questões globalizantes

Química
QUESTÕES GLOBALIZANTES
1.
O AMONÍACO NA SOCIEDADE
O amoníaco (NH3) é uma das substâncias produzidas na indústria 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 pobres, pelo que é necessário adicionar-lhes quantidades significativas 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
Adubo azotado.
amoníaco e ácido nítrico.
O amoníaco forma-se pela reação de síntese, a elevada pressão, recorrendo ao azoto atmosférico 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…
1.3.
(A) … decantação em funil.
(B) … destilação fracionada.
(C) … destilação simples.
(D) … centrifugação.
O gráfico mostra como varia a constante de equilíbrio,
Kc, da síntese do amoníaco em função da temperatura.
Kc
1.3.1. Escreva a equação química que traduz a síntese do
amoníaco.
1.3.2. Escreva a expressão da constante de equilíbrio e explique como esta varia com a temperatura.
1.3.3. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correcta.
(A) A diminuição da temperatura aumenta o rendimento da reação.
Temperatura
Variação da constante de equilíbrio
da síntese do amoníaco com a
temperatura.
(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 solução 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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1.4.
O gráfico da figura representa, aproximadamente, as percentagens de amoníaco em equilíbrio
com os gases azoto (N2) e hidrogénio (H2) na mistura da reação, a diferentes pressões e temperaturas.
70
% de NH3 na amostra
60
50
300 °C
40
30
350 °C
20
400 °C
X
10
0
500 °C
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Ptotal/atm
Composição do sistema reacional.
1.4.1. Atendendo apenas à informação contida no gráfico da figura anterior, selecione a única alternativa 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 decomposição do amoníaco em hidrogénio e azoto.
(D) Em recipiente fechado, a pressão constante, um aumento de temperatura faz aumentar
o valor da constante de equilíbrio.
1.4.2. Admita que a reação de síntese de amoníaco realizada à temperatura de 400 °C e à pressão
de 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, quantas
toneladas 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 corresponder
aos dados de equilíbrio para uma reação realizada à temperatura de 500 °C na presença
de 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 atmosferas, temperatura de 450 °C utilizando-se ferro metálico como catalisador. Justifique por
que motivo essas condições são utilizadas industrialmente para a síntese de NH3.
1.5.
Considere a variação de entalpia
(䉭H) para a reação de síntese do
amoníaco -93 kJ.
Tipo de ligação
H-H
436
Complete a tabela que se segue, determinando o valor x.
N≠N
94
H-N
x
Apresente todas as etapas de resolução.
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Energias de ligação.
Energia de ligação / kJ mol-1
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1.6.
A cisplatina ou cis-diaminodicloroplatina (II), cuja fórmula química é Pt(NH3)2Cl2, é um
agente antineoplásico. Desempenha um papel importante no tratamento de diversos tipos
de 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 tetracloroplatinato
de 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 tetracloroplatinato de potássio – K2PtCl4.
1.6.1.1. Determine a quantidade de cisplatina que se formou nas condições referidas, admitindo 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
Solubilidade em água
Ponto de fusão
Massa molar
Densidade a 20 °C
Pt(NH3)2Cl2
K2PtCl4
2,5 g/L (20 °C)
10 g/L (20 °C)
270 °C (decomposição)
250 °C
300,05 g/mol
415,09 g/mol
3,7 g/cm3
3,4 g/cm3
5-7
4-5
Valor de pH da solução saturada a 20 °C
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 saturada
de K2PtCl4.
(B) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 apresentam a mesma concentração de iões H3O+.
(C) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 podem apresentar a mesma
concentração em iões H3O+.
(D) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 não possuem iões OH- em solução 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 pelo
K2PtCl4 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 pelo
K2PtCl4 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 K2PtCl4
é 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 pelo
Pt(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 amoníaco na sua composição. A adição de amoníaco é feita para aumentar os níveis de absorção
de nicotina pelo organismo.
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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 contém…
(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, de
igual volume, cheios com diferentes misturas gasosas.
O conteúdo dos três recipientes encontra-se à mesma pressão e temperatura e
admite-se que todos os gases ou misturas gasosas tem comportamento de
gases perfeitos.
NH3
NH3
+
+
H2
N2
Y
Z
NH3
X
1.8.1. Selecione a alternativa que completa corCilindros contendo materiais gasosos.
rectamente a frase seguinte.
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 temperatura (PTN).
Selecione a alternativa que permite calcular o número moléculas (N) de amoníaco que existem nesse cilindro.
(A) N = 4,48 * 22,4 * 6,02 * 1023 moléculas.
22,4
(B) N =
* 6,02 * 1023 moléculas.
4,48
4,48
(C) N =
* 6,02 * 1023 moléculas.
22,4
4,48
(D) N =
moléculas.
22,4 * 6,02 * 103
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:
" 4 HNO (aq) + 10 H O (l) + 4 NO (g)
8 NH3 (g) + 13 O2 (g) @
3
2
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 reação
é de 90,0%.
1.9.2. Explique o motivo pelo qual o amoníaco é considerado uma base segundo a teoria de Brönsted-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.
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Para detetar se um produto comercial continha azoto amoniacal, um grupo de alunos efec-
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tuou alguns ensaios laboratoriais.
Para evitar dificuldades na obtenção dos resultados, utilizaram também duas amostras padrão.
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 a
presença 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 realizada
pelos 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 comercial em estudo.
PRODUTO COMERCIAL
C
Operação I
NH3
Identificado através de
Reação
com HCl
Papel vermelho de
tornesol humedecido
Reação com CuSO4 (aq)
D
E
Precipitado azul claro
Com excesso
Solução adquire
cor azul escura
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2.
RENDIMENTO DE UMA SÍNTESE
A síntese de um fármaco pode implicar várias fases desde as
matérias iniciais até ao produto final; a complexidade dessas
fases representa, talvez, o factor mais importante dos custos
de produção.
Nesse sentido, a indústria química actual tem como objectivo
produzir grandes quantidades de produto ao mais baixo custo
e respeitando as normas que impõem limites para a emissão
de substâncias poluentes, numa lógica de aliar a ciência com
a tecnologia e com a sociedade e o ambiente, de forma susSíntese em laboratório.
tentada.
As sínteses laboratoriais visam a obtenção de produtos não só em quantidades muito superiores àquelas que é possível extrair de fontes naturais, mas também produtos com propriedades idênticas, mais acentuadas ou mesmo inexistentes nos produtos naturais.
No laboratório escolar mimetizam-se as sínteses que ocorre em grande escala. Uma das
sínteses que é habitual realizar-se é a do sal complexo sulfato de tetraaminocobre(II)
monohidratado.
2.1.
De acordo com o texto, identifique a razão que mais contribui para o elevado custo de produção 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…
2.3.
(A) … uma substância simples.
(B) … uma substância iónica.
(C) … uma substância composta.
(D) … uma substância sólida, à temperatura ambiente.
Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações.
(A) Quando se pretende realizar, industrialmente, a síntese de um produto é
necessário 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 tetraaminocobre(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 e
r = 0,91 g cm-3;
• 2,03 * 10-2 moles de CuSO4.5H2O.
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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).
5 mL
(A)
10 mL
(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 massa
correspondente às 0,020 moles.
(B) Os cristais de sal não deveriam ser reduzidos a pó antes da pesagem porque desse
modo é mais fácil medir a massa pretendida.
(C) Os cristais de sal deveriam ser reduzidos a pó porque assim a dissolução em água é
mais 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 laboratorial 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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2.8.
Para remover a solução na qual os sais de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado
se 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) monohidratado 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 pode
ser 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 com
42,4 g de oxigénio.
2.10.1. Selecione a alternativa que representa a expressão que permite determinar o número de
átomos de oxigénio presentes na amostra de oxigénio usada na reação.
(A)
42,4
* 6,02 * 1023 átomos
32,00
(B)
42,4
* 6,02 * 1023 átomos
16,00
(C) 2 *
16,00
* 6,02 * 1023 átomos
42,4
(D) 2 *
42,4
* 6,02 * 1023 átomos
32,00
2.10.2. Determine a massa de clorato de potássio produzida, admitindo que a reação é completa.
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3.
NUM LABORATÓRIO DE QUÍMICA
O proprietário de um laboratório químico admite que está
a ser enganado por um dos seus fornecedores. Adquiriu, a
esse fornecedor, carbonato de sódio com garantia de pureza do produto na faixa de 96 a 98%, mas a utilização que
tem feito do produto demonstra uma pureza inferior.
Assim, solicitou a um dos seus técnicos de laboratório que
verificasse a veracidade das informações, avaliando o grau
de pureza da amostra.
Num laboratório químico.
O técnico começou por preparar uma solução do carbonato de sódio adquirido, dissolvendo
14,75 g de sal num balão volumétrico, obtendo-se 100,00 mL de solução. Dessa solução
foi retirada uma amostra de 10,00 mL que posteriormente foi titulada com ácido clorídrico
de concentração 0,50 mol dm-3.
3.1.
Da lista de material/equipamento da tabela seguinte, selecione sete elementos que o técnico de laboratório teve de utilizar para preparar a solução de carbonato de sódio.
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
3.2.
Descreva, resumidamente, o procedimento efectuado pelo técnico na preparação da solução.
3.3.
Selecione a única opção que apresenta corretamente a
equação química que pode traduzir a titulação da solução de
carbonato 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)
HCl
(D) 2 HCl (aq) + Na2CO3(aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3(aq)
3.4.
A solução de ácido clorídrico usada na titulação foi preparada pelo técnico a partir de ácido concentrado de um frasco
cujo rótulo, entre outras informações, continha as indicadas
na figura.
Frasco com solução de ácido
clorídrico.
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3.4.1. Dos seguintes símbolos, indique a alternativa que deve estar presente no rótulo da solução
de ácido clorídrico.
(A)
(B)
(C)
(D)
3.4.2. Explique a razão pela qual a preparação de soluções diluídas de ácido clorídrico, a partir
da 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 volume
de 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 solução
diluída.
3.4.5. A figura ao lado apresenta a pipeta volumétrica utilizado pelo técnico
para medir o volume de solução concentrada necessária para preparar a
solução diluída de ácido clorídrico, observando-se a sua capacidade, a incerteza associada à sua calibração ¿ 0,04 mL.
Tendo em conta as informações fornecidas, indique o intervalo de valores
no qual está contido o volume de solução de ácido clorídrico concentrado
medido.
20
+ 0,04
mL
3.4.6. O técnico deverá ter alguns cuidados ao efetuar a leitura do nível de líquido na pipeta volumétrica, de modo a medir corretamente o volume de
solução aquosa preparada.
Considerando o ilustrado na figura seguinte, selecione a única alternativa
que 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 solução
diluída 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 água
sobre o ácido concentrado ou o ácido concentrado sobre a água.
3.5.
252
Para efetuar a titulação da solução de carbonato de sódio, o técnico começou por preparar
a bureta para, de seguida, a encher com solução diluída de HCl.
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Realizou quatro ensaios, nas mesmas condições, a 25 °C, tendo obtido os resultados registados na tabela apresentada a seguir.
1.° ensaio
Registo de
resultados
experimentais.
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
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 os
espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.
Para medir as quatro amostras de titulado utilizou-se ____________________ e para efectuar 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 ensaios
de titulação efectuados.
3.5.6. Determine o volume de titulante gasto na titulação, exprimindo esse resultado em função
do 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 titulação do carbonato de sódio com o ácido clorídrico.
Justifique a sua opção.
pH
7
(A)
pH
p.e.
vtitulante
7
(B)
pH
p.e.
7
vtitulante
(C)
pH
p.e.
vtitulante
7
(D)
p.e.
vtitulante
Curvas de titulação.
3.8.
Explique, recorrendo a cálculos, o motivo pelo qual o laboratório deve devolver o lote de
carbonato de sódio adquirido ao fornecedor.
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4.
QUALIDADE DO LEITE
Um dos factores que determinam a qualidade do leite é a sua
acidez. O leite logo após a ordenha possui uma acidez natural
devido à presença, na sua composição, de caseína, fosfatos, albumina, 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 também presentes no leite. Neste caso, essa acidez indica que a atividade microbiana no produto é muito elevada e, por isso, o leite
Leite do dia.
pode 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 alcalina 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 6,6
e 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.
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 algarismos
significativos correto.
4.3.
Na indústria de laticínios, tendo em vista a qualidade dos produtos, um dos parâmetros fundamentais a ser controlado é a acidez do leite.
Determina-se esse parâmetro, fazendo-se reagir amostras de leite com uma solução
aquosa de hidróxido de sódio até completa neutralização.
Num dos ensaios, uma amostra de 10,00 cm3 de leite foi titulada com solução de hidróxido
de sódio de concentração 0,100 mol dm-3.
4.3.1. Explique o significado da expressão “(…) fazendo-se reagir amostras de leite com uma solução 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.
Nível de líquido na
bureta no início e no
final da titulação.
12
14
13
15
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.
254
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QUESTÕES GLOBALIZANTES
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, com
rigor, 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 temperatura
diminui 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 resultante 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 expressa:
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 retirada
a 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 concentração
desse ácido no leite originaria um pH de 1,7. No entanto, sabe-se que o leite tem pH de cerca
de 6. Considerando a diferença entre ácidos fortes e fracos, justifique o valor mais elevado
do pH do leite.
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255
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5.
CONTROLO DA ACIDEZ DE UM AQUÁRIO
A água dos aquários deve ser controlada, nomeadamente a nível do pH.
Mudanças bruscas no valor do pH são
perturbadoras para os peixes e, por
outro lado, a concentração de iões H3O+
deve ser compatível com as características dos peixes. Assim, é necessário
manter estável o pH.
A correção do pH pode ser feita utilizando-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 destas
substâncias, pois trata-se de ácidos fortes que podem causar queimaduras em contacto
com a pele, além do ião fosfato (PO43-) 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.
5.1.
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 é
dada por:
Selecione a opção correcta.
(A) m(HCl) = 0,30 * 1,2 * 0,20
0,30 * 1,2
(B) m(HCl) =
0,20
(C) m(HCl) =
0,30 * 0,20
1,2
(D) m(HCl) =
0,30
1,2 * 0,20
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:
" H PO - (aq) + H O+ (aq)
I. H PO (aq) + H O (l) @
3
4
2
2
4
3
" HPO (aq) + H O+ (aq)
II. H2PO (aq) + H2O (l) @
3
" PO 3- (aq) + H O+ (aq)
III. HPO 2- (aq) + H O (l) @
4
4
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24
2
4
3
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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 ionização
do 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 cloreto
de 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 da
temperatura.
O gráfico traduz o produto iónico da água em função da temperatura.
KW
1,0 x 10–13
8,0 x 10–14
6,0 x 10–14
4,0 x 10–14
2,0 x 10–14
Produto iónico
da água.
0
0
10
20
30
40
50
60
Temperatura/°C
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 pH
da água a essa temperatura era 6,6.
Determine o pOH da água dessa piscina a 34 °C, apresentando todas as etapas de resolução.
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257
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QUESTÕES GLOBALIZANTES
6.
ÁGUA, ÁGUA E… MAIS ÁGUA…
“Quando o velho marinheiro de Coleride disse
“Água, água, por todo o lado, mas nem só uma gota
para beber”, dava com isso uma ideia razoável da
situação global. A “água para beber” é um centésimo de 1% da água do mundo, cerca de uma gota
em cada balde de água. A proporção de água doce
do planeta é bastante superior – à volta de 3,5% –
, mas a maior parte está congelada nas calotes de
gelo e nos glaciares das montanhas. Como a água
do mar é corrosiva e tóxica para os animais e plantas terrestres, quase toda a água que utilizamos Água em diferentes estados físicos.
tem de vir dessa preciosa centésima parte de 1%. Porém, ao contrário de muitos outros recursos 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)
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 consumo 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 transcrito algumas informações para a tabela apresentada.
Tenha em atenção a capacidade das garrafas analisadas.
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 hidrogenocarbonato (HCO3–)
5,2 mg/L
Ião hidrogenocarbonato (HCO3–)
1958 mg/L
Ião hidrogenocarbonato (HCO3–)
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
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.
258
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6.4.4. Nas águas analisadas há um grande número de sais dissolvidos. Esses sais são compostos
iónicos.
Escreva a fórmula química dos seguintes compostos iónicos:
6.5.
(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.
Do ponto de vista químico, a água é uma substância e, como tal, tem propriedades bem definidas. No gráfico, estão representados valores do produto iónico da água, Kw, a diferentes
temperaturas, q.
KW
10,0 x 10–14
5,0 x 10–14
1,0 x 10–14
Produto iónico da
água em função
da temperatura.
0
0
10
20 25 30
40
50
60
Temperatura/°C
6.5.1. Escreva a equação química que traduz a autoionização da água, indicando os estados físicos
das 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 temperatura 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 ocorrência 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 apresenta
um 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 a
mais 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 solução
de 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.
260
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7.
DOS HIDROCARBONETOS AOS COMBUSTÍVEIS
As refinarias de todo o mundo processam cerca
de 3 biliões de toneladas de petróleo bruto por
ano, que é transformado numa grande gama de
produtos.
Algumas das frações mais leves que se obtém
são hidrocarbonetos, constituídos por três ou
quatro átomos de carbono por molécula, que
constituem o gás combustível liquefeito (GPL).
Este é uma mistura de moléculas de butano e de
propano que, depois de ser engarrafado, pode ser
Refinaria de petróleo.
vendido.
Por outro lado, as grandes moléculas provenientes da destilação do petróleo podem ser
decompostas em moléculas mais pequenas e valiosas. Por exemplo, a qualidade da gasolina produzida é melhorada por um processo conhecido por reformação. No processo de
reformação, hidrocarbonetos lineares como, por exemplo, o heptano, são convertidos em
moléculas de hidrocarbonetos alifáticos que ardem mais suavemente, causando menos
“detonações” nos motores dos automóveis. Diz-se que uma gasolina com elevado teor dessas moléculas de hidrocarbonetos alifáticos tem muitas octanas. A gasolina com mais octanas 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 de
energia.
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.
Ligação
Energias de
dissociação.
Energia de dissociação/kJ mol-1
C–C
C–H
346
413
Demonstre que a energia posta em jogo na dissociação das ligações de uma mole de butano
é 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 carbono
e monóxido de carbono, que é um gás muito tóxico.
Na presença de oxigénio, estabelece-se o seguinte equilíbrio:
" CO (g) + O (g)
CO (g) @
K (500 °C) = 4 * 10-6
2
2
c
Suponha que, na mistura expelida pelo tubo de escape de um automóvel, as concentrações
de 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 oxigénio
no 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:
" CO (g) + H O (g)
CO2 (g) + H2 (g) @
2
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 de
oxigénio, tendo reagido de acordo com a equação:
" 2 NO (g).
2 NO (g) + O (g) @
2
2
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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QUESTÕES GLOBALIZANTES
8.
TRANSFERINDO ELETRÕES
Certas reações químicas ocorrem porque um dos reagentes cede eletrões (oxidação) e, simultaneamente,
outro (ou outros) recebe(m) esses eletrões (redução).
Este tipo de transformação é designado por reação de
oxidação-redução ou, mais simplesmente, por reação
redox. Um dos reagentes é reduzido e o outro é oxidado.
Um dos exemplos mais comuns de uma reação de oxidação-reação é a corrosão do ferro, a qual origina a formação da ferrugem.
Geradores eletroquímicos.
A reação de um ácido com um metal é também, em geral, uma reação redox, na qual o
ácido é a espécie reduzida e o metal a oxidada.
Uma das aplicações deste tipo de reações é a galvanoplastia, na qual se utiliza uma solução
aquosa de um sal como, por exemplo, o nitrato de prata (AgNO3). O objeto que se pretende
que seja “prateado”, isto é, revestido a prata, deverá atrair os iões prata (Ag+) para que
estes, ao receberem eletrões, se convertam em prata metálica, revestindo o material.
A oxidação-redução é também o processo-chave das reações eletroquímicas, isto é, das
reações em que há a produção de energia elétrica através de reações químicas. A energia
fornecida pelas pilhas é obtida por este processo.
8.1.
Distinga oxidação de redução.
8.2.
Apresente um argumento químico que justifique por que razão é necessário pintar portões
e 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 os
iões 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 eletroquímica.
Cu(s)
Zn(s)
Ag(s)
Cu2+ (aq)
I
Poder redutor
de metais e série
electroquímica.
Zn2+ (aq)
II
Au(s)
Ag(s)
Cu(s)
Ag+ (aq)
Cu2+ (aq)
III
Cu(s)
Ni(s)
Fe(s)
IV
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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263
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8.5.2. Descreva, nas situações em que ocorreu reação, quais foram os resultados observáveis indiciadores de ocorrência de reação.
8.5.3. Dos metais zinco (Zn), cobre (Cu) e prata (Ag), indique qual o que apresenta maior poder
oxidante.
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 a
sequência correta de ordem crescente de poderes oxidantes dos catiões metálicos.
8.6.
(A) Cu2+ < Zn2+ < Ag+
(B) Zn2+ < Ag+ < Cu2+
(C) Cu2+ < Ag+ < Zn2+
(D) Ag+ < Cu2+ < Zn2+
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 que
este 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 agentes redutores, e os de vanádio (V) agentes oxidantes.
O vanadato de amónio, NH4VO3, pode ser reduzido através do metal zinco de maneira a obter
as diferentes cores do vanádio nos seus diversos estados de oxidação.
8.8.1. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os
espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.
As pilhas de vanádio usam os referidos estados de oxidação, e a conversão dos mesmos é
ilustrada 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
(VO43-) 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), o
qual é usado como catalisador para a produção de ácido sulfúrico. O composto reage com
dióxido 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 enxofre, 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 se
transforma em V2O3.
8.8.2.3.O catalisador é regenerado por meio de reação com o oxigénio do ar de acordo com
a equação química: V2O3 + O2 " V2O5.
Comente a seguinte afirmação:
O processo de regeneração do catalisador é uma dismutação.
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9.
REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO
“As reações de precipitação são frequentes em processos industriais, em medicina e no
nosso quotidiano. Por exemplo, o fabrico de muitos compostos químicos industriais, como
o carbonato de sódio (Na2CO3), envolve reações de precipitação. A dissolução em meio
ácido 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 usado
como meio de diagnóstico de problemas no tubo digestivo. As estalactites e as estalagmites das grutas, constituídas por carbonato de cálcio (CaCO3), também são formadas
por uma reação de precipitação, o mesmo acontecendo com muitos alimentos, como o
recheio de certos bombons.”
in Química, Raymond Chang, p. 758 (5.a Edição)
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 compostos inorgânicos:
q/°C
0
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
Substância/Solubilidade
Solubilidade
de diferentes
sais a diferentes
temperaturas.
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 compostos.
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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 g
de 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 g
de 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 g
de 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, a
65 °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 cloreto 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 precipitar.
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 maior
que a do cromato de prata a 25 °C. No entanto, o cromato de prata é cerca de seis vezes
mais solúvel em água que o cromato de bário, à mesma temperatura.
Ks(Ag2CrO4) = 1,3 * 10-12 (a 25 °C)
9.7.
e
Ks(BaCrO4) = 1,2 * 10-10 (a 25 °C)
Considere a adição de 40,0 cm3 de uma solução aquosa de 0,020 mol dm-3 de nitrato de
alumínio [Al(NO3)3] a 60,0 cm3 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 (SO42–) 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, se
ter chamado mistura e não solução.
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