PROJETO ENEM
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QUÍMICA PROJETO ENEM 1) QUÍMICA ORGÂNICA Grupos Orgânicos Substituintes A) FUNÇÕES ORGÂNICAS radical metóxi Grupos Funcionais Hidroxila Exemplos Carboxila Carbonila Outros Anel aromático Polaridade Apolar Grande número de carbonos. Poucos grupos OH, O. Composto “parecido” com um hidrocarboneto. Conjugação A conjugação é definida como a ocorrência de alternância entre ligações simples e duplas em uma molécula. Exemplo O polímero representado possui ligações pi alternadas e isto é fundamental para que ocorra ressonância e transmissão de corrente elétrica: vitaminas lipossolúveis a água e, assim formem as micelas que permitem a remoção das gorduras. A gordura é rodeada pela parte apolar do sabão, ficando a parte polar para fora, o que permite a interação com a água. Polar Pequeno número de carbonos. Muitos grupos OH, NH, O, N, Cl. vitaminas hidrossolúveis Moléculas com grupos “OH” e “NH” formam ligações de hidrogênio. Exemplo (Enem 2011) A pele humana, quando está bem hidratada, adquire boa elasticidade e aspecto macio e suave. Em contrapartida, quando está ressecada, perde sua elasticidade e se apresenta opaca e áspera. Para evitar o ressecamento da pele é necessário, sempre que possível, utilizar hidratantes umectantes, feitos geralmente à base de glicerina e polietilenoglicol: Detergente Um dos grandes problemas de poluição mundial é o descarte de detergentes não biodegradáveis nos rios, lagos e mananciais. Os detergentes não biodegradáveis formam densas espumas que impedem a entrada de gás oxigênio na água e com isso afeta a vida das espécies aeróbicas aquáticas. Para resolver ou amenizar este problema surgiu o detergente biodegradável, a qual sua estrutura pode ser observada abaixo: HO CH2 CH2 O CH2 CH2 n O CH2 CH2 OH polietilenoglicol A retenção de água na superfície da pele promovida pelos hidratantes é consequência da interação dos grupos hidroxila dos agentes umectantes com a umidade contida no ambiente por meio de a) ligações iônicas. b) forças de London. c) ligações covalentes. d) forças dipolo-dipolo. e) ligações de hidrogênio. Gabarito [E] A ligação de hidrogênio é uma atração intermolecular mais forte do que a média. Nela os átomos de hidrogênio formam ligações indiretas, “ligações em pontes”, entre átomos muito eletronegativos de moléculas vizinhas. Este tipo de ligação ocorre em moléculas nas quais o átomo de hidrogênio está ligado a átomos que possuem alta eletronegatividade como o nitrogênio, o oxigênio e o flúor. Por exemplo: NH 3, H2O e HF. A ligação de hidrogênio é uma força de atração mais fraca do que a ligação covalente ou iônica. Mas, é mais forte do que as forças de London e a atração dipolo-dipolo. B) SABÕES e DETERGENTES Sabão A capacidade de limpeza e a eficiência de um sabão dependem de sua propriedade de formar micelas estáveis, que arrastam com facilidade as moléculas impregnadas no material a ser limpo. Tais micelas têm em sua estrutura partes capazes de interagir com substâncias polares, como a água, e partes que podem interagir com substâncias apolares, como as gorduras e os óleos. É exatamente o fato de possuir uma parte polar e outra apolar que faz com que o sabão apresente afinidade tanto com as gorduras quanto com Os detergentes biodegradáveis apresentam cadeia normal. Já os nãobiodegradáveis apresentam cadeia ramificada. C) ISOMERIA CH3 (CH)2 CH(CH3 ) CO NH CH3 C) POLÍMEROS Exemplo (Enem PPL 2014) No Brasil e no mundo têm surgido movimentos e leis para banir o uso de sacolas plásticas, em supermercados, feitas de polietileno. Obtida a partir do petróleo, a matéria-prima do polietileno é o gás etileno, que depois de polimerizado dá origem ao plástico, composto CH2 . essencialmente formado pela repetição de grupos motivo do banimento é a poluição, pois se estima que cerca de 300 anos para se degradarem no meio resistentes a ataques químicos, à radiação e a O principal as sacolas levam ambiente, sendo microrganismos. O motivo pelo qual essas sacolas demoram muito tempo para se degradarem é que suas moléculas a) apresentam muitas insaturações. b) contêm carbono em sua composição. c) são formadas por elementos de alta massa atômica. d) são muito longas e formadas por ligações químicas fortes. e) têm origem no petróleo, que é uma matéria-prima não renovável. Gabarito [D] O motivo pelo qual essas sacolas demoram muito tempo para se degradarem é que na sua fabricação são utilizados polímeros resistentes à degradação. A respeito dos enantiômeros dextrogiro e levogiro, é possível afirmar: - Não reagem entre si. - Podem ser separados opticamente. - Podem estar presentes em partes iguais, 50 % do dextrogiro e 50 % do levogiro (mistura racêmica). - Interagem de maneira distinta com o organismo. - São estruturas que apresentam os mesmos grupos funcionais. Exemplo (Enem 2013) O uso de embalagens plásticas descartáveis vem crescendo em todo o mundo, juntamente com o problema ambiental gerado por seu descarte inapropriado. O politereftalato de etileno (PET), cuja estrutura é mostrada, tem sido muito utilizado na indústria de refrigerantes e pode ser reciclado e reutilizado. Uma das opções possíveis envolve a produção de matérias-primas, como o etilenoglicol (1,2-etanodiol), a partir de objetos compostos de PET pós-consumo. Com base nas informações do texto, uma alternativa para a obtenção de etilenoglicol a partir do PET é a a) solubilização dos objetos. b) combustão dos objetos. c) trituração dos objetos. d) hidrólise dos objetos. e) fusão dos objetos. Exemplo (Enem 2014) O estudo de compostos orgânicos permite aos analistas definir propriedades físicas e químicas responsáveis pelas características de cada substância descoberta. Um laboratório investiga moléculas quirais cuja cadeia carbônica seja insaturada, heterogênea e ramificada. A fórmula que se enquadra nas características da molécula investigada é a) CH3 (CH)2 CH(OH) CO NH CH3 . b) CH3 (CH)2 CH(CH3 ) CO NH CH3. d) CH3 (CH)2 CH(CH3 ) CO NH2. CH3 CH2 CH(CH3 ) CO NH CH3. e) C6H5 CH2 CO NH CH3 . c) Gabarito [B] Molécula quiral (* apresenta carbono assimétrico) cuja cadeia carbônica seja insaturada (apresenta ligação pi), heterogênea (apresenta heteroátomo) e ramificada (apresenta carbono terciário): Gabarito [D] A reação de hidrólise do PET produz o etilenoglicol: Exemplo (Enem 2014) Com o objetivo de substituir as sacolas de polietileno, alguns supermercados têm utilizado um novo tipo de plástico ecológico, que apresenta em sua composição amido de milho e uma resina polimérica termoplástica, obtida a partir de uma fonte petroquímica. ERENO, D. “Plásticos de vegetais”. Pesquisa Fapesp, n. 179, jan. 2011 (adaptado). Nesses plásticos, a fragmentação da resina polimérica é facilitada porque os carboidratos presentes a) dissolvem-se na água. b) absorvem água com facilidade. c) caramelizam por aquecimento e quebram. d) são digeridos por organismos decompositores. e) decompõem-se espontaneamente em contato com água e gás carbônico. Gabarito [D] Nesses plásticos, a fragmentação da resina polimérica é facilitada porque os carboidratos presentes são digeridos por organismos decompositores, ou seja, o polímero é biodegradável. D) REAÇÕES Esterificação x Hidrólise do éster A combinação entre o ácido cólico e a glicina ou taurina origina a função amida, formada pela reação entre o grupo amina desses aminoácidos e o grupo a) carboxila do ácido cólico. b) aldeído do ácido cólico. c) hidroxila do ácido cólico. d) cetona do ácido cólico. e) éster do ácido cólico. Gabarito [A] O grupo amina reage com o grupo carboxila formando o grupo amida: Exemplo (Enem 2012) A própolis é um produto natural conhecido por suas propriedades anti-inflamatórias e cicatrizantes. Esse material contém mais de 200 compostos identificados até o momento. Dentre eles, alguns são de estrutura simples, como é o caso do C 6H5CO2CH2CH3, cuja estrutura está mostrada a seguir. 2) QUÍMICA INORGÂNICA O ácido carboxílico e o álcool capazes de produzir o éster em apreço por meio da reação de esterificação são, respectivamente, a) ácido benzoico e etanol. b) ácido propanoico e hexanol. c) ácido fenilacético e metanol. d) ácido propiônico e cicloexanol. e) ácido acético e álcool benzílico. Gabarito [A] A) ÓXIDOS ÁCIDOS São óxidos que possuem caráter covalente e são formados geralmente por ametais e metais que possuem Nox elevado (+5, +6 a +7). Reações Anidrido + H2O Ácido (oxiácido) (reação do tipo “soma”) Obs.: Oxiácido = ácido que contém oxigênio Formação de Amida Exemplo (Enem) A bile é produzida pelo fígado, armazenada na vesícula biliar e tem papel fundamental na digestão de lipídeos. Os sais biliares são esteroides sintetizados no fígado a partir do colesterol, e sua rota de síntese envolve várias etapas. Partindo do ácido cólico representado na figura, ocorre a formação dos ácidos glicólico e taurocólico; o prefixo glico- significa a presença de um resíduo do aminoácido glicina e o prefixo tauro-, do ácido taurina Exemplos: CO2 + H2O anidrido carbônico H2CO3 ácido carbônico SO3 + H2O anidrido sulfúrico H2SO4 ácido sulfúrico N2O5 + H2O anidrido nítrico H2N2O6 2 HNO3 ácido nítrico B) ÓXIDOS BÁSICOS Formados principalmente por metais que apresentam Nox +1 ou +2 (famílias 1A e 2A). Possuem caráter iônico. H2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2 HCl Insolúvel H2SO4 + 2 NaCl Na2SO4 + 2 HCl Volátil Ex.: Na2O, CaO, BaO... 3 KOH + FeCl3 Fe(OH)3 + 3 KCl Insolúvel Nomenclatura Exemplos: Na2O – óxido de sódio CaO – óxido de cálcio Ag2O – óxido de prata FeO – óxido ferroso ou óxido ferro II MgO – óxido de magnésio NaOH + NH4Cl NH3 + H2O + NaCl Volátil Reações PRINCIPAIS DECOMPOSIÇÕES Óxido básico + H2O Base (hidróxido) Ex.: Na2O + H2O 2 NaOH C) REAÇÕES HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2 Volátil KClO3 KCl + 3/2 O2 KBrO3 KBr + 3/2 O2 CaCO3 CaO + CO2 NEUTRALIZAÇÃO Ácido + Base Sal +Água 2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 +H2O Ex.: NaOH + HCl NaCl + H2O HIDRÓLISE SALINA DUPLA – TROCA Para que essas reações ocorram, é necessário que pelo menos um de seus produtos, quando comparado aos reagentes, apresente no mínimo uma das características a seguir: Seja mais fraco (menos ionizado ou dissociado); Seja mais volátil (passa com maior facilidade para o estado gasoso ou produz um gás); Seja menos solúvel (ocorre a formação de um precipitado). A hidrólise de um sal é a reação inversa à neutralização, isto é, consiste na reação do sal com a água, gerando o ácido e o hidróxido correspondentes. Sal + Água Ácido + Hidróxido Dependendo da força do ácido e da base produzidos, a solução aquosa resultante pode ter caráter ácido, básico ou neutro. O grau de acidez de uma solução pode ser definido pela escala de pH. Estas reações podem ocorrer entre: Ácido1 + Sal2 Ácido2 + Sal1 Base1 + Sal2 Base2 + Sal1 Sal1 + Sal2 Sal3 + Sal4 Resumindo: Ácido Hidróxido + Sal gás ou precipitado Sal Volatilidade Ácidos: São em geral, voláteis. Exceções: H2SO4 e H3PO4 são fixos. Hidróxidos: São fixos. Exceção: NH4OH NH3 + H2O Sais : São fixos. Solubilidade Ácidos: São em geral solúveis. Bases: São insolúveis. Exceções: 1A e NH4OH ..... Solúveis 2A ...... Insolúveis Sais: Os principais precipitados são: BaSO4, CaCO3, BaCO3 e AgCl. Exemplos: HCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 Insolúvel Exemplos Ex. 1: NH4Cl NH4Cl + H2O HCl + NH4OH Ácido Base Forte Fraca A solução aquosa do cloreto de amônio é ácida: pH < 7. Ex. 2: KCN KCN + H2O HCN + KOH Ácido Base Fraco Forte A solução aquosa do cianeto de potássio é básica: pH > 7. Ex. 3: NaCl HCl .... ácido forte NaCl NaOH..... base forte Um sal deste tipo ao se dissolver em água não sofre hidrólise. A solução aquosa de cloreto de sódio é neutra: pH = 7. Exemplo (Enem PPL 2014) Fertilizantes químicos mistos, denominados NPK, são utilizados para aumentar a produtividade agrícola, por fornecerem os nutrientes nitrogênio, fósforo e potássio, necessários para o desenvolvimento das plantas. A quantidade de cada nutriente varia de acordo com a finalidade do adubo. Um determinado adubo NPK possui, em sua composição, as seguintes substâncias: nitrato de amônio (NH4 NO3 ), ureia (CO(NH2 )2 ), nitrato de potássio (KNO3 ), fosfato de sódio (Na3 PO4 ) e cloreto de potássio (KC ). A adição do adubo descrito provocou diminuição no pH de um solo. Considerando o caráter ácido/básico das substâncias constituintes desse adubo, a diminuição do pH do solo deve ser atribuída à presença, no adubo, de uma quantidade significativa de a) ureia. b) fosfato de sódio. c) nitrato de amônio. d) nitrato de potássio. e) cloreto de potássio. Gabarito [C] A diminuição do pH implica e elevação da acidez, por isso o nutriente deve sofrer hidrólise e deixar o meio ácido. A diminuição do pH do solo deve ser atribuída à presença, no adubo, de uma quantidade significativa de nitrato de amônio. NH4 NO3 (nitrato de amônio) NH4 NO3 HOH H NO3 NH4OH NH4 NO3 HOH NH4 H NO3 NH3 HOH H NH3 meio ácido Para os outros nutrientes, teremos: Ureia (CO(NH2 )2 : meio neutro. HOH 3Na PO4 3HOH PO43 3HOH H3PO4 3Na 3OH H3PO4 3OH 23 1 Considerando-se o valor de 6 10 mol para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? 21 a) 7,5 10 b) 1,5 1022 c) 7,5 1023 d) 1,5 1025 e) 4,8 1025 40 g de cálcio 1 g de cálcio 6 1023 átomos de Ca nCa 3) CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO KC K Exemplo (Enem) O brasileiro consome em média 500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão pra evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. nCa 0,15 1023 1,5 1022 átomos de cálcio meio básico 1 Mol --- 22,4 L n ---- v 1000 mg 1000 103 1 g Na3PO4 3 0 N DE MOL X VOLUME A quantidade recomendada é o dobro de 500 mg por dia, ou seja, 1000 mg de cálcio por dia, então: H NO3 K OH H OH (meio neutro) 23 1 Mol --- 6.10 n ---- x Gabarito [B] KNO3 K NO3 HOH 0 N DE MOL X ÁT/MOLÉC C HOH HOH H C K OH H OH (meio neutro) 3) MOL Massa Molar = (g/mol) CONVERSÕES FÓRMULA 23 1 Mol = 6.10 = 22,4 L Át ou Moléc CNTP 2 A + B 3 C Pureza M total M pura 2A 2 . MM 100% Pu% ≡ 3C 3 . MM 0 MASSA X N DE MOL M pura M máxima MM --- 1 Mol M ---- n Rendimento MASSA X ÁT/MOLÉC 23 MM --- 6.10 M ---- x MASSA X VOLUME MM --- 22,4 L M ---- v M máxima X 100% Re% Exemplo (Enem) Grandes fontes de emissão do gás dióxido de enxofre são as indústrias de extração de cobre e níquel, em decorrência da oxidação dos minérios sulfurados. Para evitar a liberação desses óxidos na atmosfera e a consequente formação da chuva ácida, o gás pode ser lavado, em um processo conhecido como dessulfurização, conforme mostrado na equação (1). CaCO3(s) SO2(g) CaSO3(s) CO2(g) (1) Por sua vez, o sulfito de cálcio formado pode ser oxidado, com o auxílio do ar atmosférico, para a obtenção do sulfato de cálcio, como mostrado na equação (2). Essa etapa é de grande interesse porque o produto da reação, popularmente conhecido como gesso, é utilizado para fins agrícolas. 2 CaSO3(s) O2(g) 2 CaSO4(s) (2) Considerando um rendimento de 90% no processo, a massa de gesso obtida, em gramas, por mol de gás retido é mais próxima de a) 64. b) 108. c) 122. d) 136. e) 245. Gabarito [C] 2CaCO3(s) 2SO2(g) 2CaSO3(s) 2CO2(g) 2 CaSO3(s) O2(g) 2 CaSO4(s) (1) (2) As informações fornecidas mostram que a) quanto maior é a meia-vida de uma substância mais rápido ela se desintegra. Global 2CaCO3(s) 2SO2(g) O2(g) 2 CaSO4(s) gás retido " gesso" Global 2CaCO3(s) 2SO2(g) O2(g) 2 CaSO4(s) 2 mol 1 mol 2 136 g 0,90 mCaSO4 (s) mCaSO4 (s) 122,4 g 4) RADIOATIVIDADE b) apenas 1 de 8 uma amostra de rádio-226 terá decaído ao final de 4.860 anos. c) metade da quantidade original de rádio-226, ao final de 3.240 anos, ainda estará por decair. d) restará menos de 1% de rádio-226 em qualquer amostra dessa substância após decorridas 3 meias-vidas. e) a amostra de rádio-226 diminui a sua quantidade pela metade a cada intervalo de 1.620 anos devido à desintegração radioativa. Gabarito [E] De acordo com o gráfico para ½ quilo de rádio-226 temos 1620 anos, que equivale à sua meia-vida, ou seja, a amostra de rádio-226 diminui a sua quantidade pela metade a cada intervalo de 1.620 anos devido à desintegração radioativa. Exemplo (Enem) A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir. “Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação”. A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois a) o material é incapaz de acumular radiação, não se tornando radioativo por ter sido irradiado. b) a utilização de uma embalagem é suficiente para bloquear a radiação emitida pelo material. c) a contaminação radioativa do material não se prolifera da mesma forma que as infecções por microrganismos. d) o material irradiado emite radiação de intensidade abaixo daquela que ofereceria risco à saúde. e) o intervalo de tempo após a esterilização é suficiente para que o material não emita mais radiação. Meia-vida Exemplo (Enem cancelado 2009) O lixo radioativo ou nuclear é resultado da manipulação de materiais radioativos, utilizados hoje na agricultura, na indústria, na medicina, em pesquisas científicas, na produção de energia etc. Embora a radioatividade se reduza com o tempo, o processo de decaimento radioativo de alguns materiais pode levar milhões de anos. Por isso, existe a necessidade de se fazer um descarte adequado e controlado de resíduos dessa natureza. A taxa de decaimento radioativo é medida em termos de um tempo característico, chamado meia-vida, que é o tempo necessário para que uma amostra perca metade de sua radioatividade original. O gráfico seguinte representa a taxa de decaimento radioativo do rádio-226, elemento químico pertencente à família dos metais alcalinos terrosos e que foi utilizado durante muito tempo na medicina. Gabarito [A] O material médico não pode acumular radiação, ou seja, não se torna radioativo por ter sido irradiado. A decisão tomada pela companhia foi equivocada. 4) SOLUÇÕES A) CONCENTRAÇÃO g/L Exemplo (Enem PPL 2014) Em um caso de anemia, a quantidade de sulfato de ferro(Il) (FeSO4 , massa molar igual a 152g mol) recomendada como suplemento de ferro foi de 300mg dia. Acima desse valor, a mucosa intestinal atua como barreira, impedindo a absorção de ferro. Foram analisados cinco frascos de suplemento, contendo solução aquosa de FeSO4 , cujos resultados encontram-se no quadro. B) CONCENTRAÇÃO MOL/L Concentração de sulfato de ferro(II) Frasco (mol L) 1 0,02 0,20 0,30 1,97 5,01 2 Onde: M = molaridade (mol/L) m1 = massa do soluto (g) MM1= massa molar do soluto (g/mol) V = volume da solução (L) C) DILUIÇÃO Calcular a nova concentração após à adição de H2O 3 4 5 Se for ingerida uma colher (10mL) por dia do medicamento para anemia, a amostra que conterá a concentração de sulfato de ferro(ll) mais próxima da recomendada é a do frasco de número a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. Gabarito [B] Frasco 2 [FeSO4 ] 0,20 mol / L; MFeSO4 152 g / mol c [FeSO4 ] MFeSO4 c 0,20 mol / L 152 g / mol 30,4 g / L 1000 mL 10 mL Ci . Vi = Cf . Vf Mi . Vi = Mf . Vf C) ppm No entanto, existem casos em que a quantidade de soluto é extremamente pequena, como, por exemplo, a concentração dos poluentes existentes no ar, na terra e na água. Nessas situações, costuma-se usar a unidadepartes por milhão, que é representada pela abreviação ppm. 30,4 g 0,304 g 304 mg Exemplo (Enem 2013) A varfarina é um fármaco que diminui a agregação plaquetária, e por isso é utilizada como anticoagulante, desde que esteja presente no plasma, com uma concentração superior a 1,0 mg/L. Entretanto, concentrações plasmáticas superiores a 4,0 mg/L podem desencadear hemorragias. As moléculas desse fármaco ficam retidas no espaço intravascular e dissolvidas exclusivamente no plasma, que representa aproximadamente 60% do sangue em volume. Em um medicamento, a varfarina é administrada por via intravenosa na forma de solução aquosa, com concentração de 3,0 mg/mL. Um indivíduo adulto, com volume sanguíneo total de 5,0 L, será submetido a um tratamento com solução injetável desse medicamento. Qual é o máximo volume da solução do medicamento que pode ser administrado a esse indivíduo, pela via intravenosa, de maneira que não ocorram hemorragias causadas pelo anticoagulente? a) 1,0 mL b) 1,7 mL c) 2,7 mL d) 4,0 mL e) 6,7 mL Gabarito [D] As moléculas desse fármaco ficam retidas no espaço intravascular e dissolvidas exclusivamente no plasma, que representa aproximadamente 60% do sangue em volume, sendo que o volume sanguíneo total de 5,0 L. 5,0 L (sangue) Vsangue 100 % 60 % Vsangue 3 L Assim, uma solução de 20 ppm contém 20 gramas do soluto em 1 milhão de gramas da solução. Concentrações plasmáticas superiores a 4,0 mg/L podem desencadear hemorragias. A varfarina é administrada por via intravenosa na forma de solução aquosa, com concentração de 3,0 mg/mL, então: C msoluto msoluto C V Vsolução mvar farina (medicamento) mvar farina (sangue) Cmedicamento Vsolução C(no sangue) Vsangue 3,0 mg / mL Vsolução 4,0 mg / L 3,0 L 3,0 mg / mL Vsolução 4,0 103 mg / mL 3,0 L a) etano. b) etanol. c) metanol. d) acetileno. e) hidrogênio. Gabarito [E] Substância Fórmula Energia 1298 kJ / mol de C2H2 Vsolução 4,0 103 L 4,0mL C2H2 26 g / mol Acetileno 5) TERMOQUÍMICA 1298 kJ / mol de C2H2 49,923 kJ / g 26 g / mol Para 1000 g (1 kg) : 49.923 kJ C2H2 E COMBUSTÃO 1558 kJ / mol de C2H2 C2H6 30 g / mol R + O2 CO2 + H2O ∆HCOMBUSTÃO Etano ∆HCOMBUSTÃO 1558 kJ / mol de C2H2 51,933 kJ / g 30 g / mol Para 1000 g (1 kg) : 51.933 kJ C2H6 E Mede a energia liberada na queima da massa molar do combustível 1366 kJ / mol de C2H2 C2H5OH 46 g / mol Etanol C2H5OH 1366 kJ / mol de C2H2 29,696 kJ / g 46 g / mol Para 1000 g (1 kg) : 29.696 kJ E 242 kJ / mol de C2H2 H2 2 g / mol Hidrogênio 242 kJ / mol de C2H2 121 kJ / g 2 g / mol Para 1000 g (1 kg) : 121.000 kJ H2 E Comparar combustíveis MM ---- ∆HCOMBUSTÃO Metanol m -------- x Cálculo da energia liberada por mol de CO2 emitido número de mol CO2 formado na reação Exemplo (Enem PPL 2014) A escolha de uma determinada substância para ser utilizada como combustível passa pela análise da poluição que ela causa ao ambiente e pela quantidade de energia liberada em sua combustão completa. O quadro apresenta a entalpia de combustão de algumas substâncias. As massas molares dos elementos H, C e O são, 1g mol, 12g mol e 16g mol. Substância Fórmula Entalpia de combustão Acetileno C2H2 1298 Etano C2H6 1558 Etanol C2H5OH 1366 Hidrogênio H2 Metanol CH3OH 242 558 (kJ mol) Levando-se em conta somente o aspecto energético, a substância mais eficiente para a obtenção de energia, na combustão de 1kg de combustível, é o 558 kJ / mol de C2H2 18 kJ / g 31 g / mol Para 1000 g (1 kg) : 18.000 kJ E Conclusão: a substância mais eficiente para a obtenção de energia, na combustão de 1kg (1.000 g) de combustível, é o hidrogênio (121.000 kJ). ∆HCOMBUSTÃO respectivamente, iguais a CH3OH 558 kJ / mol de C2H2 CH3O 31 g / mol Exemplo (Enem) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC 0 (∆H 25) do metano, do butano e do octano. 0 ∆H 25 (kj/moℓ) fórmula molecular massa molar (g/moℓ) metano CH4 16 - 890 butano C4H10 58 - 2.878 octano C8H18 114 - 5.471 composto À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é a) gasolina, GLP e gás natural. b) gás natural, gasolina e GLP. c) gasolina, gás natural e GLP. d) gás natural, GLP e gasolina. e) GLP, gás natural e gasolina. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. Gabarito [C] São fatores que aceleram a velocidade das reações químicas: aumento da temperatura e da superfície de contato e a presença de catalisadores. Gabarito [A] De acordo com a tabela: fórmula composto molecular massa molar (g/moℓ) 0 ΔH 25 (kj/moℓ) metano CH4 16 - 890 butano C4H10 58 - 2.878 octano C8H18 114 - 5.471 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H = - 890 kJ/mol C4H10 + 6,5O2 4CO2 + 5H2O C8H18 + 12,5O2 8CO2 + 9H2O H = - 2878 kJ/mol H = - 5471 kJ/mol Como a comparação deve ser feita para 1 mol de CO 2 liberado por cada combustível devemos dividir a segunda equação por dois e a terceira por oito e então comparar os respectivos “novos” H obtidos: CH4 + 2O2 1CO2 + 2H2O H = – 890 kJ/mol 1 13 5 C4H10 O2 1CO2 H2O 4 4 4 ∆H = - 719,5 kJ/mol Exemplo (Enem PPL 2013) Há processos industriais que envolvem reações químicas na obtenção de diversos produtos ou bens consumidos pelo homem. Determinadas etapas de obtenção desses produtos empregam catalisadores químicos tradicionais, que têm sido, na medida do possível, substituídos por enzimas. Em processos industriais, uma das vantagens de se substituírem os catalisadores químicos tradicionais por enzimas decorre do fato de estas serem a) consumidas durante o processo. b) compostos orgânicos e biodegradáveis. c) inespecíficas para os substratos. d) estáveis em variações de temperatura. e) substratos nas reações químicas. Gabarito [B] As enzimas são sensíveis á temperatura, pH do meio e concentração do substrato. Uma das vantagens de se substituírem os catalisadores químicos tradicionais por enzimas decorre do fato de estas serem compostos orgânicos de fácil degradação na natureza. 7) EQUILÍBRIO QUÍMICO 1 25 9 C8H18 O2 1CO2 H2O 8 16 8 ∆H = - 683,875 kJ/mol Lembrando que o sinal negativo significa energia liberada, a ordem crescente de liberação será: 683,875 kJ < 719,5 kJ < 890 kJ Ou seja, gasolina, GLP e gás natural. 6) CINÉTICA QUÍMICA Fatores que afetam a velocidade das reações 1) Superfície de contato 2) Pressão 3) Concentração 4) Catalisador Diminui a energia de ativação da reação. Ex.: enzimas. 5) Temperatura Exemplo (Enem 2ª aplicação 2010) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. A) PRINCÍPIO DE LE CHATELIER Manipular fatores como concentração, pressão e temperatura para favorecer uma das reações do processo. O equilíbrio intensifica a reação (se desloca) no sentido de minimizar o efeito provocado. Fatores 1) Aumento na concentração = o eq. se desloca no sentido de consumir a substância. 2) Diminuição na concentração = o eq. se desloca no sentido de repor a substância. 3) Aumento da temperatura = o eq. se desloca no sentido endotérmico. 4) Diminuição da temperatura = o eq. se desloca no sentido exotérmico. 5) Aumento da pressão = o eq. se desloca no sentido de menor número de mols. 6) Diminuição da pressão = o eq. se desloca no sentido de maior número de mols. 7) Catalisador = não desloca o eq. + - 8) Equilíbrios com H ou OH na equação podem ser deslocados por mudança de pH. + - H neutraliza OH e vice-versa. H(aq) OH(aq) H2O( ) Exemplo (Enem PPL 2014) A formação de estalactites depende da reversibilidade de uma reação química. O carbonato de cálcio (CaCO3 ) é encontrado em depósitos subterrâneos na forma de pedra calcária. Quando um volume de água rica em CO2 dissolvido infiltra-se no 2 calcário, o minério dissolve-se formando íons Ca e HCO 3. Numa segunda etapa, a solução aquosa desses íons chega a uma caverna e ocorre a reação inversa, promovendo a liberação de CO2 e a deposição de CaCO3 , de acordo com a equação apresentada. Ca2 (aq) 2HCO3 (aq) CaCO3 (s) CO2 (g) H2O( ) ΔH 40,94kJ mol Considerando o equilíbrio que ocorre na segunda etapa, a formação de carbonato será favorecida pelo(a) a) diminuição da concentração de Íons OH no meio. b) aumento da pressão do ar no interior da caverna. c) diminuição da concentração de HCO3 no meio. d) aumento da temperatura no interior da caverna. e) aumento da concentração de CO2 dissolvido. Gabarito [D] Endotérmico; favorecido pelo aumento da temperatura CaCO3 (s) CO2 (g) H2O( ); ΔH 40,94kJ mol Ca2 (aq) 2HCO3 (aq) Exotérmico; favorecido pela diminuição da temperatura A formação de carbonato será favorecida pelo aumento da temperatura, ou seja, o equilíbrio será deslocado para a direita. Material Suco de limão Leite Vinagre Álcool Sabão Carbonato de sódio/barrilha + Concentração de H3O (mol/L) –2 10 10–6 10–3 10–8 10–12 10–12 Dentre os materiais listados, quais são apropriados para amenizar esse odor? a) Álcool ou sabão. b) Suco de limão ou álcool. c) Suco de limão ou vinagre. d) Suco de limão, leite ou sabão. e) Sabão ou carbonato de sódio/barrilha. Gabarito [C] A trimetilamina é a substância que caracteriza o odor de peixe. Este composto é básico devido à presença da função amina. Para amenizar este odor é necessário utilizar-se um composto ácido. De acordo com a tabela o suco de limão e o vinagre possuem a maior concentração de cátions H3 O , logo são apropriados para este fim. B) pH e pOH A escala de pH normalmente apresenta valores que variam de zero a 14. Nota: - Quanto mais ácida for a solução, menor será o pH. - Quanto mais básica for a solução, maior será o pH. Exemplo Exemplo (Enem) Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido fosfórico, substância prejudicial à fixação de cálcio, o mineral que é o principal componente da matriz dos dentes. A cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do processo de desmineralização dentária, perda de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o principal componente do esmalte do dente é um sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante, pela presença da sacarose, faz decrescer o pH do biofilme (placa bacteriana), provocando a desmineralização do esmalte dentário. Os mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30 minutos para normalizar o nível do pH, remineralizando o dente. A equação química seguinte representa esse processo: Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de 2 a) OH , que reage com os íons Ca , deslocando o equilíbrio para a direita. b) H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a direita. 2 c) OH , que reage com os íons Ca , deslocando o equilíbrio para a esquerda. d) H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a esquerda. 2 e) Ca , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a esquerda. Gabarito [B] Considerando que uma pessoa consuma refrigerante diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a direita. Exemplo (Enem 2012) Uma dona de casa acidentalmente deixou cair na geladeira a água proveniente do degelo de um peixe, o que deixou um cheiro forte e desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se que o odor característico de peixe se deve às aminas e que esses compostos se comportam como bases. Na tabela são listadas as concentrações hidrogeniônicas de alguns materiais encontrados na cozinha, que a dona de casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira. vmineralização K[Ca2 ]5 [PO34 ]3 [OH ] Como H(aq) OH(aq) H2O( ) , os íons OH são consumidos e a velocidade de mineralização diminui, ou seja, o equilíbrio desloca para a direita. 8) ELETROQUÍMICA Exemplo (Enem) O crescimento da produção de energia elétrica ao longo do tempo tem influenciado decisivamente o progresso da humanidade, mas também tem criado uma séria preocupação: o prejuízo ao meio ambiente. Nos próximos anos, uma nova tecnologia de geração de energia elétrica deverá ganhar espaço: as células a combustível hidrogênio/oxigênio. PILHA 1) C-A-R-O CATODO = REDUÇÃO = maior Ered ANODO = OXIDAÇÃO = menor Ered 2) SEMI-REAÇÕES REDUÇÃO elétron antes da seta OXIDAÇÃO elétron depois da seta 3) PÓLOS DA PILHA P-A-N-E Pilha-anodo-negativo Anodo = polo negativo Catodo = polo positivo 4) FLUXO DOS ELÉTRONS A C Do anodo para o catodo 5) METAL DE SACRIFÍCIO Fixar uma lâmina de um metal que se oxide mais facilmente que o ferro. Escolher um metal com maior Eoxi (ou menor Eoxi) 6) CÁLCULOS Cu+2 + 2e- Cu0 Cu MM 2e- ≡ 2 . 96500 C m Com base no texto e na figura, a produção de energia elétrica por meio da célula a combustível hidrogênio/oxigênio diferencia-se dos processos convencionais porque a) transforma energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado é a água. b) converte a energia química contida nas moléculas dos componentes em energia térmica, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. c) transforma energia química em energia elétrica, porém emite gases poluentes da mesma forma que a produção de energia a partir dos combustíveis fósseis. d) converte energia elétrica proveniente dos combustíveis fósseis em energia química, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente. e) converte a energia potencial acumulada nas moléculas de água contidas no sistema em energia química, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. Gabarito [A] A produção de energia elétrica por meio da célula a combustível hidrogênio/oxigênio diferencia-se dos processos convencionais porque transforma energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, pois o principal subproduto formado é a água. O funcionamento de uma pilha de combustível é baseado nas semirreações a seguir: 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH(aq) 1 2 O2(g) + H2O(l) + 2e 2OH(aq) A reação global da pilha de combustível é H 2(g) + 1 2 O2(g) H2O(l) Exemplo (Enem PPL 2014) Os bafômetros (etilômetros) indicam a quantidade de álcool, C2H6O (etanol), presente no organismo de uma pessoa através do ar expirado por ela. Esses dispositivos utilizam células a combustível que funcionam de acordo com as reações químicas representadas: Q I. C2H6O(g) C2H4O(g) 2H(aq) 2e Q=ixt II. 1 O2 (g) 2H (aq) 2e H2O( ) 2 Na reação global de funcionamento do bafômetro, os reagentes e os produtos desse tipo de célula são a) o álcool expirado como reagente; água, elétrons e H como produtos. b) o oxigênio do ar e H como reagentes; água e elétrons como produtos. c) apenas o oxigênio do ar como reagente; apenas os elétrons como produto. d) apenas o álcool expirado como reagente; água, C2H4O e H como produtos. e) o oxigênio do ar e o álcool expirado como reagentes; água e C2H4O como produtos. Gabarito [E] C2H6 O(g) C2H4 O(g) 2H (aq) 2e 1 O (g) 2H (aq) 2e H2O( ) 2 2 1 Global C2H6O(g) O2 (g) C2H4O(g) H2O( ) 2 produtos álcool expirado Exemplo (Enem) O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma “lenda urbana”, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais: Semirreação – Potencial Padrão de Redução (V) Li e Li –3,05 K e– K –2,93 Mg2 2 e– Mg –2,36 A 3 3 e– A –1,66 b) 0,04g. c) 2,40g. d) 35,5g. e) 71,0g. Gabarito [D] Q = i t 10 3 3600 s = 108000 C 2+ Cu + 2e Cu 2 96500 C 63,5 g 108000 C m m = 35,53 g - Exemplo (Enem cancelado 2009) Pilhas e baterias são dispositivos tão comuns em nossa sociedade que, sem percebermos, carregamos vários deles junto ao nosso corpo; elas estão presentes em aparelhos de MP3, relógios, rádios, celulares etc. As semirreações descritas a seguir ilustram o que ocorre em uma pilha de óxido de prata. Zn (s) + OH- (aq) ZnO (s) + H2O ( ) + eAg2O (s) + H2O ( ) + e- Ag (s) + OH- (aq) Pode-se afirmar que esta pilha a) é uma pilha ácida. b) apresenta o óxido de prata como o ânodo. c) apresenta o zinco como o agente oxidante. d) tem como reação da célula a seguinte reação: Zn(s) + Ag2O(s) ZnO(s) + 2Ag(s). e) apresenta fluxo de elétrons na pilha do eletrodo de Ag2O para o Zn. Zn2 2 e– Zn –0,76 Gabarito [D] Cu2 2 e– Cu +0,34 Zn OH ZnO H2O e Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio. d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. Gabarito [E] Os metais que poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio (ou seja, proteger o alumínio da oxidação) devem apresentar menores potenciais de redução do que o do alumínio e neste caso o lítio e o potássio se encaixam. Li e– Li – K e K A 3 – 3 e A –3,05 –2,93 –1,66 Exemplo (Enem) A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais com maior rendimento no processo de eletrólise, com uma recuperação de aproximadamente 99,9%. Por ser um metal de alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua recuperação torna-se viável economicamente. Suponha que, em um processo de recuperação de cobre puro, tenha-se eletrolisado uma solução de sulfato de cobre (II) (CuSO4) durante 3 h, empregando-se uma corrente elétrica de intensidade igual a 10A. A massa de cobre puro recuperada é de aproximadamente Dados: Constante de Faraday F = 96 500 C/mol; Massa molar em g/mol: Cu = 63,5. a) 0,02g. Ag2O H2O e Ag OH ânodo oxidação cátodo redução Zn Ag2O ZnO Ag reação global
