Questões autorais publicadas uma por dia na semana da prova. Continuam valendo como treino para FAMEMA, FAMERP e as demais discursivas.
01
Estequiometria e rendimento
O ácido acetilsalicílico (C9H8O4), princípio ativo da aspirina, é obtido pela acetilação do ácido salicílico (C7H6O3) com anidrido acético (C4H6O3), reação em que também se forma ácido acético. Em uma síntese conduzida em laboratório, partiu-se de 13,8 g de ácido salicílico e de anidrido acético em excesso, obtendo-se, após purificação e secagem, 14,4 g do produto.
Dados: C7H6O3 + C4H6O3 → C9H8O4 + C2H4O2
a) Identifique as duas funções orgânicas oxigenadas presentes na molécula de ácido acetilsalicílico. Indique qual dos reagentes é o limitante dessa síntese, justificando sua escolha.
b) Calcule a massa de ácido acetilsalicílico que seria obtida a partir de 13,8 g de ácido salicílico, admitindo rendimento total. Determine o rendimento percentual da síntese realizada.
Padrão de resposta
a) Éster e ácido carboxílico. O limitante é o ácido salicílico: o anidrido está em excesso, e quem define a quantidade de produto é o reagente que se esgota primeiro.
O soro fisiológico é uma solução aquosa de cloreto de sódio a 0,9% (m/V), isotônica em relação ao plasma sanguíneo, empregada na reposição de líquidos e como veículo para medicamentos administrados por via intravenosa. Em um preparo hospitalar, uma alíquota de 10,0 mL de soro fisiológico foi transferida para um balão volumétrico e teve o volume completado com água destilada até 100,0 mL.
Dados: uma solução a 0,9% (m/V) contém 0,9 g de soluto em 100 mL de solução.
a) Escreva a equação que representa a dissolução do cloreto de sódio em água, indicando o estado físico de cada espécie. Explique o que ocorre com a quantidade de matéria de NaCℓ e com a concentração da solução na diluição descrita.
b) Calcule a concentração, em mol/L, do soro fisiológico antes da diluição. Determine a massa de NaCℓ, em gramas, contida em 250 mL da solução diluída.
Padrão de resposta
a) NaCℓ(s) → Na⁺(aq) + Cℓ⁻(aq). A quantidade de matéria de NaCℓ não muda, porque não se acrescenta nem se retira soluto; a concentração cai a um décimo, já que o mesmo número de mols passa a ocupar um volume dez vezes maior.
0,9% (m/V) = 9,0 g/L; M(NaCℓ) = 58,5 g/mol C = 9,0 / 58,5 = 0,15 mol/L diluída: 0,15 / 10 = 0,015 mol/L em 0,250 L → n = 3,75 × 10⁻³ mol → m = 0,22 g
03
Funções e reações orgânicas
Durante um exercício físico intenso, o suprimento de oxigênio às fibras musculares torna-se insuficiente e parte da glicose é degradada por fermentação láctica, com formação de ácido láctico, representado a seguir. O acúmulo desse ácido e sua ionização em meio aquoso estão associados à queda do pH no interior da fibra muscular.
Ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico).
a) Identifique as duas funções orgânicas presentes no ácido láctico. Explique, com base nas interações intermoleculares, por que essa substância é muito solúvel em água.
b) Escreva o nome da reação entre o ácido láctico e o etanol e a fórmula estrutural do produto orgânico formado. Calcule a massa de ácido láctico presente em 250 mL de uma solução aquosa de concentração 0,020 mol/L.
Padrão de resposta
a) Álcool e ácido carboxílico. A hidroxila e a carboxila formam ligações de hidrogênio com a água, e a cadeia carbônica é curta demais para que a porção apolar atrapalhe a solvatação.
b) Esterificação; forma-se lactato de etila, H₃C—CH(OH)—COO—CH₂—CH₃, além de água.
M(C₃H₆O₃) = 90 g/mol n = 0,020 × 0,250 = 5,0 × 10⁻³ mol m = 5,0 × 10⁻³ × 90 = 0,45 g
04
Equilíbrio de solubilidade e pH
Efluentes de uma indústria de fertilizantes contêm íons magnésio (Mg2+) dissolvidos. Antes do descarte, o pH do efluente é elevado pela adição de hidróxido de sódio, o que provoca a precipitação do magnésio na forma de hidróxido de magnésio, sólido pouco solúvel, reduzindo a concentração do metal a valores compatíveis com a legislação ambiental.
Dados: Kps do Mg(OH)2 a 25 °C = 1,0 × 10−11; Kw = 1,0 × 10−14 a 25 °C.
a) Escreva a equação do equilíbrio de dissolução do hidróxido de magnésio em água, indicando o estado físico de cada espécie. Explique, com base no deslocamento desse equilíbrio, por que a adição de NaOH reduz a concentração de Mg2+ em solução.
b) Calcule a concentração de íons Mg2+, em mol/L, em uma solução saturada de Mg(OH)2 cujo pH foi ajustado para 12,0. Determine a massa de Mg(OH)2 que permanece dissolvida em 1,0 L dessa solução.
Padrão de resposta
a) Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq). O NaOH eleva a concentração de OH⁻; pelo efeito do íon comum, o equilíbrio desloca-se para a esquerda, precipitando mais hidróxido e diminuindo o Mg²⁺ em solução.
O ácido clorídrico do suco gástrico mantém o pH estomacal em torno de 1,5 e ativa a pepsina, enzima responsável pelo início da digestão das proteínas. Em escala industrial, o cloreto de hidrogênio é obtido pela reação direta entre os gases hidrogênio e cloro, processo fortemente exotérmico conduzido em queimadores de grafita. A tabela apresenta as energias das ligações envolvidas.
Ligação
H — H
Cℓ — Cℓ
H — Cℓ
Energia (kJ/mol)
436
243
431
a) Escreva a equação balanceada da formação do cloreto de hidrogênio gasoso a partir de H2 e Cℓ2. Explique, comparando a energia envolvida na quebra e na formação das ligações, por que essa reação é exotérmica.
b) Calcule a variação de entalpia da reação para a formação de 2 mol de HCℓ gasoso. Determine a quantidade de calor liberada na formação de 1,0 g desse gás.
Padrão de resposta
a) H₂(g) + Cℓ₂(g) → 2 HCℓ(g). A quebra das ligações dos reagentes absorve 679 kJ e a formação das duas ligações H—Cℓ libera 862 kJ. Libera-se mais energia do que se absorve, então o saldo é negativo e a reação é exotérmica.
Em uma atividade experimental, duas placas metálicas — uma de zinco e outra de cobre — foram cravadas em um limão e ligadas por um fio condutor a um LED, que acendeu. O suco do limão atua como meio condutor e o conjunto funciona como uma pilha: os elétrons migram espontaneamente de um eletrodo ao outro, como ocorre na cadeia respiratória, em que percorrem transportadores de potencial de redução crescente.
Eletrodos de zinco e de cobre ligados a um LED.
Dados: potenciais-padrão de redução a 25 °C: E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V e E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V. Carga de 1 mol de elétrons = 96 500 C. 1 C = 1 A · s.
a) Identifique o eletrodo que atua como ânodo e escreva as semirreações de oxidação e de redução que ocorrem na pilha. Explique, com base nos potenciais-padrão, por que a reação global é espontânea.
b) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha. Determine a massa de zinco consumida após 965 s de funcionamento sob corrente constante de 0,20 A.
Padrão de resposta
a) O ânodo é o zinco, de menor potencial de redução. Oxidação: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2 e⁻. Redução: Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cu(s). Como o cobre tem maior potencial de redução, recebe os elétrons do zinco; a ddp resulta positiva e a reação global é espontânea.
ΔE° = +0,34 − (−0,76) = +1,10 V Q = i · Δt = 0,20 × 965 = 193 C n(e⁻) = 193 / 96 500 = 2,0 × 10⁻³ mol → n(Zn) = 1,0 × 10⁻³ mol m = 1,0 × 10⁻³ × 65 = 0,065 g