Olimpíada Brasileira de Química

  Exame aplicado em 16.05.98

Problema 1


 Considere os seguintes elementos e suas características:

I) X: elemento de menor número atômico que contém 2 elétrons na última camada e 18 elétrons na penúltima camada;

II) Z: pertence à segunda coluna do bloco "s" e está localizado no 6º período da tabela periódica;

                               III) M: possui um isótopo de número de massa 37 que contém 20 neutrons.

a. Qual o número atômico de cada um desses elementos ?

b. Ordene esses elementos em ordem crescente de eletronegatividade;

c. Faça a distribuição eletrônica de "Z" e escreva o conjunto de números quânticos que identifica seu elétron mais externo;

d. Escreva a fórmula de um hidreto salino formado por um desses elementos;

e. Escreva a fórmula do composto de maior caráter iônico que poderia se formar a partir de dois desses elementos;

f. Escreva a fórmula de um óxido de "X" e classifique-o quanto ao caráter ácido/base;

g. Escreva a fórmula de um composto formado por fósforo e o elemento "M", cuja geometria molecular seja bipirâmide trigonal.

 

  Problema 2


  Uma das razões do vasto uso da platina é a sua relativa inércia química; entretanto, ela é "solúvel" na "água régia", uma mistura de ácido nítrico e ácido clorídrico, segundo a reação química (não balanceada) abaixo:

Pt(s) + HNO3(aq) + HCl(aq) Þ H2PtCl6 + NO(g) + H2O(l)

Faça o balanceamento desta equação e responda às questões que seguem:

a) Se você dispõe de 11,7 g de platina, quantos gramas de ácido cloroplatínico, H2PtCl6, poderá obter?

b) Que volume de óxido de nitrogênio, medido em CNTP, pode ser obtido a partir de 11,7 mg de Pt ?

c) Quantos mililitros de ácido nítrico de concentração 10,0 mol/L são necessários para reagir completamente com 11,7 g de Pt?

d) Se você tem 10,0 g de Pt e 180 mL de HCl de concentração 5,00 mol/L, mais excesso de ácido nítrico, qual é o reagente limitante?

Massas atômicas (g/mol): H = 1; N = 14; O = 16; Cl = 35,5 e Pt = 195.

Constante universal dos gases (R) = 0,082 L.atm.mol-1.K-1

ou R = 8,314510 J/k.mol (valor recomendado pela IUPAC)

 

Problema 3


  Óxidos metálicos podem ser reduzidos pelo hidrogênio gasoso, produzindo os respectivos metais. Exemplo:

ZnO(s) + H2(g)       ---->    Zn(s) + H2O(g)

Prediga os efeitos de cada uma dos seguintes procedimentos sobre a posição do equilíbrio, ou seja, para que lado o equilíbrio será deslocado em cada caso:

a) Adição de ZnO(s).

b) Adição de H2(g).

c) Retirada de Zn(s)

d) Retirada de vapor de água.

Usando os dados termodinâmicos fornecidos abaixo, responda os quesitos que seguem:

e) Em que direção o equilíbrio será deslocado por um aumento de temperatura ?

f) Calcule o valor de D Gº para esta reação.

g) Esta reação deverá ocorrer espontaneamente ou não ?

h) A constante de equilíbrio para esta reação é maior ou menor que 1 ?

 

Espécie

D Hºf (298,15K), kJ/mol

Sº(298,15K), J/K.mol

D Gºf (298,15K), kJ/mol

H2O(g)

- 241,818

188,825

- 228,572

ZnO(s)

- 348,28

43,64

- 318,30

Fonte: "The NBS Tables of Chemical Thermodynamic Properties", 1982

 

Problema 4


  Na purificação de urânio para uso como combustível nuclear, um dos compostos isolados é UOx(NO3)y.zH2O, onde o estado de oxidação do urânio pode ser +3, + 4, +5 ou +6.

a) O aquecimento deste composto, ao ar, a 400ºC, leva à formação de um óxido, UaOb. que contém 83,22% de U. Qual sua fórmula empírica ? Qual o seu nome ?

b) O aquecimento de UOx(NO3)y.zH2O, ao ar, na faixa de 800 a 900ºC, decompõe completamente o composto, formando um outro óxido, UmOn, cuja análise mostra que contém 84,8% de U. Qual a fórmula empírica deste segundo óxido ?

c) Para determinar a fórmula empírica do UOx(NO3)y.zH2O, primeiro aqueceu-se 1,328 g deste composto, cuidadosamente, para perder toda a água, e obteve-se 1,042 g de UOx(NO3)y. Em seguida, este resíduo foi mais severamente aquecido, produzindo 0,742 g do óxido UmOn. Baseado nestas informações e em outras, dadas ou calculadas acima, determine a fórmula do UOx(NO3)y.zH2O.

d) Uma série radioativa que começa com uranio-235 sofre a seguinte seqüência de decaimentos: a , b , a , b , a , a , a , a , b , b , a . Determine qual o radioisótopo formado ao final desta série.  

Massas atômicas (g/mol): H = 1; N = 14; O = 16; U = 238.

 

Problema 5


  O líquido da Casca da Castanha de Caju (LCC), um fluido viscoso, castanho-escuro, constitui uma das principais fontes vegetais de monômeros fenólicos insaturados e permite a obtenção de inúmeras resinas de policondensação (resinas tipo fenol-formol). A composição do LCC varia de acordo com a origem e também com o processo de extração. Seus principais constituintes são compostos fenólicos alquil-substituídos: ácido anacárdico (I), cardol (II) e cardanol (III), cujas estruturas estão mostradas abaixo:

 

 

Em todos esses compostos, "n", que corresponde ao número de insaturações da cadeia lateral, varia de zero a 3.

a) Qual a ordem de reatividade desses compostos frente às reações de SEAr (Substituição eletrofílica aromática) ?

b) Qual desses compostos pode formar ligação de hidrogênio "intramolecular"?

c) Considerando a ocrorrência de isomeria geométrica e isomeria de posição na cadeia alifática (não ramificada) do cardanol, quantos monoenos (n=1) são, teoricamente possíveis, para o cardanol ?

d) Qual a massa molecular do cardol trieno ?

e) Qual o nome oficial do ácido anacárdico com "n = 0 " ?

f) O principal constituinte do LCC natural é o ácido anacárdico (I), no entanto, no LCC industrial, obtido por extração a quente, o principal constituinte é o cardanol (III). Como explicar isto?

 

Massas atômicas (g/mol): H=1; C=12; O=16.

 

Problema 6


  Escreva as estruturas e os nomes de todos os compostos orgânicos envolvidos na seguinte seqüência de reações (compostos de I a VIII):

a) I (C5H11Cl), opticamente ativo  +  Mg    --->  II (C5H11MgCl)

b) II   +   III (CH2O)    --->    IV  (C6H13OMgCl)

c) IV   +   H+, H2O    --->     V (C6H13OH)    +    MgCl(OH)

d) V  +   KMnO4    --->     VI (C6H12O2)

e) V   +   H+, calor      --->         VII (C6H12), opticamente ativo + H2O

f) VII  +   H2, Pd/C    --->       VIII (C6H14), opticamente inativo

 

Problema 7


  Na primeira parte de um experimento, testou-se a reatividade de metais, tomando-se 6 tubos de ensaio e colocando-se, em cada um deles, 3 mL de uma solução de nitrato de metal(II) de concentração 0,1mol/L e um pequeno fragmento de um outro metal, conforme indicação da tabela abaixo:

 

Tubo

solução (mol/L)

metal adicionado

01

Cu(NO3)2 0,1 Chumbo, Pb(s)

02

Cu(NO3)2 0,1 Zinco, Zn(s)

03

Pb(NO3)2 0,1 Cobre, Cu(s)

04

Pb(NO3)2 0,1 Zinco, Zn(s)

05

Zn(NO3)2 0,1 Cobre, Cu(s)

06

Zn(NO3)2 0,1 Chumbo, Pb(s)

 

Na segunda parte deste experimento, testou-se a reatividade de halogênios, tomando-se 6 tubos de ensaio e colocando-se, em cada um deles, 3 mL de uma solução de haleto de sódio (NaX) de concentração 0,1mol/L e 3 mL de uma solução de halogênio (X2), conforme indicação da tabela abaixo:

 

Tubo

solução (mol/L)

Halogênio adicionado

07

NaCl 0,1 Bromo, Br2(l) em água

08

NaCl 0,1 Iodo, I2(s) em etanol-água

09

NaBr 0,1 Cloro, Cl2(g) em água

10

NaBr 0,1 Iodo, I2(s) em etanol-água

11

NaI 0,1 Cloro, Cl2(g) em água

12

NaI 0,1 Bromo, Br2(l) em água

 

Neste experimento observou-se a ocorrência de reação, apenas nos tubos 01, 02 , 04, 09, 11 e 12.

a) Por que somente nos tubos citados acima, se constatou a ocorrência de reação ?

b) Escreva as equações químicas de cada uma das reações observadas.

c) Disponha as semi-reações metal-íon metálico, M(s) Þ M2+(aq) + 2e-, por ordem crescente de facilidade de oxidação.

d) Disponha as semi-reações íon haleto-halogênio, 2X-(aq) Þ X2 + 2e-, por ordem crescente de facilidade de oxidação.

e) Sabendo que o I -(aq) é um agente redutor mais fraco que o Cu(s), construa uma série das seis reações parciais estudadas nessa experiência por ordem decrescente de facilidade de oxidação.

f) Sabendo que o hidrogênio é um agente redutor mais fraco que o chumbo e mais forte que o cobre, diga qual (ou quais) dos metais aqui estudados são capazes de reduzir H+(aq), e produzir o H2(g).

 

Problema 8


 

a) Escreva os nomes dos instrumentos de laboratório, identificados na figura, pelas letras A, B e C.

b) Identifique e explique os SETE ERROS encontrados na figura e texto abaixo:

 

 

 

 

A figura acima mostra a aparelhagem utilizada em uma destilação simples, técnica que pode ser empregada na separação de líquidos miscí­veis de pontos de ebulição muito próximos, exceto quando tratar-se de mistura azeotrópica (mistura de líquidos que à pressão constante, destila à temperatura constante).

No caso de mistura de líquidos que formam azeótropos, como etanol e água (o azeótropo contém 96% de etanol), a separação pode ser realizada por destilação fracionada. Na destilação fracionada de uma mistura etanol-água, obtém-se, como primeiro destilado, o etanol absoluto.

A separação, por destilação fracionada, de líquidos que formam azeótropos, é possível porque o azeótropo sempre apresenta ponto de ebulição superior ao constituinte mais volátil.