UNICAMP 2004 Química - Questões

Cerca de $90\%$ da crosta e do manto terrestres são formados por minerais silicáticos. Entender muitos processos geoquímicos significa conhecer bem o comportamento dessas rochas em todos os ambientes. Um caso particular desse comportamento na crosta é a solubilização da sílica ($SiO_2$) por água a alta temperatura e pressão. Esse processo de dissolução pode ser representado pela equação: $$Si{O_2}_{\left(s\right)}\ \ +\ \ \ 2\ H_2O_{\left(aq\right)}\ \longrightarrow \ H_4Si{O_4}_{\left(aq\right)}$$

1. a) Em determinado pH a $300^\circ C$ e 500 atmosferas, a constante de equilíbrio para essa dissolução, considerando a água como solvente, é de 0,012.
   

2. b) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para esse processo de dissolução.
   

3. c) Determine a concentração em $g.L^{-1}$ de $H_4SiO_4$ aquoso quando se estabelece o equilíbrio de dissolução nas condições descritas.
   

Da caverna ao arranha-céu, o homem percorreu um longo caminho. Da aldeia, passou à cidade horizontal, e desta, à verticalização. O crescente domínio dos materiais e, portanto, o conhecimento de processos químicos teve papel fundamental nesse desenvolvimento. Uma descoberta muito antiga e muito significativa foi o uso de $Ca{\left(OH\right)}_2$ para a preparação da argamassa. O $Ca{\left(OH\right)}_2$ tem sido muito usado, também, na pintura de paredes, processo conhecido como caiação, onde, reagindo com um dos constituintes minoritários do ar, forma carbonato de cálcio de cor branca.

1. a) Dê o nome comum (comercial) ou o nome científico do $Ca{\left(OH\right)}_2$.
   

2. b) Que faixa de valores de $pH$ pode-se esperar para uma solução aquosa contendo $Ca{\left(OH\right)}_2$ dissolvido, considerando o caráter ácido-base dessa substância? Justifique.
   

3. c) Escreva a equação que representa a reação entre o $Ca{\left(OH\right)}_2$ e um dos constituintes minoritários do ar, formando carbonato de cálcio.
   

No processo de verticalização das cidades, a dinamização da metalurgia desempenhou um papel essencial, já que o uso do ferro é fundamental nas estruturas metálicas e de concreto dos prédios. O ferro pode ser obtido, por exemplo, a partir do minério chamado magnetita, que é um óxido formado por íons $Fe^{3+}$ e íons $Fe^{2+}$ na proporção 2:1, combinados com íons de oxigênio. De modo simplificado, pode-se afirmar que na reação de obtenção de ferro metálico, faz-se reagir a magnetita com carvão, tendo dióxido de carbono como subproduto.

1. a) Escreva a fórmula da magnetita.
   

2. b) Qual é a percentagem de ferro, em massa, na magnetita? Massas molares, em $g.\ mol^{-1}$: $Fe=56$; $O=16$.
   

3. c) Escreva a equação que representa a reação química entre a magnetita, ou um outro óxido de ferro, e o carvão produzindo ferro elementar.
   

As condições oxidativas/redutoras e de pH desempenham importantes papéis em diversos processos naturais. Desses dois fatores dependem, por exemplo, a modificação de rochas e a presença ou não de determinados metais em ambientes aquáticos e terrestres, disponíveis à vida. Ambos os fatores se relacionam fortemente à presença de bactérias sulfato-redutoras atuantes em sistemas anaeróbicos. Em alguns sedimentos, essas bactérias podem decompor moléculas simples como o metano, como está simplificadamente representado pela equação abaixo:

$$CH_4\ \ +\ \ \ H_2SO_4\ \longrightarrow \ H_2S\ \ +\ \ \ CO_2\ \ +\ \ \ 2\ H_2O$$

Dados:

Entalpias padrão de formação em

$kJ\ mol^{-1}:CH_4=-75;{\ \ H}_2SO_4=-909;{\ \ H}_2S=-21;\ \ CO_2=-394;\ \ H_2O=-286.$

1. a) Considerando o caráter ácido-base dos reagentes e produtos, assim como a sua força relativa, seria esperado um aumento ou diminuição do pH da solução onde a bactéria atua? Justifique.
   

2. b) Nas condições padrão, esse processo seria endotérmico ou exotérmico? Justifique com o cálculo da variação de entalpia dessa reação nas condições padrão.
   

A matéria orgânica viva contém uma relação $\ ^{14}_{\ }C/^{12}_{\ }C$ constante. Com a morte do ser vivo, essa razão vai se alterando exponencialmente com o tempo, apresentando uma meia-vida de 5600 anos.

Constatou-se que um riacho, onde ocorreu uma grande mortandade de peixes, apresentava uma quantidade anômala de substâncias orgânicas. Uma amostra da água foi retirada para análise. Estudando-se os resultados analíticos referentes à relação $\ ^{14}_{\ }C/^{12}_{\ }C$, concluiu-se que a poluição estava sendo provocada por uma indústria petroquímica e não pela decomposição natural de animais ou plantas que tivessem morrido recentemente.

1. A) Como foi possível, com a determinação da relação $\ ^{14}_{\ }C/^{12}_{\ }C$, afirmar com segurança que o problema tinha se originado na indústria petroquímica?

2. B) Descreva, em poucas palavras, duas formas pelas quais a presença dessa matéria orgânica poderia ter provocado a mortandade de peixes.