Programa Nacional Olimpíadas de Química

OBQ 2018

Fase III

XXIV Olimpíada Brasileira de Química

Modalidade A

 

CIśNCIA PARA A REDUāŐO DAS DESIGUALDADES

 

Em um país com tanta desigualdade social como o Brasil, investir em ciźncia e tecnologia é indispensável para garantir a qualidade de vida da populaćčo. Assim, este foi o tema escolhido para a 15Ľ Semana Nacional de Ciźncia e Tecnologia - SNCT 2018, inspirado nos objetivos de desenvolvimento sustentável, estabelecidos pela Organizaćčo das Naćões Unidas (ONU).

A desigualdade social é caracterizada por dimensões que nčo sčo produzidas pelas cidades, como a própria renda e o mercado de trabalho, ou por dimensões claramente associadas ąs cidades, como a desigualdade de acesso, falta de mobilidade e ausźncia de estruturas urbanas. A falta de saneamento básico, por exemplo, é um elemento que compõe um quadro de desigualdade social, na medida em que expõe parte da populaćčo a um ambiente que facilita a transmissčo de doenćas, contaminaćčo do solo,  deslizamentos e inundaćões.

Diante disso, surge o questionamento: a Química pode ajudar a minimizar desigualdades sociais? A resposta para esta pergunta tem uma dimensčo imensurável. Ao aperfeićoar, desenvolver e inovar técnicas que possam prevenir e combater doenćas, aumentar a produćčo agrícola, tratar água e efluentes, elaborar novos materiais biodegradáveis (tecidos, embalagens, tintas etc.), preservar o meio ambiente, a ciźncia Química pode promover a qualidade de vida ąs pessoas, desde que usada de forma responsável e sustentável.

Contudo, a capacidade de uma sociedade de incorporar a ciźncia e a tecnologia como fatores dinČmicos para seu progresso, depende também de condićões políticas, econômicas e sociais.

 

A Comissčo.


 

PARTE A - QUESTÕES MÚLTIPLA ESCOLHA

 

Questčo 1 – O escritor italiano Primo Levi, em seu livro de contos Sistema Periódico (O Sistema Periódico, Ed. Leya), narra fatos de sua vida e os associa a elementos químicos. Em um dos trechos, ele narra: “(este metal) é mole como a cera. Reage com a água onde flutua (um metal que flutua!), danćando freneticamente e produzindo hidrogźnio.”. Sobre esse metal, assinale a alternativa que está correta:

a)  É um metal de transićčo, caracterizado por sua baixa densidade. A reaćčo química com a água é devida ao baixo potencial de oxidaćčo desse metal, frente ao potencial de oxidaćčo do hidrogźnio.

b)  É um metal que possui uma grande variaćčo de número de oxidaćčo (Nox), indo de +1 até +6. Esta grande variaćčo de números de oxidaćčo Nox confere ao elemento baixa densidade e alta reatividade, uma vez que a perda significativa de elétrons altera suas propriedades físicas.

c)  É um metal radioativo (). A instabilidade nuclear, observada pela razčo entre número de prótons e número de nźutrons, faz com que o elemento tenha uma massa atômica elevada e um volume atômico grande, originando uma densidade menor do que 1,0 g cm-3 nas condićões ambientes.

d)  É um metal que apresenta propriedades diamagnéticas, por isso sofre a repulsčo elétrica dos polos das moléculas de água, que o fazem flutuar. A reaćčo que ocorre é de oxirredućčo, uma vez que os polos elétricos da água reagem com os polos elétricos do metal.

e)  É um metal representativo, que reage com a água formando um hidróxido correspondente, com a liberaćčo de gás hidrogźnio. O referido metal possui potencial padrčo de redućčo negativo.

 

 

RESPOSTA:

Letra e: Das respostas apresentadas, somente os elementos do Grupo 1 (metais representativos) podem reagir com a água violentamente e apresentam uma baixa densidade, como, por exemplo o sódio. Ele reage violentamente com a água e forma hidróxido, com liberaćčo de gás hidrogźnio.

 

Questčo 2 – Um dos principais contaminantes da água para o consumo humano sčo os cátions alcalino-terrosos, que lhe conferem a dureza, sendo assim é indispensável ą remoćčo desses para o atendimento aos padrões de potabilidade. Quando o magnésio reage com uma solućčo de HNO3 é formada uma mistura gasosa constituída por hidrogźnio, nitrogźnio, monóxido de nitrogźnio e óxido de dinitrogźnio, cuja composićčo é dependente da concentraćčo de ácido nítrico utilizada. O gráfico abaixo mostra como essa composićčo (em porcentagens molares) varia com a concentraćčo da solućčo de ácido (SULCIUS, A. Journal of Chemical Education, v.92, p. 1971−1972, 2015):

Sobre as reaćões citadas e o gráfico mostrado, analise as afirmativas abaixo e assinale a correta:

a)    Apenas a reaćčo de produćčo de H2(g) e N2(g) correspondem a reaćões de oxirredućčo.

b)    Utilizando concentraćões de ácido nítrico entre 2 % e 18 %, a reaćčo que envolve a redućčo do nitrogźnio de um número de oxidaćčo +5 para +1 é aquela com formaćčo de menor % de produto.

c)    Na reaćčo, ao utilizar a concentraćčo de 10 % de ácido nítrico, pode se afirmar que a diferenća de potencial padrčo da reaćčo de produćčo de gás hidrogźnio é igual ąquela da reaćčo de produćčo de monóxido de nitrogźnio, uma vez que as concentraćões destes gases sčo iguais na composićčo da mistura gasosa produzida.

d)    Os dados apresentados no gráfico possibilitam concluir que utilizando concentraćčo acima de 16 % de ácido nítrico a reaćčo com a produćčo de NO é aquela termodinamicamente mais favorável.

e)    Através apenas do cálculo das diferenćas de potenciais padrčo das reaćões de produćčo dos gases (hidrogźnio, nitrogźnio, monóxido de nitrogźnio e óxido de dinitrogźnio) pode-se prever qual ou quais os produtos termodinamicamente mais favoráveis.

 

RESPOSTA:

Letra a-   Falsa: todas as reaćões sčo de oxidaćčo-redućčo.

 

Letra b-   Verdadeira: a reaćčo citada é aquela com formaćčo de N2O(g) e uma vez que este é produzido em menor proporćčo significa que é aquele com menor diminuićčo de energia livre de Gibbs. Reaćões mais favoráveis tźm maior diminuićčo de energia livre de Gibbs.

Letra c-   Falsa: na concentraćčo de 10 % de ácido nítrico, a diminuićčo da energia livre de Gibbs é a mesma para a formaćčo de gás hidrogźnio e monóxido de nitrogźnio, e nčo a diferenća de potencial. A menos que tenhamos alguma regra prática, para avaliarmos a tendźncia das reaćões devemos verificar a variaćčo de energia livre, uma vez que o número de elétrons transferidos é diferente em cada caso.

Letra d -  Falsa: pelo gráfico, acima de 16 % de ácido nítrico a termodinamicamente mais favorável é aquela que produz gás hidrogźnio.

Letra e-   Falsa: da mesma forma que na afirmaćčo acima, devemos calcular a variaćčo de energia livre de Gibbs pela equaćčo  e nčo somente os valores de .

 

3 – Há muitos sais que sčo solúveis em água como, por exemplo, o cloreto de sódio e o cloreto de magnésio que se encontram presentes na água do mar. Uma amostra de 0,930 g de uma mistura de NaCl e MgCl2 foi dissolvida em água. A adićčo de excesso de AgNO3(aq) fez com que todos os íons cloreto precipitassem como AgCl(s). A massa do precipitado seco foi 2,676 g. A partir desses dados, qual foi a porcentagem em massa de NaCl na mistura original?

a)    45,7 %

b)    16,9 %

c)    29,2 %

d)    23,8 %

e)    39,8 %

 

 
Resposta:
Letra d.

Reaćčo I:       NaCl(aq) + AgNO3(aq) ® NaNO3(g) + AgCl(aq)

Reaćčo II:      MgCl2(aq) + 2AgNO3(aq) ® 2NaNO3(g) + 2AgCl(aq)

A massa da mistura de NaCl e MgCl2:

A massa de cloreto formada pela adićčo de AgNO3 na mistura:

Fazendo a relaćčo entre a quantidades de massa e de mols, e aplicando nas duas equaćões, tem-se (unidade grama será omitida para facilitar os cálculos):

Assim, obtemos duas equaćões e duas incógnitas:

Logo, a massa de NaCl é:

A porcentagem de massa de NaCl na mistura original é

 

Questčo 4 – A formaćčo de um sólido a partir de líquidos e/ou de gases é uma das evidźncias de que ocorreu uma reaćčo química. Para demostrar tal evidźncia, um recipiente de 2,5 L que contém amônia gasosa a 0,78 atm e 18,5 °C foi conectado em outro recipiente de 1,4 L com cloreto de hidrogźnio gasoso a 0,93 atm e 18,5 °C, respectivamente. Sabe-se que a combinaćčo desses gases leva a formaćčo de cloreto de amônio sólido, logo, qual a quantidade aproximada de massa formada desse composto, o gás que sobrou nos recipientes conectados e a sua pressčo?

a)    1,44 g; amônia; 0,166 atm.

b)    3,19 g; cloreto de hidrogźnio; 0,332 atm.

c)    1,44 g; cloreto de hidrogźnio; 0,332 atm.

d)    1,44 g; amônia; 0,332 atm.

e)    2,91 g; amônia; 0,166 atm.

 

Resposta:
Letra e.

Antes da válvula ser aberta, a quantidade em mols de cada gás é:

Assim, que a válvula é aberta os gases comećam a se combinarem formando o cloreto de amônio sólido:

NH3(g) + HCl(g) ® NH4Cl(s)

Como o HCl(g) está em menor quantidade de mols, este é o reagente limitante, logo a quantidade mols de NH4Cl(s) formado é:

E a quantidade de NH4Cl(s) em massa é:

E como o NH3(g) é o reagente em excesso (gás que sobrou), a quantidade de mols remanescente é:

A pressčo resultante do gás remanescente é:

 

Questčo 5 – As dimensões de átomos, íons e comprimentos de ligaćčo situam-se na faixa de 10-10 m, que equivale 1 Ā (Čngstron) ou 100 pm (picômetro). Por exemplo, o raio covalente do hidrogźnio é de 74 pm. Suponha que os átomos de hidrogźnio possam ser dispostos lado a lado em uma única linha, conforme sugerido no diagrama abaixo:

Qual é a massa de uma linha de átomos de hidrogźnio com exatamente 10 cm de comprimento?

a)    7,4 ę 10−11 g

b)    7,4 ę 10−10 g

c)    2,3 ę 10−15 g

d)    1,1 ę 10−21 g

e)    1,1 ę 10−15 g

 
RESPOSTA:
Letra e.

O diČmetro de um átomo de hidrogźnio é

O número de átomos de hidrogźnio alinhados no intervalo de 10 cm é

E o número de mols de átomos de hidrogźnio é

E a massa de hidrogźnio é

 

Questčo 6 – O conhecimento e o estudo da velocidade das reaćões sčo de grande interesse industrial, pois permitem reduzir custos e aumentar a produtividade dos processos fabris. Sabe-se que as reaćões químicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser alteradas. Para exemplificar, considere a reaćčo abaixo representada:

A representaćčo matemática de velocidade desta reaćčo é:

Assim sendo, para esse caso, qual afirmaćčo está correta?

a)    A ordem geral é 12.

b)    Dobrando a concentraćčo de  e  e reduzindo a metade da concentraćčo de  a velocidade de reaćčo nčo se altera.

c)    A unidade da constante de velocidade, , é mol dm–3 s–1.

d)    Uma alteraćčo na concentraćčo de  ou  nčo afeta a velocidade de reaćčo.

e)    Dobrando a concentraćčo de  ou  e reduzindo a metade da concentraćčo de  a velocidade de reaćčo nčo se altera.

 
RESPOSTA:

Letra a:

A ordem geral é a soma dos expoentes atribuídas as concentraćões dos componentes da reaćčo. Assim sendo,

A afirmaćčo é FALSA.

Letra b: 

A afirmaćčo é VERDADEIRA.

Letra c:

A constante  é dada pela expressčo:

Logo, a unidade da constante  será

A afirmaćčo é FALSA.

Letra d:

ou

A afirmaćčo é FALSA.

Letra e:

ou

A afirmaćčo é FALSA.

 

Questčo 7 – O Fleróvio (Fl) é um elemento químico artificial, de número atômico 114, criado em laboratório e na Tabela Periódica está situado imediatamente abaixo do chumbo. Até o momento, cientistas nucleares conseguiram sintetizar apenas alguns átomos do elemento 114 e, portanto, a aparźncia física de uma amostra maior ainda nčo é conhecida. Com base na sua posićčo na Tabela Periódica, o elemento 114 é mais provável que seja um:

a)    Metal cinza-prateado.

b)    Líquido volátil avermelhado.

c)    Gás verde amarelo pálido.

d)    Cristal incolor.

e)    Sólido em pó preto.

 
RESPOSTA:
Letra a -  Esse elemento está situado no grupo 14, ou seja, a partir do estanho para baixo os elementos sčo metálicos sólidos, assim como o estanho e chumbo, ambos apresentam cor acinzentada com brilho tipicamente prateado. Seguindo essa dedućčo, o elemento 114 que está logo abaixo do chumbo deve ser um metal de aspecto cinza-prateado.

 

Questčo 8 – Visto que o petróleo é um combustível nčo renovável e que contribui para a poluićčo do meio ambiente, várias indústrias e centros de pesquisas tźm se mobilizado na busca por novas fontes de energia combustível. É nesse contexto que surge o hidrogźnio combustível, considerado como o combustível do futuro, por ser renovável, inesgotável e principalmente por nčo liberar gases tóxicos para a atmosfera. Abaixo tźm-se algumas vantagens do combustível hidrogźnio:

ü  Utilizaćčo de motores elétricos no lugar de motores a combustčo, minimizando a poluićčo do meio ambiente;

ü  Seu processo de geraćčo de energia é descentralizado, nčo sendo necessária a construćčo de hidrelétricas;

ü  A geraćčo de energia por meio de pilhas ą combustível é mais eficiente do que a obtida pelos processos tradicionais.

A reaćčo abaixo representada indica a possibilidade de obtenćčo de hidrogźnio a partir do monóxido de carbono:

  e a  

Analisando os dados da reaćčo acima, afirma-se:

      I.     Um aumento da pressčo total sobre o sistema nčo altera o estado de equilíbrio;

     II.     Uma diminuićčo da temperatura favorece o aumento na produćčo de gás hidrogźnio;

   III.     O valor de  nas condićões dadas;

   IV.     A concentraćčo final de cada componente do sistema, em equilíbrio, quando se misturam um mol de cada um dos reagentes com dois mols de cada um dos produtos, na temperatura da experiźncia, considerando um balčo volumétrico de  é:

   e .

Estčo corretas as afirmaćões:

a)    I, II e IV apenas.

b)    II e IV apenas

c)    I e II apenas.

d)    III e IV apenas.

e)    I e III apenas.

 

RESPOSTA:

Letra c.

I – Verdadeiro: nľ mols dos produtos= nľmols dos reagentes;

II– Verdadeiro: como a reaćčo é exotérmica no sentido da produćčo de H2, a diminuićčo da temperatura favorece o deslocamento para direita(lado exotérmico);

III – Falsa: como , logo.

IV –Falsa:  e .

 

Questčo 9 – Os efeitos dos solutos nas propriedades físicas da água podem ser vistos em algumas situaćões comuns e de fácil compreensčo, como por exemplo, ao evitar o congelamento da água nos radiadores de carros em lugares muito frios. Os gráficos abaixo foram construídos após a avaliaćčo da variaćčo na temperatura de congelamento de duas solućões aquosas: uma constituída pelo soluto A e outra constituída pelo soluto B.

Considerando as informaćões contidas nos gráficos pode-se afirmar que os solutos A e B eram respectivamente:

a)    Brometo de cálcio e cloreto de férrico.

b)    Cloreto de potássio e sulfato de sódio.

c)    Glicose e cloreto de sódio.

d)    Sacarose e glicose.

e)    Iodeto de potássio e sacarose.

 

RESPOSTA:

Letra e: Nessa questčo o estudante deve avaliar os gráficos e perceber que, ao se considerar a mesma concentraćčo para as duas solućões (mol kg-1), aquela que apresenta maior variaćčo de temperatura corresponde ao sistema com maior número de partículas (único fator que afeta as propriedades coligativas).

 

Questčo 10 – Segundo o cientista da NASA, James Hansen, a temperatura da Terra alcanćou, nas últimas décadas, uma rápida ascensčo de cerca de 0,2 ľC, fenômeno esse que nčo havia ocorrido desde a última era glacial, há 12.000 anos. Tal aquecimento se explica, conforme o cientista, pelo aumento da emissčo de gases estufa. Com base nestes estudos, pode-se afirmar corretamente que sčo consequźncias do fenômeno de aquecimento global:

      I.  Devastaćčo das florestas e savanas.

     II.  Redućčo do volume das geleiras alpinas e das calotas glaciais.

   III.  Maior possibilidade de formaćões de tempestades e ciclones tanto no AtlČntico Norte quanto no AtlČntico Sul.

   IV.  Redućčo da acidez das chuvas.

    V.  Transgressčo marinha sobre partes das faixas costeiras.

   VI.  Rebaixamento do nível dos oceanos e consequente expansčo das áreas litorČneas.

 VII.  Aumento do risco de degradaćčo dos ecossistemas coralíneos.

A alternativa que apresenta apenas as consequźncias desse fenômeno é:

a)    II, III, V e VII, apenas.

b)    I, II, III, IV, VI e VII.

c)    I, III, IV e VI, apenas.

d)    II, IV, VI e VII, apenas.

e)    II, III e VI, apenas.

RESPOSTA:

Letra a: Os demais itens sčo as causas do aquecimento global ou fenômenos adversos.

 

PARTE B - QUESTÕES ANALÍTICO-EXPOSITIVAS

 

Questčo 11 – As histórias em quadrinhos (HQs) e os filmes de série daí derivados cativam milhões de fčs pelo mundo. Muitas vezes, existem erros científicos grosseiros, que fogem da realidade. Por outras vezes, as HQs criam uma ponte entre o conhecimento científico e o dia a dia das pessoas. A franquia Marvel Comics ® tem lanćado filmes que se tornam grandes eventos para os aficionados. Dois metais fictícios foram utilizados em seus enredos: o adamantium (usado principalmente no esqueleto e nas garras do Wolverine e nas espadas de Deadpool), e o vibranium, utilizado na armadura do Pantera Negra e no escudo do Capitčo América, além de outros usos.

Considere esses metais fictícios e responda os itens abaixo:

a)  Levando-se em conta a atual Tabela Periódica, justifique o fato nčo ser possível a inserćčo de uma nova família (ou grupo) na mesma, como, por exemplo, a família 19, situada logo após a família dos gases nobres.

 

RESPOSTA:

A Tabela Periódica está organizada em número atômico crescente. Assim, por exemplo, no segundo período e última família, o neônio apresenta . Já no terceiro período e primeira família, o sódio tem . Um suposto elemento que esteja entre o neônio e o sódio deveria ter um número fracionário, o que é impossível. Além disso, a organizaćčo da tabela periódica segundo grupos está relacionada com a distribuićčo eletrônica dos elementos, de modo que os elementos dos últimos grupos da tabela 13 a 18 tźm sua configuraćčo eletrônica terminando de p1 a p6 (bloco p). Como nčo há possibilidade de o subnível p ter mais que 6 elétrons, nčo seria possível haver o grupo 19.

 

b)  Explique como a temperatura influi na condutividade elétrica de um condutor metálico e de um semicondutor.

 

RESPOSTA:

De acordo com a Teoria da Ligaćčo Metálica, qualquer metal pode ser fundido ou moldado, independente do número de vezes que isso aconteća. Na HQ, a contradićčo do suposto metal adamantium é esse: que ele nčo pode ser fundido novamente depois de ser moldado. Isso é contraditório com a Teoria. Assim, essa é a contradićčo que deve ser apontada.

 

No entanto, uma possibilidade seria a transformaćčo cristalina entre metais que possuem uma variedade de retículos. Pois o fato exposto pode facilmente ser explicado como uma “alotropizaćčo” elementar a baixa temperatura por uma transićčo reticular alfa (α) – beta (β). 

 

Portanto, caso sejam apresentados, como resposta, elementos que apontem a variaćčo alotrópica (como o estanho, por exemplo) ou variaćčo reticular, a resposta será considerada.

 

c)  Quais as propriedades físicas comumente apresentadas pelos metais? Quais sčo as características estruturais responsáveis por essas propriedades?

 

RESPOSTA:

Os metais apresentam alta densidade, opacidade, condutibilidade elétrica, alto empacotamento cristalino.

 

d)  O vibranium apresenta alta resistźncia mecČnica, baixa densidade e é um isolante elétrico. Isso por si só é uma contradićčo. Explique essa contradićčo.

 

RESPOSTA:

A teoria de ligaćčo metálica aponta que um metal que tem uma alta resistźncia mecČnica apresenta uma alta densidade, por conta de seu reticulo cristalino. Além disso, a teoria do “mar de elétrons”, base da ligaćčo metálica, explica o motivo de todo metal conduzir corrente elétrica. Assim, o vibranium deveria ser condutor e nčo isolante.

 

e)  O adamantium apresenta uma alta densidade e uma alta resistźncia mecČnica. Conforme a HQ, sabe-se que ele uma vez resfriado, nčo pode ser mais fundido ou moldado. Justifique a esse fato.

 

RESPOSTA:

Ainda sobre a teoria da ligaćčo metálica, uma das características do metal genérico é ser dúctil e maleável, por conta do deslizamento entre os cátions. Assim, se o adamantium fosse um metal real, ele possuiria essas características, ou seja, poderia ser sim fundido e/ou moldado.

 

Questčo 12 – Henry G. J. Moseley (1887-1915), físico inglźs, foi declarado por Rutherford como seu aluno mais talentoso. Ele estabeleceu o conceito de número atômico ao estudar os raios X emitidos pelos elementos químicos. Os raios X emitidos por alguns elementos tźm os seguintes comprimentos de onda:

 

Elemento

Comprimento de ondas (Ā)

Ne

14,610

Ca

3,358

Zn

1,435

Zr

0,786

Sn

0,491

a)    Calcule a frequźncia, , dos raios X emitidos por cada um dos elementos, em Hz.
Dados: Constante da velocidade da luz, c = 3 ę108 m s–1.
 
RESPOSTA:
Considerando que  e que , a frequźncia pode ser calculada pela equaćčo:
 
b)    Desenhe e analise o gráfico da raiz quadrada de versus número atômico do elemento.
 
RESPOSTA:
A tabela de dados de número atômico (Z) e a raiz quadrada da frequźncia () é dada abaixo:

Elemento

Z

Ne

10

4,531

Ca

20

9,452

Zn

30

14,459

Zr

40

19,537

Sn

50

24,718

Com base nos dados pode plotar o gráfico ilustrado abaixo:
Os dados mostram uma aparente linearidade, ou melhor, a raiz quadrada da frequźncia é proporcional ao número de atômico do elemento.
 
c)    Explique como a curva do item (b) permitiu a Moseley prever a existźncia de elementos ainda nčo descobertos.
 
RESPOSTA:
Como observado no gráfico do item (b), a tendźncia altamente linear entre a raiz quadrada da frequźncia e número atômico do elemento sugeriram a Moseley que os elementos estariam dispostos em ordem crescente de número atômico, que esses dados podem ser extrapolados observando a mesma tendźncia. Assim, naquele momento vários elementos ainda nčo eram conhecidos, mas estavam sendo previsto de acordo com esse estudo experimental.
 
d)    Use o resultado do item (b) para prever o comprimento de onda dos raios X emitidos pelo elemento ferro.
 
RESPOSTA:
Fazendo uma interpolaćčo pode-se obter facilmente a frequźncia do elemento Fe ():Ā
E agora calcular a comprimento de onda de raios X para o Fe:
 
e)    Se um determinado elemento emite raios X com um comprimento de onda de 0,980 Ā, qual seria esse elemento?
 
RESPOSTA:
Fazendo a raiz quadrada da frequźncia, tem-se:
Agora interpolando os dados entre os elementos Zn e Zr, tem-se:
Logo, o elemento é o Kr (Criptônio).

 

Questčo 13 – O tetrafluoreto de enxofre (SF4) reage vagarosamente com oxigźnio (O2) para formar monóxido de tetrafluoreto de enxofre (SF4O), de acordo com a reaćčo representada a seguir:

2SF4(g) + O2(g® 2SF4O(g)

a)  Escreva a estrutura de Lewis para SF4O, na qual as cargas formais de todos os átomos sejam iguais a zero.

 
RESPOSTA:

elétrons

S

F

O

Estrutura de Lewis

valźncia

6

7

6

– nčocompartilhados

0

6

4

– 1/2 ęcompartilhados

6

1

2

carga formal

0

0

0

 

b)  Determine o arranjo estrutural de SF4O e defina qual é a geometria molecular mais provável baseada nesse arranjo.

 
RESPOSTA:
Arranjo Molecular
BipirČmide trigonal distorcida

 

c)  Use as entalpias médias de ligaćčo fornecidas na tabela abaixo para calcular a entalpia de reaćčo e indique se a reaćčo é endotérmica ou exotérmica.

Ligaćčo

Entalpia(kJ/mol)

S=O

523

O=O

495

SF

327

OF

190

FF

155

OO

146

RESPOSTA:

2SF4(g) + O2(g® 2S(g) + 4F(g)+2O(g)

2S(g) + 4F(g)+2O(g® 2SF4O(g)

A reaćčo é exotérmica.

 

d)    A reaćčo do enxofre e flúor forma vários compostos diferentes, inclusive o tetrafluoreto de enxofre e o hexafluoreto de enxofre que podem ser precursores para o monóxido de tetrafluoreto de enxofre. A decomposićčo de uma amostra de tetrafluoreto de enxofre produz 4,43 g de flúor e 1,87 g de enxofre, enquanto que a decomposićčo de uma amostra de hexafluoreto de enxofre produz 4,45 g de flúor e 1,25 g de enxofre. Mostre que os dados sčo consistentes com a lei de proporćões múltiplas.

 
RESPOSTA:
Massa de flúor por grama de enxofre no SF4:
Massa de flúor por grama de enxofre no SF6:
Razčo entre as massas de flúor por grama de enxofre de SF4 e SF6:
Logo, o resultado obtido apresenta uma proporćčo de pequenos números inteiros que correspondem a lei de proporćões múltiplas.
 
e)    O decafluoreto de dissulfeto é intermediário em reatividade entre SF4 e SF6. Ele se decompõe a 150 °C resultando nestes fluoretos monossulfurados. Escreva uma equaćčo balanceada para esta reaćčo e identifique o estado de oxidaćčo de enxofre em cada composto.
 
RESPOSTA:
Reaćčo balanceada:    S2F10(g® SF4(g) + SF6(g)
NOx do S no S2F10 é +5
NOx do S no SF4 é +4
NOx do S no SF6 é +6

 

Questčo 14 – O grau de dissociaćčo, a, é definido como a fraćčo de reagente que se decompõe, quando a quantidade inicial de reagente é  e a quantidade em equilíbrio é , entčo . A energia de Gibbs padrčo de reaćčo para a decomposićčo é +118,08 kJ mol–1 a 2300 K.

a)    Calcule a constante de equilíbrio a partir da energia de Gibbs padrčo de reaćčo no equilíbrio pela equaćčo .

Dado da constante dos gases: .

 
RESPOSTA:

Rearranjando a equaćčo acima, tem-se:

 

b)    Mostre que

 
RESPOSTA:
 
H2O
H2
O2
 
Quantidade inicial
0
0
 
Quantidade intermediaria
 
Quantidade no equilíbrio
Total: 
Fraćčo molar, 
 
Pressčo parcial,
 
A constante de equilíbrio em funćčo das pressões parciais é
Nesta expressčo, escrevemos  no lugar de , para manter a notaćčo simples. Como , pode-se fazer as seguintes aproximaćões:  e .
Substituindo na expressčo tem-se:

 

c)    Calcule o grau de dissociaćčo de H2O a 2300 K e 1,00 bar.

 

RESPOSTA:

Sob a condićčo de estado,  (isto é, ), entčo:

Ou seja, aproximadamente 2 % da água se decompôs.

 

d)    Calcule as fraćões molares das substČncias no equilíbrio.

 
RESPOSTA:
Fraćčo molar da H2O:

Fraćčo molar da H2:

Fraćčo molar da O2:

 

e)    O grau de dissociaćčo aumentará ou diminuirá, se o valor da pressčo for duplicado na mesma temperatura? Além do cálculo, qual o efeito que justifica que mantem o equilíbrio?

 
RESPOSTA:
Considerando que a pressčo seja duplicada, tem-se:

Logo, observa-se que o grau de dissociaćčo diminuirá.
Para aumentar a pressčo do sistema é necessário reduzir o volume ocupado pelos gases, entčo o equilíbrio se deslocaria para o lado do reagente, nesse caso para H2O(g), devido a menor quantidade de volume e mols de gás, consequentemente diminui o grau de dissociaćčo, nčo favorecendo a formaćčo dos gases H2 e O2 (produtos).

 

Questčo 15 – Com base em medidas experimentais e cálculos de mudanćas de entalpia, o químico suíćo G. H. Hess sugeriu em 1840, que para uma dada reaćčo, a variaćčo de entalpia é sempre a mesma, esteja essa reaćčo ocorrendo em uma ou em várias etapas (Lei de Hess). Para exemplificar, em um experimento para estimar a entalpia molar padrčo de formaćčo de butano (a partir de seus elementos), os seguintes valores foram determinados por calorimetria:

(1) 

(2) 

(3) 

Figura 1. Nesta ilustraćčo é mostrada o transporte de tijolos do chčo para o segundo piso por dois caminhos diferentes, sendo: (i) o primeiro, os tijolos sčo transportados por uma esteira vertical para o terceiro piso e carregado descendo uma escada até o segundo piso e (ii) o segundo, os sčo transportados por uma escada até o segundo piso em uma única etapa. Em ambos os casos, o resultado é o mesmo (Jenkins, F. Nelson Chemistry Alberta 20–30, 2016).

Considerando os dados acima:

a)    Qual é a variaćčo de entalpia molar padrčo de formaćčo do butano?

 
RESPOSTA:

1

2

3