023 moléculas.

(D) N = moléculas.

1.9. A indústria de produção de ácido nítrico (HNO3) usa o amoníaco (NH3) como matéria-prima.

Admita que o processo considerado pode ser traduzido pela equação:

8 NH3 (g) + 13 O2 (g) "@ 4 HNO3 (aq) + 10 H2O (l) + 4 NO (g)

1.9.1. Misturaram-se 225 dm3 de NH3, com oxigénio suficiente, nas condições PTN.

Determine a massa, em gramas, de HNO3 produzida, sabendo que o rendimento da reaçãoé de 90,0%.

1.9.2. Explique o motivo pelo qual o amoníaco é considerado uma base segundo a teoria de Bröns-ted-Lowry, mas não o é segundo a teoria de Arrhenius.

1.9.3. O ácido nítrico (HNO3) é constituído por átomos de oxigénio, azoto e hidrogénio.

Comente a afirmação:

O raio atómico do azoto é inferior ao raio atómico do oxigénio.

1.10. Para detetar se um produto comercial continha azoto amoniacal, um grupo de alunos efec-

22,44,484,4822,4

4,4822,4 * 6,02 * 103

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246 © Edições ASA

NH3

NH3

NH3

H2 N2

+ +

X Y Z

PRODUTO COMERCIAL

C

Reação com HCl

Papel vermelho de tornesol humedecido

NH3

Reação com CuSO4 (aq)

D E Precipitado azul claro

Solução adquire cor azul escura

Identificado através de

Com excesso

Operação I

tuou alguns ensaios laboratoriais.

Para evitar dificuldades na obtenção dos resultados, utilizaram também duas amostras pa-drão.

Amostra padrão A – amostra de referência

Amostra padrão B – amostra em branco

1.10.1. Justifique o facto de os alunos usarem diferentes testes laboratoriais para identificar apresença do azoto amoniacal no produto em análise.

1.10.2. Justifique a necessidade de usarem as amostras padrão A e B referidas.

1.11. O diagrama seguinte apresenta uma possível organização da atividade laboratorial realizadapelos alunos.

Complete-o, indicando:

1.11.1. a designação da operação I;

1.11.2. a espécie química representada pela letra C;

1.11.3. os resultados dos testes, representados pelas letras D e E, a uma amostra do produto co-mercial em estudo.

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Química

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2. RENDIMENTO DE UMA SÍNTESE

2.1. De acordo com o texto, identifique a razão que mais contribui para o elevado custo de pro-dução de um dado fármaco.

2.2. Selecione a opção que completa de forma correcta a frase que se segue.

Numa reação de síntese, o produto obtido é sempre…

(A) … uma substância simples. (B) … uma substância iónica.

(C) … uma substância composta. (D)… uma substância sólida, à temperatura ambiente.

2.3. Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações.

(A) Quando se pretende realizar, industrialmente, a síntese de um produto énecessário fazer-se um estudo quantitativo das reações químicas envolvidas.

(B) Numa reação química, as quantidades de produtos obtidos são, de um modo geral,iguais às previstas pela estequiometria.

(C) Um rendimento de 35% significa que apenas reagiu 35% da massa total dos reagentes.

(D) Os sais simples são constituídos por um único tipo de catião e um único tipo de anião.

(E) Os sais hidratados são aqueles que contêm na sua estrutura, além de iões, moléculas de água.

(F) Os sais que não estão hidratados dizem-se anidros.

(G) O sulfato de tetraaminocobre (II) monohidratado é um sal complexo.

2.4. Um grupo de alunos realizou, numa aula laboratorial, a síntese do sal sulfato de tetraami-nocobre(II) monohidratado.A reação que traduz a síntese deste sal é:

CuSO4.5 H2O (s) + 4 NH3 (aq) " [Cu(NH3)4]SO4.H2O (s) + 4 H2O (l)

2.4.1. Refira o nome do sal hidratado presente nos reagentes da reação.

2.4.2. Para realizar a síntese, o grupo de alunos usou:

• 8,0 cm3 de uma solução concentrada de amoníaco (M = 17,00 g mol-1) a 25,0% m/m er = 0,91 g cm-3;

• 2,03 * 10-2 moles de CuSO4.5H2O.

A síntese de um fármaco pode implicar várias fases desde asmatérias iniciais até ao produto final; a complexidade dessasfases representa, talvez, o factor mais importante dos custosde produção.Nesse sentido, a indústria química actual tem como objectivoproduzir grandes quantidades de produto ao mais baixo custoe respeitando as normas que impõem limites para a emissãode substâncias poluentes, numa lógica de aliar a ciência coma tecnologia e com a sociedade e o ambiente, de forma sus-tentada.As sínteses laboratoriais visam a obtenção de produtos não só em quantidades muito su-periores àquelas que é possível extrair de fontes naturais, mas também produtos com pro-priedades idênticas, mais acentuadas ou mesmo inexistentes nos produtos naturais.No laboratório escolar mimetizam-se as sínteses que ocorre em grande escala. Uma dassínteses que é habitual realizar-se é a do sal complexo sulfato de tetraaminocobre(II)monohidratado.

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Síntese em laboratório.

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Química

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A massa de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado obtida nesta reação foi 3,53 g.

2.4.2.1. Determine qual dos reagentes é o limitante. Apresente todas as etapas de resolução.

2.4.2.2. Calcule o rendimento da reação realizada.

2.5. Considere os seguintes instrumentos de vidro (as imagens não estão à escala).

(A) (B) (C) (D)

Selecione a alternativa que melhor se adequa para medir 8,0 cm3 de amoníaco.

2.6. Os cristais do sal CuSO4.5H2O foram reduzidos a pó num almofariz.

Selecione, das alternativas que se seguem, a única que traduz uma ação correcta.

(A) Os cristais de sal deveriam ser triturados depois de ter sido feita a pesagem da massacorrespondente às 0,020 moles.

(B) Os cristais de sal não deveriam ser reduzidos a pó antes da pesagem porque dessemodo é mais fácil medir a massa pretendida.

(C) Os cristais de sal deveriam ser reduzidos a pó porque assim a dissolução em água émais fácil.

(D) Os cristais de sal deveriam ser reduzidos a pó de modo a diminuir a sua hidratação.

2.7. Na figura seguinte, as imagens A, B, C , D E e F representam etapas do procedimento labo-ratorial de preparação do sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado.

(A) (B) (C)

(D) (E) (F)

Etapas de preparação do sal sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado.

2.7.1. Ordene sequencialmente, da fase inicial à final, as imagens de A a F.

2.7.2. Explique que etapa da experiência representa a imagem E.

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5 mL 10 mL

2.8. Para remover a solução na qual os sais de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratadose encontram, efectua-se uma filtração por sucção.

2.8.1. Apresente uma razão para ser realizada filtração por sucção e não filtração por gravidade.

2.8.2. Selecione a opção que indica o material necessário à realização da filtração por sucção.

(A) Papel de filtro, bomba de sucção, funil de Büchner e kitasato.

(B) Centrífuga, papel de filtro e funil de Büchner.

(C) Bomba de sucção, funil de líquidos, gobelé e papel de filtro.

(D) Papel de filtro, funil de líquidos, centrífuga e kitasato.

2.9. Explique por que razão a secagem dos cristais de sulfato de tetraaminocobre(II) monohi-dratado não deve ser realizada numa estufa.

2.10. Além da síntese anterior, há muitas outras que são realizadas a nível da indústria química.

Por exemplo, em certas condições de pressão e temperatura, o clorato de potássio podeser sintetizado a partir do cloreto de potássio e oxigénio.

A equação que traduz a formação do clorato de potássio é:

2 KCl (s) + 3 O2 (g) " 2 KClO3 (s)

Numa dada reação, fez-se reagir 35,5 g de cloreto de potássio com 20% de impurezas com42,4 g de oxigénio.

2.10.1. Selecione a alternativa que representa a expressão que permite determinar o número deátomos de oxigénio presentes na amostra de oxigénio usada na reação.

(A) * 6,02 * 1023 átomos

(B) * 6,02 * 1023 átomos

(C) 2 * * 6,02 * 1023 átomos

(D) 2 * * 6,02 * 1023 átomos

2.10.2. Determine a massa de clorato de potássio produzida, admitindo que a reação é completa.

42,432,00

42,416,00

16,0042,4

42,432,00

QUESTÕES GLOBALIZANTESQuímica

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O proprietário de um laboratório químico admite que estáa ser enganado por um dos seus fornecedores. Adquiriu, aesse fornecedor, carbonato de sódio com garantia de pu-reza do produto na faixa de 96 a 98%, mas a utilização quetem feito do produto demonstra uma pureza inferior.Assim, solicitou a um dos seus técnicos de laboratório queverificasse a veracidade das informações, avaliando o graude pureza da amostra.

O técnico começou por preparar uma solução do carbonato de sódio adquirido, dissolvendo14,75 g de sal num balão volumétrico, obtendo-se 100,00 mL de solução. Dessa soluçãofoi retirada uma amostra de 10,00 mL que posteriormente foi titulada com ácido clorídricode concentração 0,50 mol dm-3.

Num laboratório químico.

Lista de material/equipamento

Vidro de relógio Garrafa de esguicho com água desionizada

Proveta de 5 mL Balão volumétrico de 100,00 mL

Medidor de pH Pipeta volumétrica de 4,00 mL

Termómetro Pipeta graduada de 4,0 mL

Cronómetro Garra para buretas

Pompete Refrigerante de Liebig

Espátula Agitador magnético

Balança Bureta de 50,00 mL

Gobelé Pipeta pasteur

Funil Suporte universal

Vareta Matraz de 100 mL

Frasco com solução de ácido clorídrico.

3. NUM LABORATÓRIO DE QUÍMICA

3.1. Da lista de material/equipamento da tabela seguinte, selecione sete elementos que o téc-nico de laboratório teve de utilizar para preparar a solução de carbonato de sódio.

3.2. Descreva, resumidamente, o procedimento efectuado pelo técnico na preparação da solução.

3.3. Selecione a única opção que apresenta corretamente aequação química que pode traduzir a titulação da solução decarbonato de sódio pelo ácido clorídrico.

(A) HCl (aq) + Na2CO3(aq) " NaCl (aq) + H2CO3(aq)

(B) 2 HCl (aq) + Na2CO3(aq) " NaCl (aq) + H2CO3(aq)

(C) HCl (aq) + Na2CO3(aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3(aq)

(D) 2 HCl (aq) + Na2CO3(aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3(aq)

3.4. A solução de ácido clorídrico usada na titulação foi prepa-rada pelo técnico a partir de ácido concentrado de um frascocujo rótulo, entre outras informações, continha as indicadasna figura.

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HCl

3.4.1. Dos seguintes símbolos, indique a alternativa que deve estar presente no rótulo da soluçãode ácido clorídrico.

(A) (B) (C) (D)

3.4.2. Explique a razão pela qual a preparação de soluções diluídas de ácido clorídrico, a partirda respectiva solução concentrada, deve ser realizada numa hotte.

3.4.3. Sabendo que o volume de solução de ácido preparado foi de 500,00 mL, determine o volumede ácido clorídrico concentrado utilizado para preparar a solução diluída.

3.4.4. Refira o nome e a capacidade do instrumento volumétrico adequado para preparar a soluçãodiluída.

3.4.5. A figura ao lado apresenta a pipeta volumétrica utilizado pelo técnicopara medir o volume de solução concentrada necessária para preparar asolução diluída de ácido clorídrico, observando-se a sua capacidade, a in-certeza associada à sua calibração ¿ 0,04 mL.

Tendo em conta as informações fornecidas, indique o intervalo de valoresno qual está contido o volume de solução de ácido clorídrico concentradomedido.

3.4.6. O técnico deverá ter alguns cuidados ao efetuar a leitura do nível de lí-quido na pipeta volumétrica, de modo a medir corretamente o volume desolução aquosa preparada.

Considerando o ilustrado na figura seguinte, selecione a única alternativaque corresponde à condição correcta de medição.

(A) (B) (C) (D)

Condições de medição do nível de líquido com uma pipeta volumétrica.

3.4.7. Refira o nome do tipo de erro que se pretende evitar ao ter os cuidados referidos em 2.4.6.

3.4.8. Descreva resumidamente o procedimento efectuado pelo técnico para preparar a soluçãodiluída de ácido clorídrico.

3.4.9. Comente a seguinte afirmação:

Para fazer a primeira mistura de ácido concentrado com a água é indiferente verter a águasobre o ácido concentrado ou o ácido concentrado sobre a água.

3.5. Para efetuar a titulação da solução de carbonato de sódio, o técnico começou por preparara bureta para, de seguida, a encher com solução diluída de HCl.

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mL+ 0,04

20

1.° ensaio 2.° ensaio 3.° ensaio 4.° ensaio

Vinicial/cm3 4,25 3,15 15,25 2,18

Vfinal/cm3 54,25 53,25 67,75 52,08

Registo de resultados experimentais.

pH

7

vtitulante

pH

7

vtitulante

pH

7

vtitulante

pH

7p.e.

vtitulante

p.e.p.e.

p.e.

(A) (B) (C) (D)

Realizou quatro ensaios, nas mesmas condições, a 25 °C, tendo obtido os resultados regis-tados na tabela apresentada a seguir.

3.5.1. Explique o que se deve entender por “preparar a bureta”.

3.5.2. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem sequencialmente osespaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

Para medir as quatro amostras de titulado utilizou-se ____________________ e para efec-tuar a titulação __________________________

(A) … um gobelé… uma proveta. (B) … uma proveta… uma bureta.

(C) … uma pipeta… uma bureta. (D) … uma bureta… uma proveta.

3.5.3. Justifique por que motivo, aquando da preparação do material para fazer a titulação, se:

3.5.3.1. deve passar a bureta pela solução de ácido clorídrico 0,50 mol dm-3;

3.5.3.2. deve passar a pipeta volumétrica pela solução de carbonato de sódio;

3.5.3.3. não deve passar o matraz por nenhuma destas soluções.

3.5.4. Relativamente aos volumes de titulante medidos, pode afirmar-se:Selecione a única alternativa correcta.

(A) O 4.° ensaio deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3.

(B) Nenhum dos ensaios deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3.

(C) O 3.° ensaio deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3.

(D) Nenhum dos ensaios deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,1 cm3.

3.5.5. Refira em que fase da adição de HCl (aq) se obtém uma maior variação de pH nos ensaiosde titulação efectuados.

3.5.6. Determine o volume de titulante gasto na titulação, exprimindo esse resultado em funçãodo valor mais provável.Apresente todas as etapas de resolução.

3.6. Determine a concentração da solução de carbonato de sódio.Apresente todas as etapas de resolução.

3.7. Das curvas de titulação a seguir apresentadas, selecione a única que pode traduzir a titu-lação do carbonato de sódio com o ácido clorídrico. Justifique a sua opção.

Curvas de titulação.

3.8. Explique, recorrendo a cálculos, o motivo pelo qual o laboratório deve devolver o lote decarbonato de sódio adquirido ao fornecedor.

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Um dos factores que determinam a qualidade do leite é a suaacidez. O leite logo após a ordenha possui uma acidez naturaldevido à presença, na sua composição, de caseína, fosfatos, al-bumina, dióxido de carbono, citratos e outros componentes.Essa acidez pode ser aumentada pela formação de ácido láctico,que é produzido pela degradação da lactose por bactérias tam-bém presentes no leite. Neste caso, essa acidez indica que a ati-vidade microbiana no produto é muito elevada e, por isso, o leitepode tornar-se impróprio para consumo.A acidez natural do leite varia entre 13 e 17, expressa pela Norma Portuguesa NP–470(de acordo com esta norma, entende-se por acidez de um leite, o volume de solução alca-lina 1,0 mol dm-3, expresso em cm3, necessário para neutralizar 1,0 dm3 de leite). De acordo com a referida NP, se a acidez de uma dada amostra de leite for inferior a 17,esse leite é próprio para consumo. A acidez do leite também pode ser expressa em quantidade de H3O

+ (número de moles)por litro de leite ou em gramas de ácido láctico por litro de leite.O leite proveniente de diversas fontes, após misturado, apresenta pH que varia entre 6,6e 6,8 (6,7 a 20 °C ou 6,6 a 25 °C).A densidade do leite varia entre 1,023 g/mL e 1,040 g/mL, a 15 °C.

Leite do dia.

12

13

14

15Nível de líquido na bureta no início e nofinal da titulação.

4. QUALIDADE DO LEITE

4.1. Escreva a equação química que traduz a ionização do ácido láctico, CH3CHOHCOOH, em água.

4.2. Determine o valor médio da densidade do leite a 288,15 K.Apresente todas as etapas de resolução e o valor determinado com o número de algarismossignificativos correto.

4.3. Na indústria de laticínios, tendo em vista a qualidade dos produtos, um dos parâmetros fun-damentais a ser controlado é a acidez do leite. Determina-se esse parâmetro, fazendo-se reagir amostras de leite com uma soluçãoaquosa de hidróxido de sódio até completa neutralização. Num dos ensaios, uma amostra de 10,00 cm3 de leite foi titulada com solução de hidróxidode sódio de concentração 0,100 mol dm-3.

4.3.1. Explique o significado da expressão “(…) fazendo-se reagir amostras de leite com uma so-lução aquosa de hidróxido de sódio, até completa neutralização”.

4.3.2. Para efectuar a titulação preparou-se uma bureta com hidróxido de sódio.Na figura está representado o nível de titulante na bureta no início e no final da titulação.

Início da titulação Final da titulação

Determine o volume de titulante gasto na titulação do 10,00 mL de leite.Apresente todas as etapas de resolução.

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4.3.3. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase seguinte:

A pipeta que foi usada para a medição das tomas de leite tem de ser…

(A) … muito bem lavada e passada por água desionizada.

(B) … muito bem lavada, passada por água desionizada e obrigatoriamente seca.

(C) … muito bem lavada, passada por água desionizada e pelo leite que de seguida vai medir.

(D) … muito bem lavada, passada por água desionizada e colocada a secar na estufa.

4.3.4. Selecione a única alternativa que refere o material de vidro necessário para efectuar, comrigor, a titulação referida em 3.3.

(A) Pipeta graduada de 10 mL, matraz de 50 mL, bureta de 25,00 mL.

(B) Pipeta volumétrica de 10,00 mL, balão volumétrico de 12,00 mL, bureta de 25,00 mL.

(C) Pipeta volumétrica de 10,00 mL , matraz de 50 mL, bureta de 25,00 mL.

(D) Pipeta graduada de 10 mL, balão volumétrico de 20,00 mL, bureta de 25,00 mL.

4.3.5. Tendo em consideração o leite em estudo, selecione a única alternativa correcta.

(A) A 20 °C, 500 mL desse leite contém, em média, 1 * 10-7 mol de iões H3O+.

(B) Em qualquer amostra desse leite, à temperatura de 25 °C, a [OH-] é menor do que a[OH-] à temperatura de 20 °C.

(C) A 25 °C, o pH desse leite é inferior ao seu pH a 20 °C, porque o aumento de temperaturadiminui a ionização das substâncias ácidas.

(D) A 20 °C, 500 mL desse leite podem conter 5 * 10-8 mol de iões OH-.

4.3.6. Selecione a única alternativa que completa corretamente a frase seguinte.

Tendo em consideração a titulação em estudo, podemos prever que, a 25 °C, a solução re-sultante no ponto de equvalência…

(A) … será ácida e torna carmim a fenolftaleína.

(B) … terá pH = 7.

(C) … terá pH superior a 7.

(D) … terá pH menor do que 7.

4.3.7. Determine, apresentando todas as etapas de resolução, a acidez do leite em estudo ex-pressa:

4.3.7.1. em quantidade de ácido láctico por litro de leite;

4.3.7.2. em massa de ácido láctico, expressa em gramas, por litro de leite.

4.3.8. Tendo como referência a Norma Portuguesa NP–470, verifique se o leite de onde foi retiradaa amostra para análise é próprio para consumo.

4.4. Em sistemas como o leite, a acidez, seja ela resultante de ácidos fortes ou de ácidos fracos,é determinada por titulação. Se o ácido HA do leite fosse um ácido forte, a concentraçãodesse ácido no leite originaria um pH de 1,7. No entanto, sabe-se que o leite tem pH de cercade 6. Considerando a diferença entre ácidos fortes e fracos, justifique o valor mais elevadodo pH do leite.

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A água dos aquários deve ser contro-lada, nomeadamente a nível do pH.

Mudanças bruscas no valor do pH sãoperturbadoras para os peixes e, poroutro lado, a concentração de iões H3O

+

deve ser compatível com as caracterís-ticas dos peixes. Assim, é necessáriomanter estável o pH.

A correção do pH pode ser feita utili-zando-se várias substâncias.

Para acidificar a água do aquário podem ser utilizadas soluções de ácido clorídrico (HCl)ou ácido fosfórico (H3PO4). Porém, deve ser tomado muito cuidado na manipulação destassubstâncias, pois trata-se de ácidos fortes que podem causar queimaduras em contactocom a pele, além do ião fosfato (PO4

3-) permitir a proliferação de algas.

A título de exemplo, se se deseja corrigir o pH de 7 para 6,8, deve utilizar-se uma solução 30% (m/m) de HCl na proporção de 1 gota (0,2 cm3) para cada 3,0 L de água.

5. CONTROLO DA ACIDEZ DE UM AQUÁRIO

5.1. Com base na informação do texto, selecione a única alternativa correcta.

(A) Numa solução neutra, qualquer que seja a temperatura, [OH-] = [H3O+] = 10-7 mol dm-3.

(B) Numa solução ácida, qualquer que seja a temperatura, [H3O+] > [OH-].

(C) Numa solução ácida, qualquer que seja a temperatura, [H3O+] < [OH-].

(D) Numa solução alcalina, qualquer que seja a temperatura, [OH-] > 10-7 mol dm-3.

5.2. Uma solução de ácido clorídrico a 30% (m/m) tem densidade aproximadamente 1,2 g/cm3.

A massa de HCl, expressa em gramas, existente numa gota (0,20 cm3) dessa solução édada por:

Selecione a opção correcta.

(A) m(HCl) = 0,30 * 1,2 * 0,20

(B) m(HCl) =

(C) m(HCl) =

(D) m(HCl) =

5.2.1. Determine, a 25 °C, a concentração de iões OH- quando pH da solução é 6,8.

5.2.2. O ácido fosfórico pode sofrer três ionizações em água.

As equações que traduzem essas ionizações são:

I. H3PO4 (aq) + H2O (l) "@ H2PO4- (aq) + H3O

+ (aq)

II. H2PO4- (aq) + H2O (l) "@ HPO4

2- (aq) + H3O+ (aq)

III. HPO42- (aq) + H2O (l) "@ PO4

3- (aq) + H3O+ (aq)

0,30 * 1,20,20

0,30 * 0,201,2

0,301,2 * 0,20

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2,0 x 10–14

00 20 30 40 50 60

KW

Temperatura/°C10

4,0 x 10–14

6,0 x 10–14

8,0 x 10–14

1,0 x 10–13

Produto iónicoda água.

5.2.2.1. Das alternativas seguintes, selecione a única correta.

(A) Nestas reações, a água comporta-se como partícula anfotérica.

(B) As espécies H3PO4/HPO42- constituem um par ácido-base conjugado.

(C) A espécie HPO42- (aq) é uma partícula anfotérica.

(D) A espécie PO43- (aq) pode ser um ácido segundo Brönsted-Lowry.

5.2.2.2. Escreva a expressão que traduz a constante de acidez para a primeira ionizaçãodo ácido fosfórico.

5.3. Adicionaram-se 0,05 mol de cloreto de sódio (NaCl) à água do aquário (pH = 7) e verificou--se que o valor de pH não sofreu alteração. Contudo, adicionando-se 0,05 mol de cloretode amónio (NH4Cl) verificou-se que ocorreu variação no valor de pH.

Escreva um pequeno texto em que:

– realce o diferente comportamento destes dois sais em água;

– preveja se a solução obtida com o cloreto de amónio é ácida ou básica;

– justifique a previsão realizada.

5.4. As piscinas também são sistemas que necessitam de permanentes controlos do pH e datemperatura.

O gráfico traduz o produto iónico da água em função da temperatura.

5.4.1. Classifique a autoionização da água em termos energéticos.

5.4.2. Uma amostra de água de uma piscina foi aquecida à temperatura de 34 °C. O valor do pHda água a essa temperatura era 6,6.

Determine o pOH da água dessa piscina a 34 °C, apresentando todas as etapas de resolu-ção.

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“Quando o velho marinheiro de Coleride disse“Água, água, por todo o lado, mas nem só uma gotapara beber”, dava com isso uma ideia razoável dasituação global. A “água para beber” é um centé-simo de 1% da água do mundo, cerca de uma gotaem cada balde de água. A proporção de água docedo planeta é bastante superior – à volta de 3,5% –, mas a maior parte está congelada nas calotes degelo e nos glaciares das montanhas. Como a águado mar é corrosiva e tóxica para os animais e plan-tas terrestres, quase toda a água que utilizamostem de vir dessa preciosa centésima parte de 1%. Porém, ao contrário de muitos outros re-cursos naturais, a água é renovável, ou seja, é reposta continuamente pelo ciclo hidrológico.”

in H2O – Uma Biografia da Água, Philip Ball, p. 325 (1.a edição)

Água em diferentes estados físicos.

Água X Água Y Água Z

Garrafa de 0,5 L Garrafa de 1 L Garrafa de 1,5 L

pH 5,71 pH 6,2 pH 5,64

Ião hidrogenocar-bonato (HCO–

3)5,2 mg/L

Ião hidrogenocar-bonato (HCO–

3)1958 mg/L

Ião hidrogenocar-bonato (HCO–

3)8,1 mg/L

Ião sódio (Na+) 6,0 mg/L Ião sódio (Na+) 604 mg/L Ião sódio (Na+) 6,0 mg/L

Ião cálcio (Ca2+) 0,90 mg/L Ião cálcio (Ca2+) 80 mg/L Ião cálcio (Ca2+) 0,65 mg/L

Sílica (SiO2) 16,8 mg/L Sílica (SiO2) 56 mg/L Sílica (SiO2) 13,0 mg/L

6. ÁGUA, ÁGUA E… MAIS ÁGUA…

6.1. Explique o significado da frase do texto:

“Água, água, por todo o lado, mas nem só uma gota para beber.”

6.2. Justifique com uma expressão do texto, o facto de a água do mar não ser adequada ao con-sumo pelos seres vivos terrestres.

6.3. Substitua a expressão “água para beber” por outra equivalente.

6.4. Analisaram-se os rótulos comerciais de três águas engarrafadas (X, Y e Z), tendo-se trans-crito algumas informações para a tabela apresentada.

Tenha em atenção a capacidade das garrafas analisadas.

Informações contidas em rótulos comerciais de três águas engarrafadas.

6.4.1. Identifique qual das águas é mais ácida. Justifique a sua resposta.

6.4.2. Refira qual das águas se “oporá” menos à formação de espuma. Justifique a sua resposta.

6.4.3. A sílica é um constituinte de cada uma das águas analisadas.

6.4.3.1. Indique se a sílica será uma substância simples ou composta. Justifique a sua resposta.

6.4.3.2. Determine a massa de sílica existente na garrafa de água X.

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258 © Edições ASA

1,0 x 10–14

00 20 30 40 50 60

KW

Temperatura/°C10

5,0 x 10–14

10,0 x 10–14

25

Produto iónico daágua em funçãoda temperatura.

6.4.4. Nas águas analisadas há um grande número de sais dissolvidos. Esses sais são compostosiónicos.

Escreva a fórmula química dos seguintes compostos iónicos:

(A) Carbonato de lítio. (B) Sulfato de potássio.

(C) Fosfato de amónia. (D) Hidróxido de magnésio.

(F) Sulfureto de ferro (III). (G) Brometo de alumínio.

6.5. Do ponto de vista químico, a água é uma substância e, como tal, tem propriedades bem de-finidas. No gráfico, estão representados valores do produto iónico da água, Kw, a diferentestemperaturas, q.

6.5.1. Escreva a equação química que traduz a autoionização da água, indicando os estados físicosdas espécies químicas que nela presentes.

6.5.2. Justifique se a seguinte afirmação é verdadeira:

O pH da água a 60 °C é inferior ao pH da água a 25 °C.

6.5.3. Das alternativas seguintes, selecione a única correta.

(A) A autoionização da água é um processo exotérmico.

(B) O pH da água é 6,0, à temperatura de 25 °C.

(C) A autoionização da água a 50 °C é menos extensa do que a 25 °C.

(D) A 60 °C o pOH da água é menor do que 7.

6.5.4. Considere uma solução aquosa de ácido clorídrico de concentração 0,030 mol dm-3, à tem-peratura de 50 °C, completamente ionizado.

Determine o pOH da solução, apresentando todas as etapas de resolução.

6.6. A água é um solvente por excelência de muitos sólidos, líquidos e gases e promove a ocor-rência de reações químicas de importância crucial para a vida e para o ambiente.

A 25 °C, o pH da água do mar situa-se entre 8,1 e 8,4, enquanto a água da chuva apresentaum valor de pH entre 5,6 e 5,7.

6.6.1. Indique o carácter químico de cada uma das águas referidas, a 25 °C.

6.6.2. Refira o nome do gás responsável pelo valor do pH da água da chuva.

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6.7. À temperatura de 20 °C, preparam-se três soluções aquosas, A, B e C.

A: solução de ácido metanoico, Ka = 1,80 * 10-4

B: solução de ácido etanoico, Ka = 1,74 * 10-5;

C: solução de ácido cianídrico, Ka = 6,2 * 10-10.

6.7.1. Escreva os ácidos por ordem crescente da sua força relativa.

6.7.2. Indique, justificando, de entre as bases conjugadas dos três ácidos considerados, qual é amais forte, em solução aquosa.

6.7.3. A solução aquosa de ácido metanoico, HCOOH, tem pH = 3,0.

6.7.3.1. Escreva a equação química que traduz a ionização do ácido metanoico em água.

6.7.3.2. Determine a concentração inicial de ácido metanoico na solução aquosa preparada.

Apresente todas as etapas de resolução.

6.7.4. Comente a afirmação:

Apenas com o conhecimento dos valores de Ka dos ácidos presentes nas soluções A, B e C,não é possível dispô-las por ordem crescente do seu valor de pH.

6.8. Considere duas soluções de igual concentração, 0,02 mol/dm3, uma de ácido acético(CH3COOH) e outra de ácido cianídrico (HCN). À mesma temperatura, Ka (CH3COOH) = 1,8 * 10

-5 e Ka (HCN) = 5,0 * 10-10.

6.8.1. Determine a concentração de iões H3O+ na solução de ácido acético.

6.8.2. Das alternativas seguintes, selecione a única correta.

(A) A solução de ácido acético terá maior pH do que a de ácido cianídrico.

(B) A solução de ácido acético terá menor pH do que a de ácido cianídrico.

(C) As duas soluções terão o mesmo pH.

(D) Não há dados que permitam comparar o pH das duas soluções.

6.9. Considere uma solução de cianeto de sódio (NaCN) 0,10 mol dm-3, a 25 °C.

Selecione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.

Esta solução aquosa apresenta…

(A) … pH = 7.

(B) … pH < 7.

(C) … pOH > 7.

(D) … [H3O+] < [OH-].

6.10. Titularam-se, a 60 °C, 25,0 cm3 de solução de hidróxido de potássio com 12,5 cm3 de soluçãode ácido nítrico de concentração 0,20 mol dm-3.

6.10.1. Das afirmações seguintes, selecione a única correcta.

(A) O pH da solução no ponto de equivalência será 6,5.

(B) O pH da solução no ponto de equivalência será superior a 6,5.

(C) Durante a titulação, o valor do pH vai aumentando.

(D) Durante a titulação, o valor do pH permanece constante.

6.10.2. Determine a concentração da solução de hidróxido de sódio titulada.

Kw = 1,0 * 10-13, a 60 °C.

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260 © Edições ASA

As refinarias de todo o mundo processam cercade 3 biliões de toneladas de petróleo bruto porano, que é transformado numa grande gama deprodutos.

Algumas das frações mais leves que se obtémsão hidrocarbonetos, constituídos por três ouquatro átomos de carbono por molécula, queconstituem o gás combustível liquefeito (GPL).Este é uma mistura de moléculas de butano e depropano que, depois de ser engarrafado, pode servendido.

Por outro lado, as grandes moléculas provenientes da destilação do petróleo podem serdecompostas em moléculas mais pequenas e valiosas. Por exemplo, a qualidade da gaso-lina produzida é melhorada por um processo conhecido por reformação. No processo dereformação, hidrocarbonetos lineares como, por exemplo, o heptano, são convertidos emmoléculas de hidrocarbonetos alifáticos que ardem mais suavemente, causando menos“detonações” nos motores dos automóveis. Diz-se que uma gasolina com elevado teor des-sas moléculas de hidrocarbonetos alifáticos tem muitas octanas. A gasolina com mais oc-tanas queima de forma mais eficiente no motor, resultando numa maior potência. Assim,a gasolina de 95 octanas e a gasolina de 98 octanas diferem na eficiência de obtenção deenergia.

Energias de dissociação.

Ligação C – C C – H

Energia de dissociação/kJ mol-1 346 413

Refinaria de petróleo.

7. DOS HIDROCARBONETOS AOS COMBUSTÍVEIS

7.1. Selecione a alternativa que completa correctamente a frase:

De acordo com o texto, a energia aproveitada na queima de gasolina de 95 octanas…

(A) … é maior do que a aproveitada na queima da de 98 octanas.

(B) … é menor do que a aproveitada na queima da de 98 octanas.

(C) … é igual à que se aproveita na queima da de 98 octanas.

(D) … não é comparável com a energia aproveitada na queima de gasolina de 98 octanas.

7.2. O gás combustível liquefeito (GPL) é uma mistura de moléculas de butano e de propano.

7.2.1. Escreva a fórmula de estrutura do butano e do propano.

7.2.2. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase:

Nas PTN, em 12,2 dm3 de butano, há…

(A) 10 * 6,02 * 1023 átomos de H.

(B) 0,05 * 6,02 * 1023 átomos de H.

(C) 0,5 * 6,02 * 1023 átomos de H.

(D) 5 * 6,02 * 1023 átomos de H.

7.2.3. Na tabela seguinte encontram-se as energias de dissociação das ligações C – C e C – H.

Demonstre que a energia posta em jogo na dissociação das ligações de uma mole de butanoé maior do que na dissociação das ligações de igual quantidade de propano.

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7.2.4. A reação do butano com o oxigénio é traduzida pela equação:

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) " 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)

Colocaram-se num sistema reacional 150,0 g de butano e 12,5 mol de oxigénio, obtendo-se,nas PTN, 100,0 dm3 de CO2.

Determine o rendimento da reação.

Apresente todas as etapas de resolução.

7.3. A mistura de gases expelida pelo tubo de escape dos automóveis contém dióxido de carbonoe monóxido de carbono, que é um gás muito tóxico.

Na presença de oxigénio, estabelece-se o seguinte equilíbrio:

CO2 (g) "@ CO (g) + O2 (g) Kc (500 °C) = 4 * 10-6

Suponha que, na mistura expelida pelo tubo de escape de um automóvel, as concentraçõesde dióxido de carbono e de monóxido de carbono são, respectivamente, 10-4 mol dm-3 e 10-5 mol dm-3 e que temperatura da mistura é de 500 °C. A concentração média de oxigéniono ar é 10-2 mol dm-3.

7.3.1. Represente a molécula de dióxido de carbono em notação de Lewis.

7.3.2. Selecione a alternativa que completa correctamente a frase:Nas condições referidas…

(A) … o sistema está em equilíbrio químico.

(B) … o sistema está a evoluir no sentido directo.

(C) … o sistema está a evoluir no sentido inverso.

(D) … não podemos prever em que sentido está a evoluir o sistema.

7.3.3. O dióxido de carbono pode reagir com o hidrogénio de acordo com a equação:

CO2 (g) + H2 (g) "@ CO (g) + H2O (g) a 298 K, DH = 41,4 kJ mol-1.

Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras (V) e falsas (F).

(A) A reação é endoenergética.

(B) A adição de dióxido de carbono à reação faz aumentar a constante de equilíbrio.

(C) A adição de vapor de água ao sistema não faz deslocar o equilíbrio.

(D) A diminuição da pressão faz o sistema reacional evoluir no sentido direto.

(E) A diminuição do volume do reator faz o sistema evoluir no sentido direto.

(F) A 500 K, a constante de equilíbrio terá um valor superior que a 298 K.

(G) Removendo hidrogénio, o equilíbrio mantém-se inalterado.

(H) Para aumentar o rendimento da reação, pode diminuir-se a temperatura e retirar vapor de água.

7.4. O monóxido de azoto pode também ser expelido pelo tubo de escape.

Num reator, de capacidade 2 L, colocaram-se 0,04 mol de monóxido de azoto e 0,06 mol deoxigénio, tendo reagido de acordo com a equação:

2 NO (g) + O2 (g) "@ 2 NO2 (g).

Atingido o equilíbrio, verificou-se existir 0,0044 mol de NO2.Determine a constante de equilíbrio à temperatura a que decorreu a reação.Apresente todas as etapas de resolução.

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Certas reações químicas ocorrem porque um dos rea-gentes cede eletrões (oxidação) e, simultaneamente,outro (ou outros) recebe(m) esses eletrões (redução).Este tipo de transformação é designado por reação deoxidação-redução ou, mais simplesmente, por reaçãoredox. Um dos reagentes é reduzido e o outro é oxidado.

Um dos exemplos mais comuns de uma reação de oxi-dação-reação é a corrosão do ferro, a qual origina a for-mação da ferrugem.

A reação de um ácido com um metal é também, em geral, uma reação redox, na qual oácido é a espécie reduzida e o metal a oxidada.

Uma das aplicações deste tipo de reações é a galvanoplastia, na qual se utiliza uma soluçãoaquosa de um sal como, por exemplo, o nitrato de prata (AgNO3). O objeto que se pretendeque seja “prateado”, isto é, revestido a prata, deverá atrair os iões prata (Ag+) para queestes, ao receberem eletrões, se convertam em prata metálica, revestindo o material.

A oxidação-redução é também o processo-chave das reações eletroquímicas, isto é, dasreações em que há a produção de energia elétrica através de reações químicas. A energiafornecida pelas pilhas é obtida por este processo.

Geradores eletroquímicos.

Zn(s) Cu(s) Ag(s) Cu(s)

Ag+ (aq)Cu2+ (aq)Zn2+ (aq)Cu2+ (aq)

I II III IVPoder redutor de metais e sérieelectroquímica.

8. TRANSFERINDO ELETRÕES

8.1. Distinga oxidação de redução.

8.2. Apresente um argumento químico que justifique por que razão é necessário pintar portõese grades de ferro.

8.3. Traduza por uma equação a seguinte frase do texto.

“O objeto que se pretende que seja “prateado”, isto é, revestido a prata, deverá atrair osiões prata (Ag+) para que estes, ao receberem eletrões, se convertam em prata metálica,revestindo o material.”

8.4. A reação de um ácido com um metal é, também, em geral, uma reação redox.

Recorrendo ao conceito de número de oxidação, verifique se a reação seguinte é redox.

H2SO4 (aq) + Zn (s) " ZnSO4 (aq) + H2 (g)

8.5. Observe a figura que traduz algumas possíveis reações de oxidação-redução e a série ele-troquímica.

Au(s) Ag(s) Cu(s) Ni(s) Fe(s) Zn(s)

Aumento do poder redutor dos metais

8.5.1. Refira, justificando, em que sistemas será de prever a ocorrência de reação.

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8.5.2. Descreva, nas situações em que ocorreu reação, quais foram os resultados observáveis in-diciadores de ocorrência de reação.

8.5.3. Dos metais zinco (Zn), cobre (Cu) e prata (Ag), indique qual o que apresenta maior poderoxidante.

8.5.4. Refira os pares conjugados de oxidação-redução relativos às situações em que ocorre reação.

8.5.5. De acordo com os resultados obtidos experimentalmente, selecione a opção que traduz asequência correta de ordem crescente de poderes oxidantes dos catiões metálicos.

(A) Cu2+ < Zn2+ < Ag+ (B) Zn2+ < Ag+ < Cu2+

(C) Cu2+ < Ag+ < Zn2+ (D) Ag+ < Cu2+ < Zn2+

8.6. Laboratorialmente verifica-se que uma solução de ácido clorídrico (HCl) reage com o zinco(Zn) mas não reage com a prata (Ag).

Explique esta observação laboratorial em termos de oxidação-redução.

8.7. Tendo em conta a série electroquímica, referida em 4.5., indique o que será de prever quando:

8.7.1. se mergulha um prego de ferro numa solução de sulfato de cobre (II);

8.7.2. se mergulha um fio de cobre numa solução de sulfato de ferro (II).

8.8. A química do vanádio é digna de referência devido aos diferentes estados de oxidação queeste pode assumir. Os estados de oxidação comuns do vanádio são o +2 ( de cor lilás), o +3(de cor verde), o +4 (de cor azul) e o +5 (amarelo). Os compostos de vanádio (II) são agen-tes redutores, e os de vanádio (V) agentes oxidantes.

O vanadato de amónio, NH4VO3, pode ser reduzido através do metal zinco de maneira a obteras diferentes cores do vanádio nos seus diversos estados de oxidação.

8.8.1. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, osespaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

As pilhas de vanádio usam os referidos estados de oxidação, e a conversão dos mesmos éilustrada pela redução de uma solução fortemente ácida de um composto de vanádio (V)com o pó de zinco. Inicialmente a cor _____________ que é característica do ião vanadato(VO4

3-) é substituída pela cor _____________ do [VO(H2O)5]2+, seguida da cor _____________

[VO(H2O)6]3+ e da cor _____________ do [VO(H2O)6]

2+.

(A) … amarelo … azul … violeta … verde (B)… amarelo … verde … azul … violeta

(C) … amarelo … azul … verde … violeta (D) … azul … amarelo … verde … violeta

8.8.2. O mais importante composto de vanádio em termos comerciais é o óxido de vanádio (V), oqual é usado como catalisador para a produção de ácido sulfúrico. O composto reage comdióxido de enxofre (SO2) de acordo com a equação química: V2O5 + 2 SO2 " V2O3 + 2 SO3.

8.8.2.1.Selecione a única alternativa que traduz como varia o número de oxidação do en-xofre, na transformação da espécie SO2 na espécie SO3.

(A) De +6 para +4 (B) De +2 para +3 (C) De +3 para +2 (D) De +4 para +6

8.8.2.2.Determine a variação do número de oxidação do vanádio quando a espécie V2O5 setransforma em V2O3.

8.8.2.3.O catalisador é regenerado por meio de reação com o oxigénio do ar de acordo coma equação química: V2O3 + O2 " V2O5.

Comente a seguinte afirmação: O processo de regeneração do catalisador é uma dismutação.

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“As reações de precipitação são frequentes em processos industriais, em medicina e nonosso quotidiano. Por exemplo, o fabrico de muitos compostos químicos industriais, comoo carbonato de sódio (Na2CO3), envolve reações de precipitação. A dissolução em meioácido do esmalte dentário, essencialmente constituído por hidroxiapatite, [Ca5(PO4)3]OH,facilita a cárie.

O sulfato de bário (BaSO4) é um sal insolúvel e opaco aos raios-X, sendo por isso usadocomo meio de diagnóstico de problemas no tubo digestivo. As estalactites e as estalag-mites das grutas, constituídas por carbonato de cálcio (CaCO3), também são formadaspor uma reação de precipitação, o mesmo acontecendo com muitos alimentos, como orecheio de certos bombons.”

in Química, Raymond Chang, p. 758 (5.a Edição)

Solubilidade de diferentessais a diferentes temperaturas.

q/°C

Substância/Solubilidade0 20 40 60 80 100

AlCl3.6H2O 30,5 31,4 32,1 32,5 32,7 32,9

CuSO4.5H2O 14,3 20,7 28,5 40,0 55,0 75,4

BaCl2.2H2O 31,6 35,7 40,7 46,4 52,4 58,8

9. REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO

9.1. Identifique os iões presentes na hidroxiapatite e a proporção em que se combinam.

9.2. Refira uma aplicação do sulfato de bário.

9.3. A solubilidade de um sal num dado solvente varia com diferentes factores.

Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras (V) e falsas (F).

(A) O produto de solubilidade de um sal pouco solúvel aumenta por adição de solvente.

(B) O produto de solubilidade de um sal pouco solúvel diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro.

(C) A solubilidade de um sal só depende da temperatura.

(D) A solubilidade de um sal pouco solúvel diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro.

(E) A solubilidade de um sal pouco solúvel aumenta por adição de solvente.

(F) A ordem da solubilidade dos sais, em água, coincide com a ordem dos respectivos produtos de solubilidade, para uma mesma temperatura.

(G) O hidróxido de cálcio é mais solúvel numa solução de NH4Cl do que em água pura, embora o respectivo produto de solubilidade só varie com a temperatura.

9.4. Na tabela está representada a solubilidade em água, a várias temperaturas, de alguns com-postos inorgânicos:

9.4.1. Justifique a afirmação:

Os sais presentes na primeira coluna da tabela anterior são hidratados.

9.4.2. Utilizando a máquina de calcular gráfica, represente as curvas de solubilidade destes com-postos.

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Química

QUESTÕES GLOBALIZANTES

9.4.3. Comente as seguintes informações.

9.4.3.1. À temperatura de 40,0 °C, a solução que contém 28,5 g de CuSO4.5H2O em 100,0 gde água está saturada.

9.4.3.2. À temperatura de 60,0 °C, a solução que contém 25,0 g de AlCl3.6H2O em 100,0 gde água está saturada.

9.4.3.3. À temperatura de 80,0 °C, a solução que contém 55,0 g de BaCl2.2H2O em 100,0 gde água está saturada.

9.4.4. Indique, justificando, qual destes sais é mais solúvel à temperatura de 100,0 °C.

9.4.5. Justifique, a afirmação seguinte:

O valor máximo da massa de BaCl2.2H2O que se pode dissolver em 60,0 g de solvente, a65 °C, é 28,2 g.

Apresente todas as etapas de resolução.

9.5. A uma solução aquosa 0,10 mol dm-3 em cloreto de bário (BaCl2) e 0,10 mol dm-3 em clo-

reto de estrôncio (SrCl2), adicionou-se solução aquosa de cromato de potássio (K2CrO4).

Ks(BaCrO4) = 1,2 * 10-10 (a 25 °C) e Ks(SrCrO4) = 3,5 * 10

-5 (a 25 °C)

9.5.1. Preveja o que se observa como resultado da adição.

9.5.2. Determine qual o ião que precipita primeiro.

Apresente todas as etapas de resolução.

9.5.3. Determine a concentração do ião que precipita primeiro, quando o segundo começa a pre-cipitar.

Apresente todas as etapas de resolução.

9.6. Comente a seguinte afirmação:

O cromato de bário tem uma constante de produto de solubilidade cerca de 90 vezes maiorque a do cromato de prata a 25 °C. No entanto, o cromato de prata é cerca de seis vezesmais solúvel em água que o cromato de bário, à mesma temperatura.

Ks(Ag2CrO4) = 1,3 * 10-12 (a 25 °C) e Ks(BaCrO4) = 1,2 * 10

-10 (a 25 °C)

9.7. Considere a adição de 40,0 cm3 de uma solução aquosa de 0,020 mol dm-3 de nitrato dealumínio [Al(NO3)3] a 60,0 cm

3 de uma solução 0,050 mol dm-3 de hidróxido de sódio, a 25 °C.

Ks[Al(OH)3] = 3,0 * 10-34 (a 25 °C)

9.7.1. Preveja, apresentando todas as etapas de resolução, se ocorre formação de precipitado.

9.7.2. Faça uma previsão fundamentada sobre o caráter químico da solução final obtida.

9.8. A 25 °C, misturaram-se 50,0 cm3 de solução aquosa de hidróxido de bário 1,00 mol dm-3

com 86,4 cm3 de solução aquosa de sulfato de sódio.

Ks(BaSO4) = 1,1 * 10-10 (a 25 °C)

9.8.1. Indique a fórmula química dos solutos de cada uma das soluções.

9.8.2. Escreva a equação química da reação que tem lugar quando se misturam as duas soluções.

9.8.3. Determine, apresentando todas as etapas de resolução, as quantidades de catião bário(Ba2+) e anião sulfato (SO4

2–) na mistura obtida.

9.8.4. Determine a massa de precipitado formada.

9.8.5. Apresente uma justificação para o facto de, a resultante da junção das duas soluções, seter chamado mistura e não solução.