Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti

3. A temperaturas tão baixas, a existência de água líquida está intrinsecamente ligada à concentração de sais. Quanto maior for essa concentração, menor será a tendência de organização das moléculas de água para atingir o estado sólido, permitindo existência de água líquida em temperaturas bem inferiores a 0 °C (efeito crioscópico).

4. Alternativa (e).
Página 267

Questões para fechamento do tema

1. Resposta pessoal.

2. a) Como se pode concluir com base no gráfico, o éter dietílico é um líquido bastante volátil (elevada pressão de vapor). Dessa maneira, considerando as altas temperaturas do verão brasileiro, ele pode evaporar facilmente e deve ser armazenado na geladeira para reduzir o valor da sua pressão de vapor, evitando perda de material em razão da passagem de suas moléculas do estado líquido para o gasoso e que a tampa seja eventualmente ejetada por causa da pressão exercida pelo vapor formado no interior do frasco.

b) A temperatura de ebulição do éter dietílico deve ser pouco superior a 0 °C no alto do monte Everest. Pelo gráfico, nota-se que, se a temperatura de ebulição da água for 70 °C, é porque a pressão atmosférica local vale pouco mais de 200 mmHg. Nessa pressão, avaliando novamente o gráfico, conclui-se que a temperatura de ebulição do éter dietílico será pouco maior que 0 °C.

3. A ejeção da rolha do frasco B pode ter sido resultado da maior volatilidade desse líquido. Sua maior pressão de vapor pode ter sido suficiente para ejetá-la. O líquido contido no frasco A deve ser menos volátil que o líquido contido no frasco B. Sua menor pressão de vapor na temperatura de estudo não foi suficiente para ejetar a rolha. O gráfico deve indicar a curva da substância contida no frasco B como a curva da substância mais volátil e a da substância contida no frasco A como a da substância menos volátil, conforme o exemplo.



4. A adição de sal diminui a pressão de vapor da água pura, que passa a ser menor que a pressão atmosférica, interrompendo a ebulição por alguns instantes – isso é o que se observa na imagem à direita (B): a interrupção da ebulição. Contudo, em alguns minutos, se o aquecimento não for interrompido, a ebulição será retomada, mas em uma temperatura maior em razão da presença do sal ali dissolvido.



ILUSTRAÇÕES: FERNANDO JOSÉ FERREIRA

TE_as é a temperatura de ebulição da água salgada, e TE_ap, a temperatura de ebulição da água pura.

5. Experimento I: concentração de partículas na solução de NaCl = 0,2 mol/L (2 íons por fórmula unitária); na de glicose = 0,1 mol/L. Maior pressão osmótica da solução de NaCl; aumento no nível do líquido no compartimento da solução de NaCl.

Experimento II: as soluções apresentam a mesma pressão osmótica, pois as concentrações de partículas são iguais (0,050 mol/L em ambos os casos, já que a concentração efetiva na solução de NaCl é igual a 0,025 mol/L ⋅ 2 = 0,050 mol/L).

Experimento III: concentração de partículas na solução deCaCl₂= 0,3 mol/L (3 íons por fórmula unitária); na solução de NaCl = 0,2 mol/L (2 íons por fórmula unitária). Maior pressão osmótica da solução de CaCl₂; aumento no nível do líquido no compartimento da solução de CaCl₂.

Experimento IV: concentração de partículas na solução de Al₂(SO₄)₃= 0,25 mol/L (5 íons por fórmula unitária); na de glicose = 0,20 mol/L. Maior pressão osmótica da solução de Al₂(SO₄)₃; aumento no nível do líquido no compartimento da solução de Al₂(SO₄)₃.

6. Pelo processo osmótico, ocorre o transporte de água do meio mais diluído para o mais concentrado; assim, as células perderão água para o meio externo, muito concentrado em glicose, favorecendo o aumento do volume de urina excretado pelo paciente.

7. Pelo enunciado da questão, pode-se inferir que o teor de sódio no material da fralda é bem superior ao teor de sódio na urina; portanto, a migração da água da urina para o meio mais concentrado em sódio (osmose) do interior das fraldas mantém a criança seca, mesmo depois de urinar. A salga da carne de sol também faz com que o alimento perca determinado teor de água, o que prejudica a sobrevivência dos microrganismos ali presentes, que morrem por desidratação. Assim, o alimento não se deteriora tão rapidamente.

Exercícios finais

1. Alternativa (a).

2. Pelos gráficos fornecidos, nota-se que em (A) há uma faixa de concentração considerada deficiente e outra considerada ótima. A deficiência só pode se referir a algo importante para o organismo. A toxicidade aparece somente a partir de valores altos de concentração – esse gráfico (A), portanto, refere-se a um metal essencial para o organismo. Já o gráfico (B) não apresenta faixa deficiente ou ótima, mas apenas tolerável; a partir de determinado valor, sua toxicidade se eleva até ser letal, indicando um metal tóxico.

3. a) Decantação.

b) A cal virgem reage com a água gerando hidróxido de cálcio, que se dissocia produzindo íons Ca²⁺ e OH⁻:

CaO(s) + H₂O(l) ⇌ Ca(OH)₂(aq)

Na presença de íons hidroxila, o sulfato de alumínio reage formando hidróxido de alumínio, que precipita. As impurezas presentes na água aderem ao hidróxido precipitado, limpando fisicamente a água:

Al₂(SO₄)₃(aq) + 3 Ca(OH)₂(aq) ⇌ 2 Al(OH)₃(s) + 3 CaSO₄(s)

c) Fe(OH)₃(s), hidróxido de ferro(III).
Página 268

4. Solução 1: = 5,00 g de soluto por litro de solução

Solução 2: = = 12,5 g de soluto por litro de solução

Solução 3: = = 25,0 g de soluto por litro de solução

Solução 4: = =15,0 g de soluto por litro de solução

A solução mais concentrada é a solução 3.



FERNANDO JOSÉ FERREIRA

Pode-se concluir que a massa de soluto e o volume da solução são grandezas diretamente proporcionais.

5. Alternativa (a).

6. a) Precipitação. O sólido amarelo é o iodeto de chumbo(II) (PbI₂).

b) Pb²⁺(aq) + 2 I⁻(aq) ⇌ PbI₂(s)

7. Alternativa (d).

8. Cada litro (1.000 mL) da água analisada contém 5 mg de material orgânico.

CH₂O(aq) + O₂(g) → CO₂(aq) + H₂O(l)

30 g _______ 32 g

5 ⋅ 10⁻³ g _______ m

m ≅ 5,3 ⋅ 10⁻³ g ou 5,3 mg de O₂

A DBO dessa amostra é de 5,3 mg O₂/L.

9.

1 mol HClO _______ 52,5 g

2,0 ⋅ 10⁻⁵ mol HClO _______ x

x = 105 x 10⁻⁵ g ou 1,05 mg de HClO

O valor de 1,05 mg/L está compreendido na faixa adequada.

10. Com uma densidade de 1 g/mL, 1 L (1.000 mL) de água tem massa igual a 1.000 g. Assim, tem-se:

5 x 10⁻⁶g Hg _______ 10³ g água

x _______ 10⁶ g água

x = 5 x 10⁻³ g em 1 milhão de gramas de água = 5 x 10⁻³ ppm ou 0,005 ppm

11. Alternativa (c).

12. A massa molar do peróxido de hidrogênio é de 34 g/mol. Assim, tem-se:

1 mol H₂O₂ _______ 34 g

x _______ 0,85 g

x = 0,025 mol de H₂O₂

0,025 mol _______ 0,5 L

y _______ 1 L

y = 0,05 mol; portanto, a concentração é igual a 0,05 mol/L.

13. I. O gráfico (a). Independentemente do volume de água adicionado, a quantidade de matéria do soluto presente na solução é sempre a mesma, a não ser que mais soluto seja adicionado. A adição de água altera a concentração em quantidade de matéria da solução (mol/L), mas não a quantidade de matéria de soluto nela existente.

II. Diluição, a qual consiste na adição de solvente à solução a fim de diminuir a concentração do soluto.

14. Alternativa (c).

15. Alternativa (b).

16. a) As instruções indicavam a diluição dos 500 mL de suco em água para se obter um volume final de 2 L. Do modo como o cozinheiro executou a tarefa, acrescentando 2 L de água, o volume final foi de 2,5 L.

b) Uma vez que ele adicionou mais água do que o recomendado, ele obteve um suco mais diluído do que o previsto pelo fabricante.

c)

Concentração inicial do suco	Volume adicionado de água	Concentração do suco diluído
x mol/L (500 mL)	2,0 L (cozinheiro)	^mol/L (o volume inicial foi quintuplicado)
x mol/L (500 mL)	1,5 L (instruções)	^mol/L (o volume inicial foi quadruplicado)

Se mol/L corresponde ao valor de concentração desejado pelo fabricante, podemos considerar que:

^mol/L _______ 100%

^mol/L _______ p

p = 80%

O suco preparado apresentou uma concentração 20% abaixo do previsto e, como resultado, ele apresentará um sabor menos intenso (suco mais diluído, ou mais aguado, como se diz popularmente).

17. Alternativa (d).

18. 0,08 mol KOH _______ 1 L

x _______ 0,5 L

x = 0,04 mol de KOH

1 mol KOH _______ 56 g

0,04 mol KOH _______ y

y = 2,24 g de KOH

0,08 mol KOH _______ 1 L

z _______ 0,05 L

z = 0,004 mol de KOH

Como a proporção estequiométrica entre o hidróxido de potássio e o ácido clorídrico é de 1 : 1, para neutralizar 0,004 mol de KOH é necessário 0,004 mol de HCl. Assim:

0,1 mol HCl _______ 1 L

0,004 mol HCl _______ w

w = 0,04 L ou 40 mL

O pesquisador deve utilizar 2,24 g de KOH e 40 mL da solução de ácido clorídrico.

Página 269

19. 0,25 mol HCl _______ 10³ mL

x _______ 40,0 mL

x = 10 ⋅ 10⁻³ mol de HCl

2 HCl(aq) + Ba(OH)₂(aq) ⇌ BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l)

2 mol HCl _______ 1 mol Ba(OH)₂

10 ⋅ 10⁻³ mol _______ y

y = 5 ⋅ 10⁻³ mol de Ba(OH)₂

5 ⋅ 10⁻³ mol _______ 25 ⋅ 10⁻³ L

z _______ 1 L

z = 0,2 mol/L

20. Reação em questão:

2 AgNO₃(aq) + Na₂S(aq) ⇌ Ag₂S(s) + 2 NaNO₃(aq)

1 mol Ag₂S _______ 248 g

x _______ 1,240 g

x = 0,005 mol de Ag₂S

Como a proporção estequiométrica entre o AgNO₃ e o Ag₂S é de 2 : 1, conclui-se que foi utilizado 0,010 mol de AgNO₃ (2 ⋅ 0,005 mol).

Até o ponto de equivalência, foram gastos 25 mL de AgNO₃(aq); portanto:

0,010 mol AgNO₃ _______ 25 mL (leitura do gráfico)

y _______ 1.000 mL

y = 0,4 mol de AgNO₃

A solução de AgNO₃ tem concentração de 0,4 mol/L.

21. Cálculo da quantidade gasta de ácido sulfúrico:

0,25 mol H₂SO₄ _______ 1.000 mL

x _______ 8,0 mL

x = 2,0 ⋅ 10⁻³ mol de H₂SO₄

1 H₂SO₄(aq) + 2 NaOH(aq) ⇌ 1 Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l)

Como a proporção estequiométrica entre o H₂SO₄ e o NaOH é de 1 : 2, a quantidade de matéria presente de NaOH é de 4,0 ⋅10⁻³ mol (2 ⋅ 2,0 ⋅ 10⁻³ mol).

Assim:

4,0 ⋅ 10⁻³ mol NaOH _______ 20 mL

y _______ 100 mL

y = 0,02 mol de NaOH

Multiplicado por 40 g/mol, tem-se 0,8 g de NaOH. Como a massa inicialmente utilizada foi de 1,0 g (> 0,8 g), a amostra está adulterada, sendo 0,2 g correspondente às impurezas.

22. a) Como foi mencionado que as reações de neutralização liberam calor, pode-se inferir que a partir do tubo 5 a reação de neutralização estava completa, pois a temperatura deixou de variar – isto é, a partir do tubo 5 não havia mais base a ser neutralizada pelo ácido. Era importante adicionar a água para diminuir o número de variáveis referentes à medição de temperatura. O calor liberado na reação se dissipa no meio em que ela ocorre, então era essencial que o volume final fosse sempre o mesmo para não gerar diferenças significativas nas medições de temperatura.

b) Considerando, com razoável aproximação, que os valores referentes ao tubo 5 correspondem aos valores do ponto de equivalência, tem-se:

0,4 mol de NaOH _______ 1.000 mL

x _______ 20 mL

x = 0,008 mol de NaOH

Como a reação de neutralização ocorre, em quantidade de matéria, na proporção de 1 : 1 (HCl(aq) + NaOH(aq) ⇌ NaCl(aq) + H₂O(l)), há também consumo de 0,008 mol de HCl. Portanto:

0,008 mol HCl _______ 25 mL

y _______ 1.000 mL

y = 0,32 mol de HCl

A concentração da solução de HCl é de 0,32 mol/L.

23. Comparando as concentrações de partículas entre as soluções, tem-se:

• NaCl: 6,0 g ≅ 0,1 mol de NaCl/volume = 0,2 mol de partículas/volume

• C₁₂H₂₂O₁₁: 6,0 g ≅ 0,020 mol de C₁₂H₂₂O₁₁/volume = 0,020 mol de partículas/volume

Como a solução aquosa de NaCl apresenta uma concentração de partículas praticamente dez vezes maior, os efeitos coligativos, como o abaixamento da pressão de vapor, serão mais intensos nela. A diminuição da pressão de vapor está intrinsecamente associada à diminuição da volatilidade. Portanto, a solução aquosa de NaCl irá evaporar mais lentamente. Assim, a verificação do maior volume de água evaporado acontecerá na solução aquosa de sacarose.

24. Alternativa (e).

25. a) O CaCl₂ causaria maior redução, pois apresenta maior concentração efetiva após a dissociação em água:

1 NaCl(aq) (1 mol) ⇌ 1 Na⁺(aq) (1 mol) + 1 Cl⁻(aq) (1 mol) = 2 mol de partículas

1 CaCl₂(aq) (1 mol) ⇌ 1 Ca²⁺(aq) (1 mol) + 2 Cl⁻(aq) (2 mol) = 3 mol de partículas

b) Custo de 1 kg de NaCl = x; custo de 1 kg de CaCl₂= 3x.

Cálculo do custo de 1 mol de íons oriundos da dissociação do NaCl:

1.000 g NaCl _______ a

58,5 g NaCl _______ 1 mol

a ≅ 17,1 mol de NaCl

1 mol NaCl _______ 2 mol íons

17,1 mol NaCl _______ b

b = 34,2 mol de íons

34,2 mol íons _______ x

1 mol íons _______ c

c =

O custo de 1 mol de íons oriundos da dissociação do NaCl seria de .

Para o CaCl₂:

1.000 g CaCl₂ _______ d

111 g CaCl₂ _______ 1 mol

d = 9 mol de CaCl₂
Página 270

1 mol CaCl₂ _______ 3 mol íons

9 mol CaCl₂ _______ e

e = 27 mol de íons

27 mol íons _______ 3x

1 mol íons _______ f

f =

O custo de 1 mol de íons oriundos da dissociação do CaCl₂ seria de .

Do ponto de vista econômico, já que os efeitos coligativos dependem apenas da concentração efetiva de partículas, deve-se usar o NaCl (menor custo para cada mol de íons).

26. Se a concentração do soro fosse maior que a do sangue, as hemácias perderiam água para o meio externo, morrendo. Algo muito semelhante ocorre com quem bebe água do mar, que é muito mais concentrada em sais que a água potável. O resultado final seria a desidratação (as células sofreriam perda de água) e, possivelmente, a morte.

Capítulo 2 Aspectos qualitativos e quantitativos dos combustíveis

Questões relativas ao texto de abertura

1. A cidade de Salvador é litorânea, enquanto Rio Branco está longe do litoral. Como o gás natural é transportado das plataformas de petróleo em alto-mar até o continente por navio, na cidade de Salvador o custo seria menor em razão da proximidade entre a cidade e o litoral.

2. Em uma eventual estiagem, o funcionamento das hidroelétricas fica prejudicado, pois o nível das barragens diminui. Assim, pode-se aumentar a produção de energia com termoelétricas, as quais utilizam combustíveis fósseis como carvão mineral e gás natural, compensando a diminuição do uso de hidroelétricas, mas com aumento do problema ambiental pela emissão de CO₂ na atmosfera. As energias eólica e solar são apenas complementares, por dependerem de fenômenos da natureza não controláveis.

3. Gás natural: 48 MJ/kg = 48.000 kJ/kg

Biogás: 20,2 MJ/kg = 20.200 kJ/kg

48.000 kJ _______ 1 kg gás natural

1.000 kJ _______ x

x ≅ 0,0208 kg ou 20,8 g de gás natural

20.200 kJ _______ 1 kg biogás

1.000 kJ _______ y

y ≅ 0,0495 kg ou 49,5 g de biogás

4. Alternativa (a).

Tema 1

Avaliando o poder calorífico de diferentes combustíveis

Quadro: Valor energético de algumas atividades físicas

1. Atividades físicas menos intensas, como dirigir ou cozinhar, apresentam gasto energético menor que atividades mais intensas, como jogar basquete ou futebol e praticar levantamento de peso. A atividade com maior gasto energético é correr ou marchar (13,2 kcal/kg/h), e a atividade com menor gasto energético é dormir (1,2 kcal/kg/h).

2. A aeróbica de média intensidade apresenta gasto energético aproximado de 5 kcal/kg a cada hora. Assim, tem-se:

5 kcal _______ 1 kg

x _______ 68 kg

x = 340 kcal

4,184 kJ _______ 1 kcal

y _______ 340 kcal

y = 1.422,6 kJ

3. Gasto energético com a caminhada de 1 h: 3 kcal/kg; gasto energético fazendo compras no mercado por 50 minutos:

60 min _______ 3,6 kcal/kg

50 min _______ x

x = 3 kcal/kg

Como os gastos energéticos são os mesmos, seu amigo não tem razão para reclamar.

Questões para fechamento do tema

1. A afirmação não está correta, pois o hóspede associou equivocadamente a temperatura da massa de chá com o calor. O calor deve ser relacionado com a energia térmica em trânsito de um corpo para outro em razão de uma diferença de temperatura entre eles, não levando em conta a temperatura de um só corpo.

2. a) Exotérmica. Há liberação de energia (+184 kJ nos produtos).

b) Endotérmica. Há absorção de energia (+9 kJ nos reagentes).

c) Exotérmica. Há liberação de energia (+68 kcal nos produtos).

d) Exotérmica. Há liberação de energia (+98 kcal nos produtos).

3. 1 kg querosene _______ 4,3 ⋅ 10⁴ kJ

x _______ 1,5 ⋅10⁵ kJ

x ≅ 3,5 kg de querosene

Como o avião movido a gás hidrogênio teria de levar menos combustível na viagem, ele poderia levar mais passageiros que o avião movido a querosene.

4. Ao construir um gráfico com base nos dados informados, tem-se:



FERNANDO JoSÉ FERREIRA

Note que há uma tendência praticamente linear entre a energia liberada pela queima e o número de átomos de carbono do combustível. Assim, fazendo a projeção gráfica, tem-se:

Página 271



ILUSTRAÇÕES: FERNANDO JOSÉ FERREIRA

O valor é de aproximadamente 3.500 kJ/mol. O valor experimental é de 3.537 kJ/mol, muito próximo ao encontrado pela projeção gráfica.

5. A energia liberada é absorvida pela água, elevando sua temperatura. A variação de temperatura (ΔT) da massa de água foi de ΔT = 22,7 °C − 20,0 °C = 2,7 °C. A quantidade de energia recebida pela água pode ser calculada por meio de uma regra de três, utilizando na primeira linha as informações fornecidas pelo calor específico da água ou pelo uso da equação do calorímetro.

Resolução 1 – regra de três:

1 g água _______ 1 °C _______ 4,184 J

1.000 g água _______ 2,7 °C _______ Q

= ⇒ Q = ≅ 11,3 kJ

Resolução 2 – emprego da fórmula:

Q = m ⋅ c ⋅ ΔT

Q = ≅ 11,3 kJ

Convertendo a quantidade de massa do gás A utilizada em quantidade de matéria, tem-se: = 0,040 mol do gás A. Assim, calcula-se a energia liberada quando 1 mol de gás A reage com a quantidade de matéria adequada de gás B:

0,04 mol gás A _______ 11,3 kJ

1 mol gás A _______ Q’

Q ’ = 282,5 kJ

6. A curva A se refere à corrida de intensidade média (gasto energético de 9 kcal/kg/h, conforme tabela). A curva B refere-se à equitação (gasto energético de cerca de 5 kcal/kg/h), e a curva C, à canoagem (gasto energético de 3,3 kcal/kg/h).

Tema 2