USP 2004 Química - Questões

A análise elementar de um determinado ácido carboxílico resultou na fórmula mínima $C_2H_4O$. Determinada amostra de $0,550\ g$ desse ácido foi dissolvida em água, obtendo-se 100 mL de solução aquosa. A esta, foram adicionadas algumas gotas de fenolftaleína e, lentamente, uma solução aquosa de hidróxido de sódio, de concentração $0,100\ mol/L$. A cada adição, a mistura era agitada e, quando já tinham sido adicionados $62,4\ mL$ da solução de hidróxido de sódio, a mistura, que era incolor, tornou-se rósea.

Para o ácido analisado,

1. a) Calcule a massa molar.
   

2. b) Determine a fórmula molecular.
   

3. c) Dê as possíveis fórmulas estruturais.
   

4. d) Dê as fórmulas estruturais de dois ésteres isômeros do ácido considerado.
   

Dados: massa molar (g/mol)

$H\ =\ 1,0C\ =\ 12,0$

$O\ =\ 16,0$

Um experimentador tentou oxidar zinco $(Zn)$ com peróxido de hidrogênio $\left(H_2O_2\right)$, em meio ácido. Para isso, adicionou, ao zinco, solução aquosa de peróxido de hidrogênio, em excesso, e, inadvertidamente, utilizou ácido iodídrico $[Hl_{\left(aq\right)}]$ para acidular o meio. Para sua surpresa, obteve vários produtos.

1. a) Escreva as equações químicas balanceadas que representam as reações de oxirredução ocorridas no experimento, incluindo a que representa a decomposição do peróxido de hidrogênio, pela ação catalítica do metal.
   

2. b) Poderá ocorrer reação entre o peróxido de hidrogênio e o ácido iodídrico? Justifique, utilizando semirreações e os correspondentes potenciais padrão de redução.
   

Dados: Potenciais padrão de redução (V):

$\begin{array}{lcc} \text{Peróxido de hidrogênio, em meio ácido, dando água}& & 1,78\\ \text{Oxigênio (O}_2\text{), em meio ácido, dando peróxido de hidrogênio} & & 0,70\\ \text{Iodo (I}_2\text{) dando íons iodeto} & & 0,54 \\ \text{Íons H}^+\text{ dando hidrogênio gasoso (H}_2\text{)} & & 0,00 \\ \text{Íons Zn}^{2+}\text{ dando zinco metálico} & & -0,76 \\ \end{array}$

O Veículo Lançador de Satélites brasileiro emprega, em seus propulsores, uma mistura de perclorato de amônio sólido $\left(NH_4C\mathrm{l}O_4\right)$ e alumínio em pó, junto com um polímero, para formar um combustível sólido.

1. a) Na decomposição térmica do perclorato de amônio, na ausência de alumínio, formam-se quatro produtos. Um deles é a água e os outros três são substâncias simples diatômicas, duas das quais são componentes naturais do ar atmosférico. Escreva a equação balanceada que representa essa decomposição.
   

2. b) Quando se dá a ignição do combustível sólido, todo o oxigênio liberado na decomposição térmica do perclorato de amônio reage com o alumínio, produzindo óxido de alumínio $\left(A{\ell }_2O_3\right)$. Escreva a equação balanceada representativa das transformações que ocorrem pela ignição do combustível sólido.
   

3. c) Para uma mesma quantidade de $NH_4C\ell O_4$, haverá uma diferença de calor liberado se sua decomposição for efetuada na presença ou na ausência de alumínio. Quanto calor a mais será liberado se 2 mols de $NH_4ClO_4$ forem decompostos na presença de alumínio? Mostre o cálculo.
   

Dado: Calor de formação do óxido de alumínio $= -1,68\ \times \ {10}^3\ kJ/mol$

Para demonstrar a combustão de substâncias em oxigênio puro, este gás pode ser gerado a partir de água sanitária e água oxigenada, que contêm, respectivamente, hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio. A reação que ocorre pode ser representada por

$$NaC\mathrm{l}O\ +\ H_2O_2\to \ NaCl\ +\ H_2O\ +\ O_{2\ \ (g)}$$

É assim que, num frasco, coloca-se certo volume de água oxigenada e acrescenta-se, aos poucos, certo volume de água sanitária. Observa-se forte efervescência. Ao final da adição, tampa-se o frasco com um pedaço de papelão. Em seguida, palha de aço, presa a um fio de cobre, é aquecida em uma chama até ficar em brasa. O frasco com oxigênio é destampado e, rapidamente, a palha de aço rubra é nele inserida. Então, observa-se luminosidade branca intensa, com partículas de ferro incandescentes espalhando-se pelo frasco.

1. a) Calcule o volume de água sanitária quando se usa, no experimento, um frasco de volume adequado, sabendo-se que deve ser gerado, nas condições ambiente, um volume de 500 mL de oxigênio, volume este suficiente para expulsar o ar e preencher o frasco.
   

2. b) Explique por que, ao ar atmosférico, o ferro fica apenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quando exposto a oxigênio puro.
   

Dados:

Volume molar do oxigênio nas condições ambiente = $25,0\ L/mol$

Massa molar do $C\mathrm{l}$ = $35,5\ g/mol$

Densidade da água sanitária = $1,0\ g/mL$

Composição da água sanitária = $2,13\ g$ de $Cl$, na forma de hipoclorito, em $100\ g$ de solução aquosa.

Industrialmente, alumínio é obtido a partir da bauxita. Esta é primeiro purificada, obtendo-se o óxido de alumínio, $Al_2O_3$, que é, em seguida, misturado com um fundente e submetido a uma eletrólise ígnea, obtendo-se, então, o alumínio.

As principais impurezas da bauxita são: $Fe_2O_3$, que é um óxido básico e $SiO_2$, que é um óxido ácido. Quanto ao $Al_2O_3$, trata-se de um óxido anfótero, isto é, de um óxido que reage tanto com ácidos quanto com bases.

1. a) Na primeira etapa de purificação da bauxita, ela é tratada com solução aquosa concentrada de hidróxido de sódio. Neste tratamento, uma parte apreciável do óxido de alumínio solubiliza-se, formando $NaAl{\left(OH\right)}_4$. Escreva a equação química balanceada que representa tal transformação.
   

2. b) Se a bauxita fosse tratada com solução aquosa concentrada de ácido clorídrico, quais óxidos seriam solubilizados? Justifique por meio de equações químicas balanceadas.
   

3. c) Na eletrólise do óxido de alumínio fundido, usam-se várias cubas eletrolíticas ligadas em série, através das quais passa uma corrente elétrica elevada. Se $n$ cubas são ligadas em série e a corrente é $I$, qual deveria ser a corrente, caso fosse usada apenas uma cuba, para produzir a mesma quantidade de alumínio por dia? Justifique, com base nas leis da eletrólise.