UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
Valor Total = 2,00
Nota:
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
1ª AVALIAÇÃO DE QUÍMICA GERAL (QUI-109) - 26/10/16 - Prof. Mauricio X. Coutrim
nome: _______________GABARITO___________________ assinatura ________________________
0,20
1. “As primeiras mortes relacionadas ao uso do contraste radiológico Celobar começaram a surgir em maio de
2003. As cerca de 4.500 unidades do lote impróprio (nº 3040068) foram liberadas pelo laboratório Enila em
16 de abril e até o dia 24 de maio, pelo menos cinco pessoas já haviam morrido em Goiânia após tomar o
contraste” (Fonte: Folha de São Paulo, http://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u89963.shtml, consultado em
24out16). Celobar é um contrastante radiológico à base de sulfato de bário (BaSO4). O acidente em questão
se deu por causa da presença de carbonato de bário (BaCO3) como impureza na formulação do
medicamento. O íon bário, proveniente do BaSO4, apesar de tóxico (0,5 g do íon no organismo humano já é
fatal) não causa problemas de toxicidade devido à sua baixíssima solubilidade (0,245 mg/100 mL de água a
20 oC). No entanto, isso não ocorre com o BaCO3, que apesar de também ser pouco solúvel (2,40 mg/100
mL de água a 20 oC), leva à morte do indivíduo por questões de equilíbrio químico. O ácido clorídrico (HCl)
presente no estomago da pessoa reage com o BaCO3 formando gás carbônico (CO2) e, assim, ocorre um
deslocamento do equilíbrio da dissolução do BaCO3, aumentando rapidamente a concentração de íon bário
no organismo, chegando facilmente à dose letal. Com relação a esse problema, responda às seguinte
questões:
a. Escreva a equação química balanceada do equilíbrio de dissolução do sal BaSO4 em água e determine
a concentração da solução aquosa saturada desse sal a 20 oC (máxima solubilidade), em mol.L-1.
Expresse seu resultado em notação científica expressando todos os algarismos significativos.
BaSO4(s)  Ba2+(aq) + SO42-(aq)
Solubilidade = 0,245 mg/100 mL, então em 1,000 L m = 0,00245 g = 2,45.10-3 g. Sendo MM = 233,43
g/mol, n = m/MM e C = n/V(L), tem-se que C = (m/MM) / V(L) = (2,45.10-3 g / 233,43 g/mol) / 1,000 L =
1,05.10-5 mol.L-1.
Considere a máxima quantidade de BaCO3 solubilizada em 100 mL de água a 20 oC e que nesse
volume haja ácido clorídrico (HCl) numa concentração igual a 1,22.10-2 mol.L-1. Admitindo que a
reação ocorra com 100% de rendimento, escreva a equação química balanceada da reação, indique o
reagente limitante e a massa do reagente em excesso, em mg. Determine a concentração de íons
bário, em mol.L-1, presente na solução final.
BaCO3(s) + 2 HCl(aq)  BaCl2(aq) (= Ba2+(aq) + 2Cl-(aq)) + H2O(L) + CO2(g).
BaCO3 solubilizado em 100 mL de solução = 2,40 mg, então, mBaCO3 = 0,00240 g = 2,40.10-3 g. Sendo a MM
= 197,34 g/mol e n = m/MM, então, n = 2,40.10-3 g / 197,34 g/mol = 1,22.10-5 mol. (Em 1,000 L haverá
1,22.10-4 mol, ou seja, CBa2+ = 1,22.10-4 mol.L-1 na solução final).
[HCl] = 1,22.10-2 mol.L-1, então, em 100 mL têm-se 1,22.10-3 mol. Como a relação estequiométrica da
reação é igual a 1 mol de BaCO3 para 2 mols de HCl, então, 1,22.10-5 mol de BaCO3 reagirá com 2,44.10-5
mol de HCl. Inicialmente haverá 1,22.10-3 mol de HCl e desses 2,44.10-5 mol reagirá, então, sobrará
1,20.10-3 mol (= 1,22.10-3 – 2,44.10-5), ou seja, 43,6 mg (= 1,20.10-3 mol x 36,46 g/mol) de HCl sem reagir
(reagente em excesso). Conclui-se que o reagente limitante será o BaCO3.
b.
0,30
0,20
c. Com relação ao íon bário em questão, faça a distribuição eletrônica em ordem crescente de energia
dos elétrons desse íon, responda a que família e a que período se encontra na tabela periódica o
elemento desse íon e indique a espécie de maior volume, o íon ou a espécie neutra. Justifique.
2+
Ba , Z = 56, no é = 56 – 2 = 54 é. Então: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6.
Ba é da família 2 (IIA, metais alcalinos terrosos) e do 6o período da tabela periódica.
O fato do íon Ba2+ ter dois elétrons a menos que o átomo neutro desse elemento faz com que a carga
nuclear efetiva no núcleo seja maior neste do que no átomo neutro e com maior carga nuclear efetiva o
raio atômico fica do íon será menor, consequentemente o volume do átomo neutro será maior. Ocorre
também que os últimos elétrons no íon ocupam o 5o nível de energia enquanto que no átomo neutro os
últimos elétrons estão no 6o nível de energia, portanto, um nível mais externo, fazendo com o que o
átomo neutro tenha maior volume.
0,20
d. O íon carbonato contém os elementos carbono e oxigênio enquanto que o íon sulfato contém o
enxofre e o oxigênio. Dê os quatro números quânticos do último elétron da distribuição eletrônica
dos átomos neutros de carbono e enxofre.
C, Z = 6, no é = 6 é, então: 1s2, 2s2, 2p2. Subnível 2p2:  
e, assim, o último elétron terá os
seguintes números quânticos: n = 2; l = 1 (p); ml = 0 (representação de orbital central); mS = + ½.
S, Z = 16, no é = 16 é, então: 1s2, 2s2, 2p6; 3s2; 3p4. Subnível 3p4:    
e, assim, o último elétron
terá os seguintes números quânticos: n = 3; l = 1 (p); ml = -1; mS = - ½.
0,20
0,20
0,05
0,05
0,05
0,05
0,20
e. Com relação aos elementos que aparecem no texto da questão, coloque os átomos neutros de bário,
carbono, enxofre e oxigênio em ordem crescente de tamanho. Justifique sua resposta. Desses
elementos indique os que são metais, os que são metaloides e os que são não metais.
Dentre esses elementos os que apresentam átomos de menor tamanho são o carbono e o oxigênio visto
que esses dois são elementos do 2o período da tabela periódica, ou seja, tem os últimos elétrons no nível
de energia mais interno do átomo (n = 2) em relação aos demais. Entre ambos, o átomo de oxigênio tem
menor volume que o carbono porque a sua carga nuclear efetiva é maior (a atração dos elétrons exercida
pelo núcleo do átomo de oxigênio é maior fazendo com o que o átomo seja menor). O enxofre é um
átomo maior do que os dois anteriores porque esse elemento se situa no 3o período da tabela periódica,
ou seja, os últimos elétrons se situam no nível de energia mais externo (n = 3) em relação aos outros dois.
O bário, por possuir muito mais elétrons que os demais (Z = 56) os últimos elétrons ocupam um nível
bem mais externo de energia (n = 6) e por isso é o maior dos átomos. Então, em ordem crescente de
tamanho, têm-se: O < C < S < Ba. O Ba é um metal alcalino enquanto que os demais são não metais.
f.
Porque a presença de carbonato de bário em contrastante radiológico à base de sulfato de bário
pode levar à morte o indivíduo?
Porque o íon Ba2+ é tóxico podendo levar o indivíduo à morte. Porém, o BaSO4 é muito insolúvel e em
doses utilizadas em contraste radiológico não libera íons Ba2+ em quantidade letal para o organismo. Mas
se o composto de BaSO4 tiver contaminação de BaCO3, esse, apesar de também não ser muito solúvel em
água, reage com o HCl do estômago formando CO2 o qual desloca o equilíbrio da dissolução do BaCO3 no
sentido de formar Ba2+, conforme reação a seguir: BaCO3(s) + 2 HCl(aq)  Ba2+(aq) + 2 Cl-(aq) + H2O(L)
+ CO2(g). Nesse caso, a concentração de íons Ba2+, dependendo do grau de contaminação do BaSO4,
poderá ser suficientemente alta para levar o indivíduo à morte.
2. Cite a principal contribuição (apenas uma!) de cada um dos seguintes cientistas para a compreensão do
átomo:
a.
J. Dalton; a matéria é formada por átomos, pequenas partículas indivisíveis, de diferentes
elementos que se combinam para formarem as substâncias, as quais reagem entre si sem haver perda de
matéria na reação.
b. J. J. Thomson; o átomo contém em seu interior partículas carregadas positiva e negativamente. Os
resultados dos seus experimentos e de outros cientistas da época lhe permitiram descobrir a massa e
a carga do elétron.
c. E. Rutherford; seus experimentos lhe permitiram concluir que as partículas com cargas positivas
ocupam uma região muito pequena no centro do átomo, chamada de núcleo, enquanto que os
elétrons ocupam todo o volume restante do átomo. No núcleo encontram-se os prótons e a massa
do núcleo representa basicamente toda a massa do átomo.
d. N. Bohr. os elétrons ocupam regiões com energias definidas em torno do núcleo, tendendo a
ocuparem sempre regiões de menores energias, no entanto, um elétron pode absorver uma energia
quantizada e ocupar uma região de maior energia.
3. As lâmpadas de mercúrio utilizadas para iluminação pública vêm paulatinamente sendo substituída pelas
lâmpadas de vapor de sódio. A principal componente de luz visível dessas últimas ocorre na região do
amarelo com comprimento de onda igual a 589 nm. Considerando que a emissão ocorra no vácuo
determine a energia emitida por um mol de fótons nas lâmpadas de vapor de sódio.
Têm-se que c = ., então,  = c/ = 2,998.108 m.s-1 / 589.10-9 m = 5,09.1014 s-1.
Têm-se também que E = h. = 6,626.10-34 J.s-1 x 5,09.1014 s-1 = 3,37.10-19 J / fóton.
Em 1 mol de fótons têm-se que E = 3,37.10-19 J x 6,022.1023 fótons = 2,03.105 J = 2,03.102 KJ.
0,10
0,10
0,10
4. Deixa-se reagir 4,05 g de alumínio puro com 0,300 mols de gás cloro (Cl2) para produzir cloreto de alumínio.
Considerando que a reação aconteça com 100% de rendimento, responda:
a. Qual a massa, em g, de produto formado na reação?
Reação balanceada: 2 Al(s) + 3 Cl2(g)  2 AlCl3(s) . Sendo a massa molar do alumínio igual a 26,9815
g.mol-1, têm-se em 4,05 g de Al a quantidade de 1,50.10-1 mol (= 4,047/26,9815). Pela estequiometria da
reação 2 mols de Al reagem com 3 mols de Cl2 e há 1,50.10-1 mol de Al (4,05 g) e 3,00.10-1 mol de Cl2
(21,27 g), então, tem-se que somente 2,25.10-1 mol de Cl2 reagirá (= 0,150 x 3/2 mol x 70,91 g/mol =
15,95 g), portanto, conclui-se que o Cl2 está em excesso de 7,5.10-2 mol (= 3,00.10-1 – 2,25.10-1 mol x
70,91 g/mol = 5,32 g) e, sendo o rendimento igual a 100%, serão formados 1,50.10-1 mol de AlCl3, ou seja,
20,0 g (=1,50.10-1 mol x 133,34 g/mol). (A massa molar do AlCl3 é igual a 133,34 g/mol e a massa molar do
Cl2 é igual a 70,91 g/mol).
b. Qual o reagente limitante e qual a massa, em g, do reagente em excesso?
O reagente limitante, aquele que é totalmente consumido na reação, é o alumínio porque há excesso de
7,5.10-2 mol de Cl2 na reação, o que representa uma massa igual a 5,32 g de Cl2 sem reagir (a massa molar
do Cl2 é igual a 70,91 g/mol).
c. Após dissolver todo o produto formado em 3,00 litros de água, qual a concentração, em mol.L -1, do
sal e de cada um dos íons na solução resultante?
A concentração de AlCl3 em solução será igual a 5,00.10-2 mol.L-1 (= 1,50.10-1 mol / 3,00 L). Porém, em
solução cada mol desse sal dará origem a um mol de íons Al3+ e três mols de íons Cl-, então, a
concentração desses íons em solução será igual a 5,00.10-2 mol.L-1 de Al3+ e 1,50.10-1 mol.L-1 de íons Cl-.
1
2
3
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IA
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VIIIA
1
2
H
He
1,00794
IIA
IIIA
IVA
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VIIA
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4
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Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
6,941
9,01218
10,81
15,9994
18.9984
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18
Na
Mg
IIIB
IVB
VB
VIB
VIIB
IB
IIB
Al
26,98154
Si
28,086
P
30,97376
S
32,06
Cl
35,453
Ar
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K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
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Se
Br
Kr
22,98977 24,3050
40,078
44,95591
47,88
50,9415
63,546
65,38
72,59
74,9216
78,96
79,904
38
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Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
95,94
Tc
98,9062
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
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75
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77
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87,62
88,90585
91,224
92,90638
56
57
72
73
Cs
Ba
*La
132,9054 137,327 138,9055
87
88
Fr
Ra
Hf
Ta
178,49
W
Re
101,07 102,90550 106,42
Os
183,85
186,207
190,2
192,22
109
104
105
106
107
108
Ac
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
223,0197 226,0254 227,0278
261,11
262,114
*
†
Ir
180,9479
89
†
58,93320 58,6934
263,118
262,12
(265)
Pt
195,08
69,72
39,948
37
55
55,847
20,179
39,0983
85,4678
51,9961 54,93805
VIIIB
12,01115 14,0067
4,00260
107,868
112,40
114,82
118,69
121,75
127,60
126,9045
79
80
81
82
83
84
85
Au
196,9665
Hg
200,59
Tl
204,37
Pb
207,19
Bi
208,9804
Po
(210)
At
(210)
83,80
131,30
86
Rn
(222)
Mt
(266)
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
Ce
Pr
Nd
Pm
(145)
Sm
150,36
Eu
151,965
Gd
157,25
Tb
158,9253
Dy
162,50
Ho
164,9303
Er
167,26
Tm
168,9342
Yb
173,04
Lu
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
Th
Pa
U
Np
Am
Cm
Es
Fm
Md
140,115 140,9077
144,24
232,0381 231,0359 238,0289 237,0482
Pu
(240)
243,0614
(247)
Bk
(248)
Cf
(250)
252,083 257,0951
(257)
No
259,1009
174,967
103
Lr
262,11
FORMULÁRIO______________________________________________________________________
-10
1 ångstron = 1Å = 0,1 nm = 10 m; d =  = m(Kg)/V(L); concentração molar (M) = n/V(L); concentração comum (C) = m(g)/V(L); concentração
23
percentual: 1) %, m/m = m(g)/100 g, 2) %, m/V = m(g)/100 mL, 3) %, V/V = V(mL)/100 mL; 1 mol = N = 6,022.10 unidades; Cppm = [(msoluto (g) /
6
-3
6
-28
-24
-19
msolução (g)) x 10 ] ppm; p/ sol ~ 1,0 g.cm  Cppm = [(msoluto (g) / Vsolução (cm-3)) x 10 ] ppm; mé = 9,10.10 g; mp = 1,6727.10 g; qé = 1,60.10
-24
-24
C; mn = 1,6750.10 g; n = m / MM; u (un. massa atômica) = 1,66054.10 g; afinidade eletrônica é a energia adquirida pelo átomo ao lhe ser
adicionado um elétron; energia de ionização é a energia mínima necessária para se remover um elétron do átomo de um elemento no
estado gasoso e fundamental; carga nuclear efetiva representa a carga do núcleo sentida por determinado elétron; os elétrons num átomo
o
tendem a ocupar o menor nível de energia mas sempre com números atômicos diferentes; n quântico principal (n) representa o nível de
o
o
energia do elétron; n quântico azimutal (l) representa o subnível de energia do elétron (pode ser s, p, d, f, etc); n quântico magnético (ml)
o
representa o orbital (pode ser –l a +l, inclusive 0); n quântico spin (mS) define o elétron no orbital (+½ ou -½ ); orbital é o local de maior
8
probabilidade de se encontrar o elétron na eletrosfera; incerteza de Heisenberg: x . mv ≥ h / (4p); v = c =  . ; E = h . ; c = 2,99792.10
-1
7
-1
2
2
-18
2
-34
m.s ; RH = 1,096776.10 m x (1/nf – 1/ni ); EBohr = -2,18.10 J x (1 / n ); h = 6,62618.10 J.s; no ponto final da titulação as quantidades
reagidas se igualam estequiometricamente; somente metais com atividade maior que a do hidrogênio reagem com ácidos; ácido é a espécie
que doa próton formando a base conjugada após a doação e base é a espécie que aceita próton formando o ácido conjugado com o próton
doado; estequiometria é a relação quantitativa existente entre as espécies químicas que reagem entre si; a massa total de uma substância
presente ao final de uma reação química é a mesma massa total do início da reação.