Maria Lúcia A. Moura Campos, Introdução à Biogeoquímica de Ambientes Aquáticos. Editora Átomo: 2010. <\/figcaption><\/figure>a) O bicarbonato na água pode vir de\ndiferentes fontes. Cite uma fonte de bicarbonato comum às três amostras. <\/p>
b) Preencha a tabela da folha de\nrespostas com a correspondência entre as amostras 1, 2 e 3 e o ambiente em que\nforam coletadas. <\/p>
c) É esperado que a concentração de íons cloreto na água coletada da chuva em um ambiente continental seja igual, maior ou menor à de ambientes costeiros (ambos sem poluição)? Justifique sua resposta.<\/p>
Gabarito<\/h3> a) A fonte comum de bicarbonato a todas as amostras é o ar atmosférico que apresenta CO2<\/sub> (g) que, ao entrar em contato com a água da atmosfera, sofre as seguintes transformações:<\/p>
b)<\/p>Ambiente <\/strong><\/td>Água do mar <\/strong><\/td>Água de chuva em região costeira <\/strong><\/td>Água doce de rio <\/strong><\/td><\/tr>Amostra<\/td> 3<\/td> 1<\/td> 2<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>c) A concentração de íons cloreto na água da chuva das amostras é igual, porque o íon cloreto é encontrado na forma iônica. Os compostos iônicos apresentam elevadíssima temperatura de fusão e ebulição, logo, não sofrem vaporização. A concentração de cloreto nas amostras é nula.<\/p>
<\/span>Questão 02<\/span><\/h2>O experimento conhecido como “chuva\nde ouro” consiste na recristalização, à temperatura ambiente, de iodeto de\nchumbo (PbI2<\/sub>). A formação desse sal pode ocorrer a partir da mistura\nentre nitrato de chumbo (Pb(NO3<\/sub>)2<\/sub>) e iodeto de potássio\n(KI). Outro produto dessa reação é o nitrato de potássio (KNO3<\/sub>) em\nsolução aquosa. <\/p>Tanto o Pb(NO3<\/sub>)2<\/sub>\nquanto o KI são sais brancos solúveis em água à temperatura ambiente, enquanto\no PbI2<\/sub> é um sal amarelo intenso e pouco solúvel nessa temperatura,\nprecipitando como uma chuva dourada.<\/p>Em um laboratório, o mesmo\nexperimento foi realizado em dois frascos. Em ambos, 100 mL de solução 0,1\nmol.L‐1<\/sup> de Pb(NO3<\/sub>)2<\/sub> e 100 mL de solução 0,2\nmol.L‐1<\/sup> de KI foram misturados. Ao primeiro frasco foi também\nadicionado 20 mL de água destilada, enquanto ao segundo frasco foi adicionado\n20 mL de solução 0,1 mol.L‐1<\/sup> de iodeto de sódio (NaI). <\/p>A tabela a seguir apresenta os dados de solubilidade dos produtos da reação em diferentes temperaturas.<\/p>
Responda aos itens a seguir considerando os dados do enunciado e o equilíbrio químico de solubilidade do iodeto de chumbo:<\/p>
a) Indique se o procedimento do\nsegundo frasco favorece ou inibe a formação de mais sólido amarelo. <\/p>
b) Para separar o precipitado da\nsolução do primeiro frasco e obter o PbI2<\/sub> sólido e seco, foi\nrecomendado que, após a precipitação, fosse realizada uma filtração em funil\ncom papel de filtro, seguida de lavagem do precipitado com água para se retirar\no KNO3<\/sub> formado e, na sequência, esse precipitado fosse colocado para\nsecar. Nesse caso, para se obter a maior quantidade do PbI2<\/sub>, é mais\nrecomendado o uso de água fria (4 °C) ou quente (80 °C)? Justifique. <\/p>c) Encontre a constante do produto de solubilidade (KPS<\/sub>) do iodeto de chumbo a 32 °C.<\/p>Gabarito<\/h3> a) O aumento da concentração de iodeto desloca o equilíbrio\niônico para o sentido de formação do precipitado.<\/p>
b) Segundo a tabela fornecida, quanto maior a temperatura da\nágua, maior a solubilidade do sal. Para obter maios quantidade de PbI2<\/sub>\ndeve-se evitar a sua dissolução em água quente. Portanto, deve-se utilizar água\nfria para diminuir a quantidade de íons dissolvidos na solução.<\/p>c) PbI2<\/sub> a 32 °C apresenta a solubilidade de 0,922\ng\/L.<\/p>Primeiramente, converte-se 0,922 g\/L para mol\/L, sabendo que a massa molar do PbI2<\/sub> é igual a 461 g\/mol:<\/p>
Sabe-se que para cada S mol de PbI2<\/sub> dissociado, forma-se S mol de Pb2+<\/sup> e 2S de I–<\/sup>.<\/p>
Para
<\/span>Questão 03<\/span><\/h2>O médico Hans Krebs e o químico Feodor Lynen foram laureados com o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1953 e 1964, respectivamente, por suas contribuições ao esclarecimento do mecanismo do catabolismo de açúcares e lipídios, que foi essencial à compreensão da obesidade. Ambos lançaram mão de reações clássicas da Química Orgânica, representadas de forma simplificada pelo esquema que mostra a conversão de uma cadeia saturada em uma cetona, em que cada etapa é catalisada por uma enzima (E) específica:<\/p>a) Complete, no espaço determinado\nna folha de respostas, a fórmula estrutural do produto (IV) formado pela\noxidação do álcool representado na estrutura (III). <\/p>
b) Identifique pelo número qual das espécies (I, II ou III) possui isomeria geométrica (cis ‐ trans) e desenhe os isômeros. c) Se R1<\/sub> e R2<\/sub> forem cadeias carbônicas curtas, os compostos representados por(III)serão bastante solúveis em água, enquanto que, se R1<\/sub> e\/ou R2<\/sub> forem cadeias carbônicas longas, os compostos representados por (III)serão pouco solúveis ou insolúveis em água. Por outro lado, os compostos representados por (I) e (II) serão pouco solúveis ou insolúveis em água independentemente do tamanho das cadeias. Explique a diferença do comportamento observado entre as espécies(I) e (II) e a espécie (III).<\/p>Note e adote:<\/strong><\/p>Considere R1<\/sub> e R2<\/sub> como cadeias carbônicas saturadas diferentes, contendo átomos de carbono e hidrogênio.<\/p>Gabarito<\/h3> a)<\/p>b)<\/p>
c) Os compostos I e II são hidrocarbonetos, logo, são\napolares e pouco solúveis em água.<\/p>
O composto III de pequena cadeia carbônica apresenta pequena apolaridade quando comparada a polaridade do grupo hidroxila, que realiza interações polares do tipo ligação de hidrogênio. Devido à ligação de hidrogênio provocada pelo grupo hidroxila, o composto III é solúvel em água.<\/p>
<\/span>Questão 04<\/span><\/h2>O lítio foi identificado no século XIX a partir das observações do naturalista e estadista brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva. Em 2019, esse elemento ganhou destaque devido ao Prêmio Nobel de Química, entregue aos pesquisadores John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino pelas pesquisas que resultaram na bateria recarregável de íon lítio. Durante o desenvolvimento dessa bateria, foi utilizado um eletrodo de CoO2<\/sub>(s) (semirreação I) em conjunto com um eletrodo de lítio metálico intercalado em grafita (LiC6<\/sub>(s)) (semirreação II) ou um eletrodo de lítio metálico (Li(s)) (semirreação III).<\/p>(I) CoO2<\/sub>(s) + Li+<\/sup> (aq) + 1e–<\/sup> → LiCoO2<\/sub>(s) E° = + 1,00 V <\/p>(II) Li+<\/sup> (aq) + C6<\/sub>(s) + 1e– <\/sup>→ LiC6<\/sub>(s) E° = ‐ 2,84 V<\/p>(III) Li+<\/sup> (aq) + 1e–<\/sup> → Li(s) E°= ‐ 3,04 V <\/p>Considerando essas semirreações: <\/p>
a) Escreva a reação global da bateria que utiliza o lítio\nmetálico como um dos eletrodos. <\/p>
b) Indique qual dos dois materiais, lítio metálico ou lítio\nmetálico intercalado em grafita, será um agente redutor mais forte. Justifique\ncom os valores de potencial de redução padrão. <\/p>
Em 1800, José Bonifácio descobriu o mineral petalita, de\nfórmula XAlSi4<\/sub>O10<\/sub>\n(na qual X é um metal alcalino). Em 1817, ao assumir que X = Na, o químico\nsueco Johan Arfwedson observou que a petalita apresentaria uma porcentagem de\nmetal alcalino superior ao determinado experimentalmente. Ao não encontrar\noutros substitutos conhecidos que explicassem essa incongruência, ele percebeu\nque estava diante de um novo elemento químico, o Lítio (Li). <\/p>c) Explique, mostrando os cálculos, como a observação feita por Arfwedson permitiu descobrir que o elemento novo era o Lítio.<\/p>
Note e adote<\/strong>:<\/p>Massas molares (g.mol-1<\/sup>):\nLi = 7; O = 16; Na = 23; Al = 27; Si = 28.<\/p>% em massa de Al na petalita: 8,8%<\/p>
Gabarito<\/h3> a) redução: CoO2 (s) + Li+ (aq) + e- → LiCoO2 (s)<\/p>
Oxidação: Li (s) → Li+<\/sup> (aq) + 1e–<\/sup><\/p>Reação global: CoO2<\/sub> (s) +\nLi (s) → LiCoO2<\/sub>\n(s)<\/p>b) O agente redutor é a espécie química que provoca a redução, ou seja, que sofre oxidação. A espécie que apresenta maior tendência a sofrer oxidação é aquela que apresenta o maior potencial de oxidação. Potenciais de oxidação:<\/p>
Li (s) Eoxi<\/sub> = + 3,04 V | LiC6<\/sub> (s) Eoxi<\/sub> = +2,84 V<\/p>Assim, o agente redutor mais forte é o Li(s) porque\napresenta o maior potencial de oxidação (+ 3,04 V).<\/p>
c) A porcentagem da massa de alumínio na fórmula XAlSi4<\/sub>O10<\/sub> é igual a 8,8%, calcula-se a massa de 100%:<\/p>
Sabe-se que massa molar da substância é igual a 306,8 g\/mol,\nportanto, calcula-se a massa molar de X:<\/p>
MX<\/sub> + Al + 4 · Si + 10 · 16 = 306,8 g\/mol<\/p>MX<\/sub> + Al + 4 · Si + 10 · O = 306,8 g\/mol<\/p>MX<\/sub> + 27\ng\/mol + 4 · 28 g\/mol + 10 · 16 g\/mol = 306,8 g\/mol<\/p>MX<\/sub> = 7,8 ≈ 8 g\/mol (que é a massa molar do lítio)<\/p><\/span>Questão 05<\/span><\/h2>Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H2<\/sub>NCONH2<\/sub>)\nem 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para diminuir as emissões de\nóxidos de nitrogênio (NO e NO2<\/sub>), que podem causar problemas\nambientais quando em excesso na atmosfera. A solução de Arla, ao ser adicionada\naos gases de escape do motor, em alta temperatura, forma amônia (reação I). Em\numa segunda etapa, a amônia formada reage com NO2<\/sub> e gera gás\nnitrogênio e água (reação II). <\/p>(I) H2<\/sub>NCONH2<\/sub>(aq)\n+ H2<\/sub>O (l) → 2 NH3<\/sub>(g) + CO2<\/sub>(g)<\/p>(II) 8 NH3<\/sub>(g) + 6 NO2<\/sub>(g) → 7 N2<\/sub>(g) + 12 H2<\/sub>O(g)<\/p>a) Escreva a fórmula de Lewis da ureia. <\/p>
b) Calcule quantos litros de solução de Arla 32 são\nnecessários para consumir todo o NO2<\/sub> produzido em uma viagem de 100\nkm, considerando que a quantidade de NO2<\/sub> formado por esse veículo é\nde 460 mg por km rodado. Indique os cálculos. <\/p>c) Considerando que a reação entre NH3<\/sub> e NO forma os mesmos produtos que a reação II, o volume gasto de Arla 32 para consumir o NO seria menor, igual ou maior ao usado para consumir uma mesma quantidade em mol de NO2<\/sub>? Justifique mostrando a reação entre NH3<\/sub> e NO.<\/p>Note e adote:<\/strong><\/p>Considerar todas as reações com 100% de rendimento.<\/p>
Massas molares: ureia = 60 g.mol-1<\/sup>; NO2<\/sub> = 46 g.mol-1<\/sup><\/p>Distribuição eletrônica: H: 1s1<\/sup>; C: 1s2<\/sup>2s2<\/sup>2p2<\/sup>;N: 1s2<\/sup>2s2<\/sup>2p3<\/sup>; O:1s2<\/sup>2s2<\/sup>2p4<\/sup><\/p>Gabarito<\/h3> a)<\/p>b) Calcula-se a massa de NO2<\/sub> consumida durante o deslocamento de 100 km:<\/p>
Determina-se a reação global entre ureia e NO2<\/sub>:<\/p>
Reação global:
A proporção, em mol, da reação entre ureia (massa molar igual a 60 g\/mol) e NO2<\/sub> (massa molar igual a 46 g\/mol) é de 4 mol de CO(NH2<\/sub>)2<\/sub> para 6 mol de NO2<\/sub> (ou 2 para 3). Calcular-se a massa de CO(NH2<\/sub>)2<\/sub> consumida por 46 g de NO2<\/sub>:<\/p>
Calcula-se o volume da solução de Arla 32 que contenha 40 g de CO(NH2<\/sub>)2<\/sub>:<\/p>
y = 125 mL = 0,125 mL<\/p>
c) A reação balanceada entre NH3<\/sub> e NO é:<\/p>4 NH3<\/sub> + 6 NO → 5 N2<\/sub> + 6 H2<\/sub>O<\/p>Determina-se a reação global entre CO(NH2<\/sub>)2<\/sub> e NO:<\/p>
Reação Global:
Compara-se as duas reações globais:<\/p>Percebe-se que, para o mesmo número de mols de NO e NO2<\/sub>, ocorre menor consumo de ureia pela solução de NO do que pela solução de NO2<\/sub>.<\/p><\/span>Questão 06 <\/span><\/h2>Muitos metais (Mn+) em água, dependendo do pH da solução,\nformam hidróxidos (M(OH)n) insolúveis. Esse comportamento pode ser descrito\npela equação (I), que relaciona o valor de pH com o logaritmo da concentração\ndo metal (log [Mn+]), para uma dada temperatura, em que KPS é a constante do\nproduto de solubilidade do hidróxido do metal. <\/p>
Equação (I): log[Mn+<\/sup>] = log(KPS<\/sub>)\n+ 14n – n(pH) <\/p>O comportamento da equação (I) é representado no gráfico, no\nqual as linhas mostram o valor de pH e log[Mn+<\/sup>] em que se inicia a\nprecipitação de cada um dos metais. Em condições mais alcalinas do que a\napresentada na linha de cada metal, será observada a espécie insolúvel como\nhidróxido e, em condições mais ácidas do que a apresentada na linha, será\nobservada a espécie em sua forma solúvel. <\/p>a) Pinte, no gráfico da folha de respostas, a região onde o\nCr3+<\/sup> se encontra na forma solúvel e o Ti4+<\/sup> se encontra na\nforma de Ti(OH)4<\/sub> insolúvel. <\/p>b) As linhas que representam Mg2+<\/sup> e Ca2+<\/sup>\npossuem a mesma inclinação, mas diferem da inclinação das linhas que\nrepresentam Cr3+<\/sup> e Xn+<\/sup>, que possuem a mesma inclinação\nentre si. Indique a carga n de Xn+<\/sup> e justifique com base na equação\n(I). <\/p>c) Indique qual das espécies tem maior valor de KPS: Ca(OH)2<\/sub> ou Mg(OH)2<\/sub>. Justifique com base nas informações dadas.<\/p>Gabarito<\/h3> a)<\/p>b) Observando a equação, percebe-se que o coeficiente angular da função em relação ao pH é a incógnita n.<\/p>Tanto a reta de Xn+<\/sup> e Cr3+<\/sup> apresentam a mesma inclinação, ou seja, o mesmo coeficiente angular que é o n. Assim, conclui-se que ambos apresentam o mesmo valor de n. A valência de Cr3+<\/sup>é +3, logo, Xn+<\/sup> será X3+<\/sup>.<\/p>c) Compara-se dois pontos no gráfico de Mg2+<\/sup> e Ca2+<\/sup>:<\/p>