DESAFIO EM QUMICA 24/09/16
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Assinatura:
Questo Valor Grau
1a 2,0
2a 2,0
3a 2,0
4a 2,0
5a 2,0
Total 10,0
IMPORTANTE:
1) Explique e justifique a resoluo de todas questes e derivaes. As respostas sem justificativas sero computadas parcialmente (50%).
2) Seja organizado, objetivo e tenha clareza, caso contrrio as questes sero computada parcialmente (50%).
3) Voc no tem o direito de consultar anotaes nem os outros alunos, pois acarretar em grau zero.
4) Mantenha seu celular desligado durante toda a prova. 5) permitido usar calculadora. 6) A prova pode ser resolvida a lpis, caneta azul ou preta.
1o Questo Trifluoreto de bromo (BrF3) um composto extremamente irritante,
txico e corrosivo. Em temperatura ambiente, o BrF3 lquido e sofre a
dissociao parcial:
BrF3 [BrF2]+ + [BrF4]
a) Explique a condutividade do composto BrF3 em temperatura ambiente.
b) Desenhe a estrutura de Lewis para as espcies BrF3, [BrF2]+ e [BrF4]
.
c) Baseado no modelo da repulso de pares de eltrons no nvel de valncia
(VSEPR), determine a geometria molecular e a polaridade para as espcies
BrF3, [BrF2]+ e [BrF4]
.
GABARITO:
a) A formao dos ons de carga oposta em meio lquido permite que os mesmos
tenham liberdade para se movimentar, possibilitando assim a condutividade.
BrF3 [BrF2]+ [BrF4]
b)
Estrutura
de Lewis
Br
F
F
F F
c)
Geometria
Forma T Angular Quadrado planar
Polaridade Polar Polar Apolar
2o Questo Um composto binrio de estrutura linear contm 47% (em peso) de
oxignio. Ele pode ser obtido a partir de um cido contendo 61,5% de oxignio
(em peso) depois da eliminao de duas molculas de gua.
a) Escreva a frmula mnima do composto binrio.
b) Desenhe a estrutura do composto binrio.
c) Porque ele linear?
d) Desenhe a estrutura do cido que pode ser utilizado para obter o composto
binrio atravs de desidratao.
Gabarito
a)
Se a molcula contm y tomos de oxignio, ento a molcula do cido possui (y
+ 2) tomos de oxignio:
ExOy + 2H20 = H4ExO(y+2)
Portanto, a massa molecular M do cido ser:
M + (2*18) = M + 36.
Como o composto binrio tem 47% de oxignio, ento M = 16y/0,47
Para o cido:
M + 36 = 16(y+2)/0,615
16y/0,47 = 16(y+2)/0,615
Resolvendo o sistema de equaes, tem-se que:
y = 2 e M = 68
Consequentemente, o composto binrio tem a frmula: ExO2
Portanto, 1 mol de composto contem 68 -16*2 = 36 g do elemento E.
Para determinar qual o elemento E, vamos mudar o valor de x atravs de todos
os possveis nmeros:
1) Para x = 1 a massa atmica do elemento precisa ser 36, que prximo de Cl,
mas o xido ClO2 no pode ser obtido de HClO3 com eliminao de 2 molculas
de gua (somente metade das molculas de gua por uma molcula de cido).
Alm disso, durante a desidratao, o cido libera oxignio, que no equivale as
condies do problema. Ento, x = 1 no correto.
2) Para x = 2, a massa atmica do elemento 16, que igual ao oxignio, mas O3
(OO2) no um composto binrio. Ento, x = 2 no correto.
3) Para x = 3, a massa atmica do elemento 16, que corresponde ao composto
binrio com frmula C2O3.
4) Para x = 4, a massa atmica do elemento 9, que igual ao berlio. Para x = 5,
a massa atmica do elemento 7.2, que prximo a massa atmica do ltio. No
entanto, berlio e ltio so metais e no produzem cidos.
Consequentemente, o composto binrio desconhecido o xido C3O2.
A estrutura deste composto :
O=C=C=C=O
O composto tem estrutura linear por causa da ligaes duplas =C=C= e =C=O em
sequncia.
O xido C3O2 pode ser preparado a partir do cido malnico CH2(COOH)2
-2H2O
3o Questo Abaixo so mostrados alguns compostos orgnicos comuns e, em
cada composto, um dos hidrognios est mostrado em negrito. Sobre esses
compostos e a acidez desses hidrognios, faa o que se pede:
O
O
H
OO
H H OH
H
F3C O
O
H
cido actico Acido trifluoracticoacetona Acetileno EtanolFenol
a) Classifique os compostos em ordem crescente de acidez.
b) Explique a diferena de acidez entre o cido actico e o cido
trifluoractico.
c) Explique a diferena de acidez entre o fenol e o etanol.
d) Explique a diferena de acidez entre o etanol e a cido actico.
Respostas:
a)
O
O
H
OO
HO
H
H
F3C O
O
H
cido actico Acido trifluoracticoacetona Etanol Fenol
b) A maior acidez do cido trifuoroctico, em relao ao cido actico, atribuda
ao efeito indutivo retirador de eltrons dos tomos de flor. Esse efeito retirador de
eltrons faz com que o trifluoracetato seja uma base conjugada mais estvel que o
acetato e, portanto, o equilbrio cido-base esteja mais deslocado para a forma
ionizada no cido trifluoractico.
c) A maior acidez do fenol explicada pela diferena na estabilidade das bases
conjugadas. No fenxido, a carga negativa estabilizada por conjugao com o
anel, no etxido no h este tipo de estabilizao.
d) A maior acidez do cido actico se deve a maior estabilidade do acetato em
relao ao etxido. No acetato, a carga negativa estabilizada por deslocalizao,
uma vez que as duas estruturas de ressonncia abaixo existem para esse nion.
O
O
O
O
4o Questo Considere um carro abastecido com etanol-hidratado que viaja a
100 km/h gasta 5000 kcal para percorrer 10 km. Quantos litros de combustvel
sero utilizados para fazer uma viagem de 3 horas, sabendo que:
Entalpia de formao do etanol = - 66 kcal/mol
Entalpia de formao de CO2 = - 94 kcal/mol
Entalpia de formao de H2O = - 68 kcal/mol
Densidade de C2H6O = 789 g/L
Teor de etanol no combustvel (etanol-hidratado) = 96 % v/v
Gabarito:
Passo 1: Escrever a reao de combusto e calcular a variao de entalpia:
C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
1 (-66) 3 (0) 2 (-94) 3 (-68)
H inicial H final
Hreao = Hfinal Hinicial = {[2 (-94) + 3 (-68)] - [1 (-66)]} = -326 kcal/mol
Passo 2: Calcular considerando o volume, que o combustvel no puro e as
relaes vindas das informaes fornecidas, de forma que:
* Atravs da variao de entalpia de reao e da massa molar, obtm-se a
energia liberada em funo da massa de etanol puro:
Hreao = -326 kcal/mol = -326 kcal 46 g = -7,08 kcal/g
* Com a densidade, obtm-se a energia liberada por 1 L de etanol puro:
Volume Massa Energia
1 L de etanol C2H6O 789 g -7,08 789 = -5591 kcal
* Conhecendo-se a frao volumtrica de etanol no combustvel, calcula-se
a energia fornecida por volume de etanol-hidratado:
1 L de combustvel 0,96 L de C2H6O 0,96 (-5591) = -5368 kcal
(etanol-hidratado)
* Sabendo-se a velocidade do carro (100 km/h) e o tempo da viagem (3 h),
tem-se que a distncia percorrida de 300 km.
* Se a cada 10 km so consumidas 5000 kcal, para 300 km sero
consumidas:
300 km 5000 kcal 10 km = 150 000 kcal
* 1 L do combustvel fornece 5368 kcal, portanto o volume necessrio para
fornecer 150 000 kcal ser de:
Volume = 150 000 kcal/L 5368 kcal = 28 L
5o Questo Algumas semi-reaes apresentam potenciais de reduo
dependentes do pH, porque a espcie predominante em soluo, e que participa
da reao, muda em funo do pH. Por isso as tabelas j trazem os valores de
potencial de reduo diferenciados em meio bsico ou cido. Com base nestas
tabelas, responda:
a) Porque o gs oxignio se torna um agente oxidante mais forte a medida que a
concentrao de H+ aumenta?
b) Porque o alumnio um agente redutor mais forte em meio alcalino do que em
meio cido?
c) Em qual condio o clcio um agente redutor mais forte? Porque?
d) Porque a semi-reao de reduo do ltio e do sdio so iguais em ambos os
meios (sendo tabeladas apenas em meio cido)? Compare com os casos do
alumnio e clcio.
e) Qual das espcies tabeladas um agente oxidante em meio cido e se torna
um agente redutor em meio bsico?
Semi-reao, Soluo cida E(V) O2(g) + 2H
+ + 4e- 2H2O 1,229 Fe3+ + e- Fe2+ 0,770 Cu+(aq) + e- Cu(s) 0,518 Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) 0,339 2H+ + 2e- H2(g) 0 Fe2+ +2e- Fe -0,440 Al3+ + 3e- Al -1,68 Na+ + e- Na -2,714 Ca2+ + 2e- Ca -2,869 Li+ + e- Li -3,040
Semi-reao, Soluo Bsica E(V) O2(g) + 2H2O + 4e
- 4OH- 0,414 Cu(OH)2(s) + 2e
- Cu(s) + 2OH- (aq) -0,360 Fe(OH)3(s) + e
- Fe(OH)2(s) + OH- -0,550
2H2O + 2e- H2(g) + OH
- -0,828 Al(OH)4
- + 3e- Al + 4OH- -2,310 Ca(OH)2(s) + 2e
- Ca + 2OH- -3,028
Gabarito:
a) Porque a semi-reao de reduo do oxignio mais positiva em soluo
cida, ou seja, ele se reduz mais facilmente, tornando-se um melhor agente
oxidante.
b) Porque o potencial de reduo do alumnio mais negativo em meio bsico, ou
seja, a reao inversa (de oxidao do alumnio) mais favorecida em meio
bsico, o que o torna um melhor agente redutor nesta condio.
c) Assim como o alumnio, o clcio tem um potencial de reduo mais negativo em
meio bsico, tornando-o um melhor agente redutor nesta condio.
d) Porque em meio aquoso, o sdio e o ltio estaro dissociados em qualquer pH,
na forma de Na+(aq) e Li+(aq) e por isso o po
