IV Olimpíada Norte - Nordeste de Química

Exame aplicado em 12.09.98

QUESTÃO 1

Alguns anos atrás, Texas City (Texas – USA), foi abalada por uma explosão de um depósito de nitrato de amônia, composto muito usado como fertilizante. Este composto, quando aquecido, pode decompor exotermicamente em N2O e água, conforme a equação:

NH4NO3(s) Þ N2O(g) + 2 H2O(g) (equação 1)

Se o calor liberado nesta reação ficar aprisionado, altas temperaturas serão atingidas, e assim, o NH4NO3 pode decompor explosivamente em N2, H2O e O2.

2 NH4NO3(s) Þ 2 N2(g) + 4 H2O(g) + O2(g) (equação 2)

Usando as informações fornecidas abaixo, responda:

  1. Qual o calor liberada (à pressão constante de 1 atm e à temperatura de 25 ºC) na primeira reação ?
  2. Se 8,00 kg de nitrato de amônio explodem (segunda reação), qual a quantidade de calor liberada (à pressão constante de 1 atm e à temperatura de 25 ºC) ?
  3. Nitrato de amônia reage com alumínio em pó, produzindo Al2O3, segundo a reação:

2 Al(s) + 3 NH4NO3(s) Þ 3 N2(g) + 6 H2O(g) + Al2O3(g)

Se 8,00 kg de nitrato de amônio são misturados com alumínio em pó, em excesso estequiométrico, qual a quantidade de calor produzida (à pressão constante)?

 

Dados (valores aproximados):

Massas molares (g/mol): N = 14; O = 16; H = 1

Entalpia de formação: Al2O3(g) = -1675,7; H2O(g) = -241,8

D Hfº , a 25 ºC (kJ/mol); NH4NO3(s) = -365,6; N2O(g) = 82,0

 

QUESTÃO 2

A substituição de CO no complexo Ni(CO)4 foi estudada por Day et al., e este estudo levou ao entendimento de alguns princípios gerais que governam a química dos compostos que contêm a ligação metal-CO.

Na reação: Ni(CO)4 + L Þ Ni(CO)3L + CO

L é um doador de elétrons do tipo P(CH3)3. Um detalhado estudo cinético desta reação levou à proposição do seguinte mecanismo:

1ª etapa (lenta) Ni(CO)4 Þ Ni(CO)3 + CO

2ª etapa (rápida) Ni(CO)3 + L Þ Ni(CO)3L
  1. Qual é a molecularidade de cada uma destas reações ?
  2. Foi encontrado que, dobrando a concentração de Ni(CO)4, a velocidade da reação aumenta por um fator de 2 (dois) e, dobrando a concentração de L, a velocidade da reação não é alterada. Baseado nesta informação, escreva a expressão de velocidade desta reação.

c. A constante de velocidade experimental para a reação, a 20 ºC, quando L = P(C6H5)3, é 9,3 x 10-3 s-1. Se a concentração inicial de Ni(CO)4 é 0,025 mol/L, qual será a concentração do produto após 5 minutos ?
  1. Ni(CO)4 é formado pela reação de níquel metálico com monóxido de carbono. Se você tem 750 mL de CO à pressão de 1,50 atm, a 22 ºC, e combina com 0,75 g de níquel metálico, quantos gramas de Ni(CO)4 pode ser formado ? Se, após a reação, permanece um resíduo de CO, qual será sua pressão, no frasco de 750 mL, à temperatura de 29 ºC ?
  2. Um excelente caminho para a obtenção de níquel metálico é a decomposição de Ni(CO)4, a vácuo, a temperatura ligeiramente superior a ambiente. Qual será a variação de entalpia nessa reação de decomposição (equação abaixo), se a entalpia molar de formação de Ni(CO)4 é -602,9 kJ/mol?

Ni(CO)4(g) Þ Ni(s) + 4 CO(g)

 Dados (valores aproximados):

Massas molares (g/mol): C = 12; N = 14; Ni = 58,7; O = 16

Entalpia de formação (D Hfº ), a 25 ºC, em kJ/mol: CO(g) = -110,5

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

 

QUESTÃO 3

A pressão de vapor da água, a 20 ºC é 17,5 mmHg.
  1. Qual é a pressão de vapor de uma solução que contém 15,0 g de uréia, (NH2)2CO, dissolvidos em 0,500 kg de água ?
  2. Compare a pressão de vapor da solução obtida em (a) com a de uma solução contendo as mesmas massas de soluto e solvente, apenas substituindo a uréia por glicose (C6H12O6).
  3. Qual a massa de glicose que deveria ser dissolvida em 0,500 kg de água, para obter a mesma pressão de vapor da solução preparada em (a) ?
  4. Quais os pontos de ebulição das soluções obtidas em (a) e em (b) ?

 

Dados (valores aproximados):

Massas molares (g/mol): C = 12; H = 1; N = 14; O = 16

Constante de elevação do ponto de ebulição (Kbp): H2O = + 0,512 ºC/molal

 

 QUESTÃO 4

Descreva, DETALHADAMENTE, como você procederia em um laboratório de química, para preparar e padronizar 500 mL de uma solução de ácido clorídrico 2 mol/L, usando carbonato de sódio como padrão primário.

OBS - descreva cada passo e cada vidraria e utensílio utilizado no procedimento.

Dados (valores aproximados):

Massas molares (g/mol): C = 12; Cl = 35,5; H = 1; Na = 23; O = 16

 

QUESTÃO 5

Um composto Y de formula C9H12O, opticamente ativo, responde aos seguintes testes como segue:

Adição de

Þ

Resultado observado

Sódio

Þ

 formação lenta de um gás

Anidrido acético

Þ

 formação de um produto com cheiro agradável

CrO3/H2SO4

Þ

 aparecimento imediato de uma coloração verde azulada

KMnO4, quente

Þ

 formação de ácido benzóico

Br2/CCl4

Þ

 não descora a solução

I2 + NaOH

Þ

 formação de um sólido amarelo

II) Um composto Z, isômero de Y, também opticamente ativo, mostra o mesmo comportamento que Y, exceto no teste (6). Uma cuidadosa oxidação de Z com KMnO4, leva à formação de um ácido de fórmula C9H10O2 .

a) Qual a estrutura e o nome do composto Y ?

b) Escreva as equações das reações observadas nos testes com o composto Y.

c) Qual a estrutura e o nome do composto Z ?