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1QUÍMICA 1. Princípio de solubilidade “O semelhante dissolve o semelhante”. Uma substância é solúvel em outra quando apre - sentam o mesmo tipo de força intermolecular e apro xi - ma damente com a mesma intensidade. 2. Substância polar dissolve substância polar Compostos fortemente polares são bastante solúveis em água, pois esta é bastante polar. Exemplo: HCl 3. Influência da ligação de hidrogênio Substâncias que estabelecem ponte de hidrogênio são bastante solúveis em água, pois esta também estabelece ligação de hidrogênio. Exemplos NH3, H3C — CH2 — OH, H3C — COOH. Amônia é um gás extre ma mente solúvel em água, pois as moléculas de NH3 esta belecem ponte de hidrogênio com as moléculas de H2O. Álcool e água formam mistura homo gênea em qual - quer proporção. Fa ça mos uma comparação: misturar água com ál cool é como misturar água com água. 9 Palavras-chave:Estrutura das substâncias e propriedades físicas (continuação) • Polar dissolve polar • Apolar dissolve apolar Natureza Corpuscular da Matéria Matéria e suas Transformações A Química do Elemento Carbono Módulos 9 – Estrutura das substâncias e propriedades físicas (continuação) 10 – A química do elemento carbono 11 – Cadeias carbônicas 12 – Funções orgânicas. Hidrocarbonetos de cadeia aberta 13 – Alcanos com cadeia ramificada 14 – Alcenos, alcinos e alcadienos com cadeia ramificada 15 – Hidrocarbonetos cíclicos 16 – Fórmulas de compostos orgânicos M ineração: extração do minério da jazida. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 1 2 QUÍMICA Uma substância solúvel em água é dita hidrófila ou hidrossolúvel. 4. Substâncias apolares são insolúveis em água Exemplos: I2, CCl4 (tetracloreto de carbono) Entre as moléculas de CCl4, há Forças de van der Waals – London, enquanto entre as mo léculas de água há liga ção de hidrogênio. O CCl4 é mais denso que a água e constitui a camada inferior. Um hidrocarboneto CxHy é praticamente apolar sendo insolúvel em água. Portanto, gasolina (mistura de hidrocarbonetos) e água são líquidos imiscíveis. Neste caso, a água é mais densa e constitui a camada inferior. 5. Uma substância apolar dissolve subs tân cias apolares São solúveis em CCl4: CH4, I2, CxHy (hidrocarboneto) Entre as moléculas de I2 e entre as moléculas do tetracloreto de carbono, há o mesmo tipo de força (van der Waals – London). Uma substância solúvel em lipídeo (óleo ou gordura) (apolares) é chamada de lipófila ou lipossolúvel. Propriedades físicas dos compostos orgânicos O estudo da Química Orgânica, a Química dos compostos do elemento carbono, começa no módulo 29 da Frente 2, neste caderno. Todos os conceitos apresentados para os compostos inorgânicos se aplicam para os compostos orgânicos. I) Ponto de ebulição 1) Quanto maior a superfície da molécula, ou seja, quanto maior a massa molecular, maior será a temperatura de ebulição. Isso ocorre quando aumenta a cadeia carbônica. tem P.E. maior que 2) Quando se coloca uma ramificação na cadeia car - bônica, a superfície diminui e, portanto, diminui a temperatura de ebulição. tem P.E. maior que C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 2 3QUÍMICA 3) Para compostos de massa molecular próxima, o mais polar tem maior P.E. (apolar) (MM = 44u) tem menor P.E. que (polar) (MM = 41u). 4) Para compostos de massa molecular próxima, aquele que estabelece ligação de hidrogênio tem P.E. maior. (MM = 46u) tem P.E. maior que (MM = 44u). II) Princípio de solubilidade O semelhante dissolve o semelhante. Composto polar é solúvel em solvente polar. são solúveis em água. Composto apolar é solúvel em solvente apolar. Hidrocarboneto (C8H18, C6H6, C6H12), óleo, gordura, apo - lares, são solúveis em CCl4 (apolar). Exercício O armazenamento de certas vitaminas no organismo apresenta grande dependência de sua solubilidade. Por exemplo, vitaminas hidros solú - veis devem ser incluídas na dieta diária, enquanto vita minas lipossolúveis são arma zenadas em quantidades sufi cien tes pa - ra evitar doenças causadas pela sua carência. A seguir são apre sentadas as estruturas químicas de cinco vitaminas necessárias ao organismo. Entre as vitaminas apresentadas na figura, aquela que necessita de maior suplementação diária é a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. Resolução As vitaminas hidrossolúveis devem ser incluídas na dieta diária por serem substâncias polares que se dis solvem em água e, portanto, mais facilmente eli mi nadas pelo organismo. Quanto maior a quantidade de grupos hidroxila (— OH), maior a polaridade da molécula e maior a quantidade de ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) que serão estabelecidas com a água. Entre as alternativas, a vitamina representada pelo item III é a mais polar e a mais hidrossolúvel e, portanto, a que requer maior necessidade de suple men tação diária. Resposta: C H C3 CH3 CH3 CH3 CH3 OH I CH3 O O CH3 II CH3 CH3 CH3 CH3 CH OH2 HOCH HO O O OH III CH3 CH3 CH3 H C3 H C3 H C2 HO IV H C3 HO CH3 CH3 CH3O CH3 CH3 CH3 CH3 V C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 3 4 QUÍMICA � Um método para deter mina ção do teor de etanol na gasolina consiste em mis turar volumes conhecidos de água e de gasolina em um frasco específico. Após agitar o frasco e aguardar um período de tempo, medem-se os volumes das duas fases imiscíveis que são obtidas: uma orgânica (gasolina) e outra aquosa. O etanol, antes miscível com a gasolina, encontra-se agora miscível com a água. Para explicar o comportamento do etanol antes e depois da adição de água, é necessário conhecer. a) a densidade dos líquidos. b) o tamanho das moléculas. c) o ponto de ebulição dos líquidos. d) os átomos presentes nas moléculas. e) o tipo de interação entre as moléculas. Resolução Os hidrocarbonetos (CxHy) constituintes da gasolina são apolares, enquanto a água é polar. Formam-se duas camadas: uma formada pela gasolina e a outra, aquosa. O álcool é solúvel na gasolina por meio da força de van der Waals entre o grupo CH3–CH2– do álcool e a molécula de hidrocarboneto. O álcool é solúvel em água devido à ligação de hidrogênio entre o grupo –OH do álcool e a molécula de água. Como a ligação de hidrogênio é mais forte que a força de van der Waals, o álcool é bem mais solúvel em água do que na gasolina. Resposta: E � (UESPI-PI-MODELO ENEM) – A vita mina C atua como antioxi - dante. Pode ser en contrada nas frutas cítricas, framboesa, tomate, pimenta etc. De acordo com sua fórmula estrutural abaixo, assinale a alternativa correta. a) É praticamente insolúvel em água. b) Apresenta ponto de ebulição menor que a água. c) Forma ligações de hidrogênio entre suas moléculas. d) É totalmente solúvel no petróleo. e) É mais solúvel em compostos apolares. Resolução A vitamina C, por apresentar vários grupos hidroxila, estabelece pontes de hidrogênio entre suas moléculas, é solúvel em água e em outros compostos polares. O ponto de ebulição da vitamina C é maior que o da água, pois a molé - cula é maior, mais polar e estabelece mais pontes de hidrogênio que a água. Resposta: C � (UNIDERP-MS) – Para responder a esta questão, considere as - pectos, como geometria molecular, pola rida de, forças intermo lecu lares e as séries I) HF, HCl, HBr, HI II) NH3, PH3, AsH3, SbH3 III) H2O, H2S, H2Se, H2Te IV) F2, Cl2, Br2, I2 As séries de moléculas que se dissolvem num solvente apolar, como o querosene (mistura de hidrocarbonetos), são a) I e II, apenas. b) II e IV, apenas. c) III e IV, apenas. d) IV, apenas. e) III, apenas. Resolução Substâncias apolares dissolvem-se em quero sene, apolar. As molé - culas da série IV são apolares. Resposta: D � Vários materiais, quando queimados, podem levar à formação de dio xinas, compostos do grupo dos or - gano clorados. Mesmo quando a queima ocorre em incineradores, há liberação de substâncias derivadas da dioxina no meio ambiente. Tais compostos são produzidos em baixas concen - trações, como resíduos da queima de matéria orgânica em presença de produtosque contenham cloro. Como consequência de seu amplo espalhamento no meio ambiente, bem como de suas propriedades es - tru turais, as dioxinas sofrem magnificação trófica na cadeia alimentar. Mais de 90% da exposição humana às dioxinas é atribuída aos ali - mentos contaminados ingeridos. A estrutura típica de uma dioxina está apresentada a seguir: A molécula do 2,3,7,8 - TCDD é popularmente conhecida pelo nome ‘dioxina’, sendo muito tóxica. FADINI, P. S; FADINI, A. A. B. “Lixo: desafios e compromissos.” Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, São Paulo, no. 1 (adaptado). Com base no texto e na estrutura apresentada, as propriedades químicas ou físicas das dio xinas que permitem sua bioacumulação nos organismos estão relacionadas ao seu caráter a) básico, pois a eliminação de materiais alcalinos é mais lenta do que a dos ácidos. b) ácido, pois a eliminação de materiais ácidos é mais lenta do que a dos alcalinos. c) redutor, pois a eliminação de materiais redutores é mais lenta do que a dos oxidantes. d) lipofílico, pois a eliminação de materiais lipossolúveis é mais lenta do que a dos hidrossolúveis. e) hidrofílico, pois a eliminação de materiais hidrossolúveis é mais lenta do que a dos lipossolúveis. Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 4 5QUÍMICA � (FUVEST-SP) – Para aumentar o grau de conforto do mo - torista e contribuir para a segurança em dias chuvosos, alguns materiais podem ser aplicados no para-brisa do veículo, for - mando uma película que repele a água. Nesse tratamento, ocor re uma transformação na superfície do vidro, a qual pode ser representada pela seguinte equação química não balan - ceada: Das alternativas apresentadas, a que representa o melhor material a ser aplicado ao vidro, de forma a evitar o acúmulo de água, é: a) Cl Si(CH3)2OH b) Cl Si(CH3)2O(CHOH)CH2NH2 c) Cl Si(CH3)2O(CHOH)5CH3 d) Cl Si(CH3)2OCH2(CH2)2CO2H e) Cl Si(CH3)2OCH2(CH2)10CH3 RESOLUÇÃO: Um vidro hidrofóbico deve apresentar em sua estru tura região apolar que não interaja com moléculas polares da água. Dessa forma, haveria repulsão da película do vidro com as moléculas da água. A única estrutura apolar der ivada de hidrocarbonetos (– (CH2) – (CH2)10 – CH3) não atrai moléculas de água. Nas demais estruturas fornecidas, notamos a presença de grupos hidroxila (– OH), amina (– NH2) e carboxila (– COOH), que são hidrófilos, estabelecendo ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) com as moléculas da água. Isso iria implicar uma atração das molé culas da água com o vidro. Resposta: E Vidro O Si OH O O O Si OH O +Cl Si R CH3 CH3 Vidro com película O Si O O O O Si O O +HCl Si(CH ) R3 2 Si(CH ) R3 2 Note e adote: R = grupo de átomos ligado ao átomo de silício. Resolução A dioxina é apolar, pois todos os vetores de momento dipolar dão um vetor resultante nulo. A dioxina é solúvel em solvente apolar, como os lipídeos, daí o seu caráter lipofílico. A eliminação de materiais lipossolúveis é mais lenta do que a dos hidrossolúveis. Resposta: D � (POUSO ALEGRE-MG) – Assinale a alternativa cor reta. Sendo A um líquido polar e B um líquido apolar, pode-se afirmar corretamente que a) CO2 será miscível em A; b) H2O será miscível em A e B; c) H2O será miscível apenas em A; d) NaCl será solúvel em B; e) CCl4 será miscível em A. Resolução Água, polar, dissolve A, polar, e não dissolve B, apolar. Resposta: C Exercícios Propostos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 5 6 QUÍMICA � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Um funcionário de uma empre - sa ficou encarregado de remover resíduos de diferentes polímeros que estavam aderidos a diversas peças. Após alguma inves tigação, o funcionário classificou as peças em três grupos, conforme o polímero aderido a cada uma. As fórmulas estruturais de cada um desses polímeros são as seguintes: Para remover os resíduos de polímero das peças, o funcionário dis punha de apenas dois solventes: água e n-hexano (C6H14). O funcionário ana lisou as fórmulas estruturais dos três polímeros e procurou fazer a correspondência entre cada polímero e o solvente mais adequado para solubilizá-lo. A alternativa que representa corretamente essa corres pondência é: RESOLUÇÃO: Os polímeros I e III são polares e apresentam em suas estruturas grupos hidroxila (— OH) que estabelecem pontes de hidrogênio (ligações de hidrogênio) com a água (polar). Logo, a água seria o solvente adequado. O polímero II é um hidrocarboneto (apolar), portanto é solubilizado no n-hexano (apolar). Resposta: A � No processo de industrialização da mamona, além do óleo que contém vários ácidos graxos, é obtida uma massa orgânica, conhe - cida como torta de mamona. Esta massa tem potencial para ser utilizada como fertilizante para o solo e como complemento em rações animais devido a seu elevado valor proteico. No entanto, a torta apresenta compostos tóxicos e alergênicos diferentemente do óleo da mamona. Para que a torta possa ser utilizada na alimentação animal, é necessário um processo de descontaminação. Revista Química Nova na Escola. V. 32, n.° 1.(adaptado). A característica presente nas substâncias tóxicas e aler gê - nicas, que inviabiliza sua solubilização no óleo de mamona, é a a) lipofilia. b) hidrofilia. c) hipocromia. d) cromatofilia. e) hiperpolarização. RESOLUÇÃO: O óleo de mamona é um líquido apolar. Substâncias polares (hidrófilas) são insolúveis em solventes apolares. Se essas substâncias tóxicas e alergênicas não estão presentes no óleo da mamona, trata-se de substâncias hidrófilas que estarão presentes apenas na massa da torta de mamona. Portanto, a característica presente nas substâncias tóxicas e alergênicas é a hidrofilia, isto é, essas substâncias são insolúveis no óleo de mamona. Resposta: B Polímero I Polímero II Polímero III a) água n-hexano água b) n-hexano água n-hexano c) n-hexano água água d) água água n-hexano e) água n-hexano n-hexano Polímero I Polímero II Polímero III COOH HO OH O HO O CH2 HO OH O OH O COOH HO OH O HO O CH2 HO OH O OH O CH2 HO OH O OH O CH2 HO O OH O CH2 HO OH O OH O CH2 HO O OH O n n CH2 C CH3 CH CH2 OH OH OH OH OH OH OH n C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 6 7QUÍMICA 1. Desenvolvimento histórico da química orgânica Durante muito tempo, a Química Orgânica foi con - siderada como a química dos produtos de origem animal e vegetal. No início do século XIX, imperava a teoria da força vital. Acreditava-se que os organismos vivos (plantas e animais) continham uma “força vital” que caracterizava todos os compostos produzidos por eles. Deste modo, não se admitia a possibilidade de compostos orgânicos virem a ser sintetizados em laboratório. Em 1828, Wöhler, aquecendo cianato de amônio, obteve, em laboratório, a ureia, segundo o esquema: A ureia é uma substância resultante do me ta bolismo de matéria nitro - genada. É uti li zada em larga escala como adubo. A BIOSFERA Ecossistema é o con junto formado pelo am biente e pe - los se res vivos que aí vi vem. A biocenose ou co mu nidade é o com po nen te vivo ou bió tico de um ecos siste ma. É o con junto de popu la ções de espé cies dife rentes inter de pen den tes no tempo e no espaço. O biótopo é o componente abió tico de um ecos sistema. É o meio físico sobre o qual se des do - bram a vida vegetal e animal. São exemplos de ecossistemas: uma lagoa, uma poça de água, um aquário, uma floresta, uma campina etc. Biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas existentes na Terra. A biosfera ocupa a quase totalidade da hidrosfera. A litos fera abrange uma delicada e frágil camada su - perficial de húmus e inclui a atmosfera, principalmente como lugar de passagem. Para a sua sobrevivência, o homem retira da bios fera inúmeros materiais, tais como: – óleos e gorduras extraídos de plantas olea gino sas; – borracha (látex de certas espécies vegetais); – açúcar (cana-de-açúcar e beterraba); – amido e proteínas (cereais);– celulose, carvão, ácido acético, metanol, aceto na (madeira e fibras vegetais); – alcaloides, óleos essenciais, cânfora, tanino (plan - tas medicinais); – corantes, como índigo e pau-brasil (plantas gera do - ras de corantes); – proteínas (aves, mamíferos, peixes, frutos do mar); – gordura, açúcar e proteína (leite animal); – óleos, gorduras, lã, seda, hormônios (tecidos animais). É importante assinalar que a extração de recursos da atmosfera, litosfera, hidrosfera e biosfera deve ser feita de tal modo que esses recursos não sejam com - ple tamente exauridos, mas renovados (desen vol - vimento sustentável). Muitos compostos que formam os seres vivos são constituídos pelo elemento químico carbono. Vamos, ago ra, iniciar o estudo da química do elemento carbono. 10 Palavras-chave:A química do elemento carbono • Elemento carbono • Química Orgânica • Postulados de Kekulé C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 7 8 QUÍMICA Esta síntese abalou a teoria da força vital, pois um composto orgânico foi obtido em laborató rio sem a presença da tal “força”. Outras reações foram feitas em laboratório, de - mons trando que não existia nenhuma força vital no organismo vivo. Procurou-se, então, novo conceito para Quí mica Orgânica. Em 1848, Gmelin chamou a atenção para o fato de que todos os compostos orgânicos continham carbono. Em 1859, Kekulé apresentou a definição atual: A Química Orgânica é a química dos co rantes e produtos farmacêuticos; do papel e da tinta de escrever; das tintas, ver nizes e plásticos; da gasolina e da bor - racha; dos produtos alimentícios e do ves tuário. O estudo dos processos biológicos pertence, em última análise, à Química Orgânica. 2. Os elementos organógenos Não existe base científica na divisão da Química em Orgânica e Inorgânica, porque as leis da Química valem para os compostos orgânicos e inorgânicos. São conhecidos vários milhões de compostos or gâ - nicos. No entanto, esses com postos são formados por poucos elementos: C, H, O, N (elementos organóge nos). Aparecem com menor frequência: S, P, Cl, Br, I etc. Deve-se notar que a grande maioria dos compostos orgânicos é obtida por síntese em laboratório e na in - dústria, sendo que o número de compostos isolados de plantas e animais é bem menor. Certos compostos contendo carbono são abordados na Química Inorgânica. São eles: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), os carbonatos (CaCO3, Na2CO3 etc.), os cianetos (KCN, NaCN etc.). 3. Os postulados de Kekulé – a base da Química Orgânica Em 1859, Kekulé apresentou uma teoria para ex - plicar a estrutura dos compostos orgânicos, sem saber que o átomo tem um núcleo positivo rodeado por elé - trons negativos. 4. O 1 .o postulado – tetravalência constante Nos compostos orgânicos, o átomo de carbono esta - belece quatro ligações com outros átomos, isto é, o car - bono é tetravalente. As quatro valências são repre sen - tadas por quatro tracinhos (–). O hidrogênio e o cloro são monovalentes, o oxigênio, biva lente e o nitrogênio, triva - lente. De acordo com Kekulé, o átomo de car bono pode unir-se a quatro átomos de hi drogênio, formando a mo - lécula do metano. Friedrich August Kekulé (1829-1896), o pai fun da dor da Química Orgâ - nica. Friedrich August Kekulé sabia que a molécula do benzeno é formada por seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio (C6H6). Mas como dispor esses átomos num arranjo estável? Kekulé queimou neu rônios diante do pro blema, até que numa noite do ano de 1865, mer gu lhan do no sono, o quí mi co viu uma cobra en - golindo o próprio rabo. Ao acordar, estava resolvido o enigma: bastava fechar a cadeia de átomos de carbono, numa estrutura em forma de anel. Química Orgânica é a parte da Química que es - tu da os compostos do elemento carbono C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 8 A fórmula estrutural do benzeno idealizada por Kekulé. Atualmente, a tetravalência do carbono é explicada pe lo fato de apresentar quatro elétrons na camada de valência. Desta maneira, o carbono pre cisa empa relhar os seus quatro elétrons da ca mada de valência para adquirir con fi guração de gás nobre (oito elétrons na camada de valência). O hidrogênio estabelece ape nas um par de elétrons, ficando com a configuração do gás nobre hélio. Os átomos de cloro (7 elé trons na camada de valên - cia), oxigênio (6 elétrons de valência) e nitrogênio (5 elé - trons na camada de valência) precisam estabelecer, res- pectivamente, 1, 2 e 3 pares eletrônicos. 5. O 2o . postulado – igualdade das quatro va lências Explica-se o fato de o carbono apresentar as quatro valências iguais, por meio da existência de apenas um composto CH3Cl, denominado monoclorometano ou clo - reto de metila. Se as quatro valências fos sem diferentes, devería - mos ter quatro moléculas dife ren tes. Como só existe um com posto com a fórmula CH3Cl, as quatro moléculas devem ser iguais e, consequen te - mente, as quatro valências se equivalem. 6. O 3o. postulado – encadeamento Os átomos de carbono podem ligar-se entre si for - mando cadeias. Isto explica o fato de existirem mi lhões de compostos orgânicos. Os átomos de carbono podem formar cadeias ací - clicas com milhares de átomos, ou anéis de qualquer tamanho. Tanto as cadeias acíclicas como os anéis podem ra mificar-se e ligar-se uns aos outros. Aos átomos de carbono podem ligar-se outros áto - mos, principalmente de hidro gênio, oxigênio, nitrogênio, cloro, bromo, iodo, flúor, enxofre e fósforo. 7. Tipos de ligações entre átomos de carbono Ligação simples H (Z = 1) K 1 Cl (Z = 17) K L M 2 8 7 O (Z = 8) K L 2 6 N (Z = 7) K L 2 5 Carbono Hidrogênio 9QUÍMICA C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 9 Dois átomos de carbono ligam-se por uma unidade de valência (os dois átomos compartilham um par de elétrons). A representação simbólica é feita por um traço simples. Exemplos Ligação dupla Dois átomos de carbono ligam-se por duas unidades de valência (os dois átomos compartilham dois pares de elétrons). A representação simbólica é feita por dois tracinhos. Exemplos Ligação tripla Dois átomos de carbono ligam-se por três unidades de valência (os dois átomos compartilham três pares de elétrons). A representação é feita por três tracinhos. Exemplos Observe nas fórmulas dadas a tetrava lência constan - te do carbono. 8. Tipos de carbono Carbono primário (p) É o que se liga apenas a um outro átomo de carbono. Carbono secundário (s) É o que se liga a dois outros átomos de C. Carbono terciário (t) É o que se liga a três outros átomos de carbono. Carbono quaternário (q) É o que se liga a quatro outros átomos de C. Por extensão, os átomos de car bo no são consi de - rados primários nos se guintes compostos abaixo. 9. Compostos orgânicos versus compostos inorgânicos Número de compostos e de elementos formadores Apesar do elevado número de compostos orgânicos, o número de elementos constituintes é muito pequeno. Na constituição dos compostos inorgânicos, par ticipam dezenas de elementos químicos. NaCl, Ca(NO3)2, FeS, CuBr2, K2Cr2O7, H2O, RbH, NO2 são todos compostos inorgânicos. 10 QUÍMICA C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 10 Observe a diversidade de elementos. Os compostos inorgânicos são mais estáveis A maior parte dos compostos orgânicos decom - põem-se quando aquecidos a uma temperatura de 500°C. Na Química Inorgânica, são raros os compostos que se decompõem nessa temperatura. Como exemplo, podemos comparar a estabilidade tér mica do açúcar comum (sacarose) e do sal comum (cloreto de sódio). Um procedimento experimental para dis tinguir uma amostra de composto inor gânico de outra amostra de com posto or gâ nico, ambas sólidas, é o aque cimento. Na amostra em que houver carbonização, é evidente a pre - sença de carbono. Ponto de fusão e ponto de ebulição Os compostos orgânicos sólidos geralmente se fun - dem quando aquecidos em temperaturas com preen di - das entre30°C e 400°C. Os pontos de ebulição dos com - postos orgânicos líquidos também variam entre limites bastante amplos. Geralmente, os compostos inorgânicos apresentam pontos de fusão e de ebuli ção mais elevados. Combustão A maioria dos compostos orgânicos são com bus tí - veis, isto é, combinam-se com gás oxigênio, for mando gás carbônico e água. A queima do álcool etílico (etanol, álcool comum) pode ser equacionada da seguinte maneira: Outro procedimento experimental para diferenciar um composto orgânico de um inorgânico é realizar a combustão. Ha ven do formação de gás carbônico, torna- se evidente a presença de carbono. C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O 500°C C12H22O11 ⎯⎯⎯→ 12C + 11 H2O sacarose Δ 800°C 1465°C NaCl(s) ⎯⎯⎯⎯→ NaCl(l) ⎯⎯⎯→ NaC l(g) Δ Δ 11QUÍMICA � Classifique os átomos de carbono do composto: Resolução Todos são átomos de carbono se cun dário. � (MODELO ENEM) – O álcool etílico é o mais utilizado de todos os álcoois e, muito pro vavelmente, foi uma das primeiras subs tâncias orgânicas obtidas pelo homem a partir de processos de fermentação. Seu ponto de fusão é – 115°C e o de ebulição é 78,5°C. Auxiliado por essas informações e com a es trutura do álcool etílico, assinale a proposição correta. a) A molécula apresenta um carbono primário e um carbono secundário. b) O álcool etílico é um gás a 37°C, tem pe ra tura do corpo humano, à pressão de 1 at mos fera. c) Bebidas destiladas, como conhaque, apre sentam baixo teor alcoólico e, por isso, não ocasionam grandes danos à saúde. d) O álcool etílico foi obtido por Wöhler, em 1828, por meio de uma reação que abalou profundamente a teoria da força vital. e) A fórmula mínima fornece a proporção entre os números de átomos, utilizando os me nores números inteiros possíveis. A fórmula mínima do álcool etílico é C2H6O. Resolução Comentando as alternativas: a) Incorreta. Os dois átomos de carbono são primários. b) Incorreta. A 37°C e 1 atm de pressão, o álcool etílico está no estado líquido. c) Incorreta. Bebidas destiladas apresentam teor alcoólico elevado. d) Incorreta. Em 1828, Wöhler obteve a ureia numa reação, o que abalou a teoria da força vital. e) Correta. A fórmula molecular e a fórmula mínima coincidem (C2H6O). Resposta: E � (UNIUBE-MG-MODELO ENEM) – O áci do úrico é o produto final da excreção da de gradação de purinas. As doenças gota, leucemia, policetemia e he patite resultam numa excreção aumentada desta molécula, repre sen tada pela fórmula estrutural: Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 11 � Complete: Wöhler, em 1828, obteve a ureia por meio de uma rea ção que abalou profundamente a teoria da força vi tal. Em tal obtenção, ele realizou o aquecimento de .................................................................................................... ................................................................................................... RESOLUÇÃO: NH2 (NH 4 )+(OCN)– ⎯→ O = C Δ cianato de NH2 amônio ureia Resposta: Cianato de amônio � Quantos átomos de hidrogênio faltam na estrutura? RESOLUÇÃO: Resposta: Dez 12 QUÍMICA A fórmula molecular do ácido úrico é a) C5H4N4O3 b) C5H4N3O6 c) C5H3N3O3 d) C4H6N2O2 e) C4H5N4O3 Resolução Na fórmula estrutural, há cinco átomos de carbono, quatro átomos de hidrogênio, quatro átomos de nitrogênio e três átomos de oxi gênio. Portanto, a fórmula molecular é C5H4N4O3. Resposta: A � (MODELO ENEM) – O mentol, usado na fabricação de balas e chicletes para propiciar uma sensação refrescante, afe ta os sensores responsáveis pela sensação de frio, tor nando-os ativos a uma temperatura acima da normal. O mentol é um álcool cíclico que ocor re por exemplo na hortelã- pimenta. Esta é uma erva rastejante muito cultivada para a extração de um óleo rico em mentol. No mentol, identificamos, respectiva men te, o se guin te nú mero de átomos de carbono pri má rio, secun dá rio, terciário e quater nário: a) 3, 4, 3, 0 b) 3, 3, 3, 4 c) 4, 3, 3, 0 d) 1, 2, 3, 4 e) 3, 4, 3, 1 Resolução Resposta: A Exercícios Propostos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 12 13QUÍMICA � Na cadeia abaixo, colocar as ligações que estão faltando. RESOLUÇÃO: � As moléculas de nanoputians lembram figuras hu manas e foram criadas para estimular o interesse de jovens na compreensão da lingua - gem expressa em fórmulas estruturais, muito usadas em quí - mica orgânica. Um exemplo é o NanoKid, representado na figura: (S. H. Chanteau; J.M. Tour. The Journal of Organic Chemistry, v. 68, n. 23. 2003. Adaptado.) Em que parte do corpo do NanoKid existe carbono quaternário? a) Mãos. b) Cabeça. c) Tórax. d) Abdômen. e) Pés. RESOLUÇÃO: O NanoKid possui átomo de carbono quaternário nas mãos. Resposta: A NanoKid O O O O C CH3 CH3 H C3 carbono quaternário C CH3 CH3 CH3 carbono quaternário Na fórmula em bastão, a cadeia carbônica é re pre - sentada por traços em zigue-zague. No encontro de dois traços há um átomo de carbono e a tetra valên - cia do carbono é completada com átomos de hidro - gênio. Exemplo C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 13 14 QUÍMICA 1. Cadeia carbônica – o esqueleto de uma molécula orgânica As cadeias carbônicas classificam-se em 2. Cadeias acíclicas São as cadeias carbônicas abertas: os átomos de C não formam ciclos. Exemplo 3. Quanto à disposição Cadeia acíclica normal, reta ou linear: é aquela que apresenta unicamente átomos de carbono primário e secundário (tem duas extremidades apenas). Exemplo Dois modelos pa ra a mo lé cula de eta no (H3C — CH3). Cadeia acíclica ramificada: é aquela que apresenta pe lo menos um átomo de carbono terciário ou qua - ternário (tem mais de duas extremidades). Exemplos 4. Quanto à natureza Cadeia homogênea: é aquela que não apresenta áto mos diferentes de carbono intercalados na cadeia. As ca deias carbônicas do glicerol, acetona, metilpropano e di me tilpropano (fórmulas já mencionadas) são homo - gêneas. Cadeia heterogênea: é aquela que apresenta áto - mos diferentes de carbono intercalados na cadeia. Esses átomos diferentes de carbono são chamados heteroátomos. Cadeias Abertas ou Acíclicas Quanto à disposição Quanto à natureza Quanto à ligação normais ramificadas homogêneas heterogêneas saturadas insaturadas homocíclicas heterocíclicas Quanto à natureza saturadas insaturadas Quanto à ligação Cíclicas ou Fechadas � � � � � 11 Palavras-chave: Cadeias carbônicas • Acíclica • Cíclica • Normal, ra -mi ficada, saturada, insa tu ra da, homogênea, heterogênea C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 14 15QUÍMICA Exemplos O oxigênio e o nitrogênio são os heteroátomos das referidas cadeias carbônicas. 5. Quanto à ligação Cadeia saturada: é aquela em que os átomos de carbono ligam-se entre si, exclusivamente, por simples ligações. Exemplos As cadeias carbônicas de todos os com postos já mencionados neste módulo. Cadeia insaturada ou não saturada: é aquela que apresenta pelo menos uma dupla ou tripla ligação entre átomos de carbono. Exemplos 6. Cadeias cíclicas São as cadeias carbônicas fechadas. São classificadas em: Cadeias homocíclicas – no anel só existem átomos de carbono. Podem ser: • Aromáticas – contêm o núcleo benzênico. • Alicíclicas – não contêm núcleo benzênico. Cadeias heterocíclicas – no anel existe átomo dife - rente do carbono. 7. Cadeia aromática É uma cadeia cíclica com um ou mais ciclos, for - mados por 6 átomos de carbono ligados, altern a da men - te, por simples e duplas ligações. Outros exemplos O benzeno (C6H6) é um líquido incolor, de odor agra dável, bastante volátil (os vapores são tó xicos), imiscível com água. É usado como solvente, na fabricação de corantes, plásticos, explosivos, me di - camentos etc. Encontra-se no alcatrão de hu lha, uma das frações provenientes da destilação se ca da hulha (carvão mineral contendo aproxima da mente 80% de carbono). O benzeno é can cerí geno.Naftaleno ou naftalina (C10H8) é um sólido branco que sofre sublimação e é usado como inseticida. É encontrado no alcatrão de hulha. O fenol comum é um sólido, pouco so lúvel em água, empregado como de sinfetante, na fabri - cação de corantes, plásticos etc. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 15 16 QUÍMICA 8.Cadeia alicíclica É toda cadeia homocíclica não aromática. Exemplos CLASSIFICAÇÃO DE CADEIAS CARBÔNICAS Os autores divergem quanto à classifi cação das ca deias. I) Existem autores que usam o termo cadeia alifática como sinônimo de cadeia aberta (acíclica). II) Outros autores classificam como ali fáti cas as ca deias não aromáticas. As sim, as cadeias acíclicas e as alicíclicas seriam alifáticas. III) Observe a cadeia: Embora apresente somente carbono primário e secundário, a melhor classificação é cadeia ramificada, pois tem três extremidades. 9. Cadeia heterocíclica Exemplos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 16 17QUÍMICA � Completar a cadeia carbônica acíclica com átomos de hidrogênio. Resolução � A cadeia do composto abai xo é nor mal ou ramificada? Resolução É uma cadeia de classificação complicada. Alguns autores classificam-na co mo nor mal, pois apre senta apenas átomos de car bono primário e secundário. Outros auto res afirmam que é ramifi cada, pois tem três extremidades. � Um átomo monovalente pode ser heteroátomo? Resolução Não. Somente os átomos com va lên cia maior que 1 po dem ser he te - roátomos. Exemplos � A cadeia carbônica do ácido acéti co (vinagre) é homo gê nea ou hete ro gênea? Satu ra da ou insa turada? Resolução A cadeia é homogênea, pois entre átomos de carbono não existe he te - roátomo. A cadeia é saturada, pois entre os dois átomos de car bono exis te somente ligação simples. � A figura mostra um modelo da molécula do éter dimetílico. Clas - sifi que a sua cadeia carbônica. Resolução Cadeia acíclica, normal, he tero gê nea, sa tura da. � (UESB-BA-MODELO ENEM) – “Maldito aquele que ensina aos homens mais depressa do que eles podem aprender.” Esse foi o crime pelo qual condenaram à morte um dos maiores filósofos da huma - nidade, em 399 a.C., aos setenta anos, Sócrates. A coniina é um alcaloide extraído da cicuta, veneno que esse filósofo grego foi obrigado a beber. A coniina tem uma estrutura clas sificada como a) aromática, heterogênea e ra mifi cada. b) alifática, ramificada, insatu rada. c) aberta, aromática, saturada. d) cíclica, heterogênea, satu rada. e) alicíclica, homogênea, satura da. Resolução A cadeia carbônica é cíclica não aromática (não contém o núcleo ben - zênico), heterogênea (há um átomo de nitrogênio entre átomos de car - bono) e saturada (somente ligações simples entre átomos de carbono). Resposta: D Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 17 18 QUÍMICA � O composto abaixo apresenta cadeia a) alifática homogênea. b) alifática heterogênea. c) alicíclica insaturada. d) heterocíclica saturada. e) aromática. Resolução É uma cadeia cíclica, saturada (apenas ligações simples entre átomos de carbono), heterogênea (há átomo de nitrogênio entre átomos de carbono). As cadeias alifáticas, alicíclicas e aromáticas são cadeias homogêneas. Resposta: D Assinale a afirmação falsa: d) H3C — CH3 só apresenta átomos de carbono primário. e) O carbono terciário é tetravalente. Resolução Na alternativa C, a cadeia é homogênea. Resposta: C a) O OH tem cadeia aberta e saturada.H3C — C = — b) c) H2C = C — C — OH — H H2 tem cadeia aberta, insaturada, heterogênea. tem cadeia acíclica,saturada e homogênea H 3 C — CH2 — C N — —— Exercícios Propostos � (MODELO ENEM) – Muitas das cores brilhantes do mun - do vegetal de vem-se a uma única classe de compostos, os flavonoides. Eles têm um esqueleto básico seme lhante ao que está na fórmula: Ocorrem em folhas e em pétalas. A sua fun ção nas folhas é ab - sorver a luz ul tra vio leta que, de ou tra forma, destrui ria o ma - terial genético e as proteínas das células. A fórmula molecular da espécie representada na figura é a) C15H12O b) C10H12O c) C15H15O d) C16H14O e) C15H14O RESOLUÇÃO: A fórmula mole cu lar é Resposta: E � (UNIFESP-SP) –Analise a fórmula que representa a estru - tura molecular do ácido oleico. a) A cadeia carbônica do ácido oleico é homogênea ou heterogênea? Saturada ou insaturada? b) Escreva as fórmulas molecular e mínima do ácido oleico. RESOLUÇÃO: a) A cadeia do ácido oleico é homogênea porque não possui heteroátomo em sua estrutura. Sua cadeia é insaturada, pois apresenta dupla-ligação entre os carbonos 9 e 10, conforme a representação abaixo: b) Fórmula molecular: C18H34O2 �2 Fórmula mínima: C9H17O C15H14O C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 18 19QUÍMICA � (MODELO ENEM) – A maior disponibilidade dos ali men - tos, em especial os industrializados, resultou no aumento da incidência da obe sidade, tanto em crianças como em adultos. Em função disso, tem-se tornado comum a procura pelas de - no minadas dietas milagrosas que, em geral, oferecem grande risco à saúde. Também têm sido desen volvidos divers os medicamentos para o emagrecimento com menores tempo e esforços. Uma das substâncias desen volvidas com essa fina - lidade é a sibutramina, comercializada com diversas deno - minações e cuja fórmula estrutural é apresentada a seguir: Com base na fórmula estrutural, é correto afirmar que apre - senta a) apenas anéis não aromáticos b) apenas anéis aromáticos. c) cadeia heterogênea. d) fórmula molecular C17H22NCl. e) três carbonos terciários. RESOLUÇÃO: Comentando as alternativas: a) Incorreta. Apresenta anel não aromático (cadeia do ciclobutano) e anel aromático (cadeia do benzeno). b) Incorreta. c) Correta. Há um heteroátomo (nitrogênio). d) Incorreta. A fórmula é C17H26NCl. e) Incorreta. Apresenta dois carbonos terciários. Resposta: C C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 19 20 QUÍMICA 1. Funções orgânicas Função química é uma classe de compostos com com portamento químico semelhante, devido à seme - lhança na sua estrutura. Na Química Orgânica, o número de funções quí mi - cas é enorme. As principais funções da Química Orgâ - nica são: Grupo funcional é um grupo de áto mos que carac - teriza a função. Por exemplo, todos os álcoois apre sentam o grupo — OH (hidroxila) ligado a car bono saturado. Exemplo H3C — CH2 — OH H3C — CH2 — CH2 — OH etanol propan-1-ol Você sabia que todos os compostos que apresentam o grupo pertencem à função ácido carboxílico? Observe Todos esses compostos reagem com bases, con - duzem a eletricidade quando em solução aquosa, tornam vermelho o papel de tor nassol azul etc. 2. Nomes dos compostos orgânicos De acordo com a União Internacional de Química Pu - ra e Aplicada (IUPAC), o nome de um composto orgânico é formado basicamente por três partes: Exemplo 3. Prefixos usados na nomenclatura orgânica 4. Indicação das ligações (infixo) Simples ligação: an Dupla-ligação: en Tripla-ligação: in 1 Hidrocarbonetos 7 Sais de ácidos carboxílicos 2 Álcoois 8 Ésteres 3 Fenóis 9 Éteres 4 Aldeídos 10 Aminas 5 Cetonas 11 Amidas 6 Ácidos carboxílicos 12 Nitrilos Sufixo, que dá a função Tipo de Ligação Prefixo, que dá o n.o de átomos de C n.o de átomos de C prefixo 20 icos 21 henicos 22 docos 30 triacont 31 hentriacont 40 tetracont 100 hect – 2 átomos de C: prefixo et – ligação simples entre átomos de C: an – função álcool: sufixo ol – nome oficial do composto: et an ol (etanol) n.o de átomos de C prefixo n.o de átomos de C prefixo 1 met 7 hept 2 et 8 oct 3 prop 9 non 4 but 10 dec 5 pent 11 undec 6 hex 12 dodec 12 Palavras-chave:Funções orgânicas. Hidrocarbonetos de cadeia aberta • Função química • Alcano • Alceno • Alcino • Alcadieno C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 20 21QUÍMICA 5. Indicação da função orgânica (sufixo) Hidrocarboneto: o Álcool: olÁcido carboxílico: oico Cetona: ona Aldeído: al 6. Hidrocarbonetos: compostos de carbono e hidrogênio Hidrocarbonetos são compostos orgânicos for ma - dos exclusivamente de C e H. 7. Classificação dos hidrocarbonetos 8. Alcanos: apenas ligações simples Alcanos são hidrocarbonetos de cadeia aberta, satu - rada, de fórmula geral: Exemplos Como notamos, a nomenclatura dos alcanos é dada usando-se o prefixo correspondente ao número de áto - mos de carbono, seguido do sufixo – ano. O sufixo ano mostra presença de simples ligações en tre átomos de carbono: METANO, CH4 O metano é o hidro car bo neto mais sim ples. En con - tra-se no gás natural, nas minas de carvão, onde ocorre misturado com o oxigênio do ar, consti tuin do o gás grisu. Os aci den tes que ocorrem nas mi nas de carvão são devidos à ex plosão do gás grisu. Forma-se nos pântanos devido à fermen tação anaeróbica da celulose. Hidrocar- bonetos Cadeia Aberta Saturada Insaturada Alcanos Alcenos Alcinos Alcadienos Alicíclica Cadeia Fechada Ciclanos Ciclenos Aromáticos � � � � Aromática O número de átomos de C existente na molécula é dado pelo prefixo. Observe: Fórmula geral: CxHy CnH2n+2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 21 22 QUÍMICA 9. Alcenos: uma ligação dupla Alcenos são hidrocarbonetos de cadeia aberta, insa - turada, apresentando uma dupla-ligação entre átomos de carbono, e de fórmula geral: Exemplos H2C = CH2 eteno, C2H4 H2C = CH — CH3 propeno, C3H6 Na nomenclatura dos alcenos, damos o prefixo cor - respondente ao número de átomos de carbono, seguido do sufixo – eno. O sufixo – eno mostra a presença de uma dupla-liga - ção entre os átomos de carbono: No caso de o alceno ter mais de 3 átomos de car - bono na cadeia, devemos indicar a posição da dupla-liga - ção, o que fazemos por números; para isto, começamos a numerar a cadeia da extremidade mais próxima da dupla-ligação. Devemos, também, separar número de palavra por meio de hífen. Exemplos 10.Alcinos: uma ligação tripla Alcinos são hidrocarbonetos de cadeia aberta, insa - turada, apresentando uma tripla-ligação entre 2 áto mos de carbono, e de fórmula geral: Os alcinos seguem a mesma regra de nomenclatura que vimos para alcenos: damos o prefixo corres pon - dente ao número de átomos de carbono, seguido do sufixo ino, que indica a presença da tripla-ligação: Exemplo H — C C — H etino, C2H2 (acetileno). No caso de necessidade, indicamos a posição da tripla-ligação por número, começando a numerar a cadeia da extremidade mais próxima dessa tripla-ligação. CnH2n Pela nomenclatura IUPAC (União Inter nacional de Química Pura e Aplicada) de 1979, coloca-se o número indicativo da posição da dupla-ligação antes do nome. Exemplo: 2-penteno Pela nomenclatura IUPAC de 1993, co loca-se o nú - mero antes da partícula in dicativa da dupla-liga - ção. Exemplo: pent-2-eno. Sempre que pos sível, iremos utilizar a nomenclatura de 1993. O eteno (nome usual: etileno) é uti lizado na pre - para ção do polie - ti leno, no ama du - re cimen to de fru - tos etc. CnH2n–2 — C C — O etino (nome usual: acetileno) é um gás uti li za do nos maça ricos oxia ce tilênicos. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 22 23QUÍMICA Exemplos 11.Alcadienos: duas ligações duplas Alcadienos são hidrocarbonetos de cadeia aberta, insaturados, portadores de duas duplas-ligações, de fór - mula geral: Exemplos Como observamos, o sufixo – dieno mostra a pre - sença de duas duplas-ligações e os números indicam as posições dessas duplas-ligações. Para melhor sonori da - de, coloca-se a vogal de apoio a. Em vez de propdieno, utiliza-se propadieno.CnH2n–2 Exercícios Resolvidos � Qual o nome do composto abai xo, saben do-se que per ten ce à função aldeído? Resolução 3 átomos de C: prop dupla-ligação: en função aldeído: al nome: propenal � Identificar cada hidrocarboneto abaixo, dizendo se é alca no, alceno, alcino etc. Resolução I) alcano II) alceno III) alcadieno IV) alcino � Dar o nome oficial dos hidrocarbonetos apresentados na questão anterior. Resolução I) etano II) propeno III) propadieno IV) pent-2-ino � Apresentar oito hidrocar bo netos de cadeia acíclica normal que possuem 4 áto mos de car bono. Resolução C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 23 24 QUÍMICA � (UERJ- MODELO ENEM) – O petróleo de base parafínica é uma mistura cujos principais componentes são os alcanos. A orde nação crescente da massa molar dos alcanos de cadeia normal gera uma progressão aritmética de razão igual a: a) 10 b) 12 c) 14 d) 16 e) 18 Dado: massas molares em g . mol–1: C: 12; H: 1. Resolução Os alcanos são hidrocarbonetos de cadeia aberta saturada e apresentam a fórmula molecular CnH2n+2. Observe que um alcano difere de outro alcano por um número inteiro de grupos (CH2), o qual tem massa molar igual a 14g/mol. Portanto, as massas molares dos alcanos for mam uma progressão aritmética de razão igual a 14. CH4: M = 16 g/mol C2H6: M = 30 g/mol C3H8: M = 44 g/mol Resposta: C � (UERJ-MODELO ENEM) – Em grandes depósitos de lixo, vários gases são quei mados continuamente. A molécula do principal gás que sofre essa queima é formada por um átomo de carbono e átomos de hidrogênio. A massa molecular desse gás, em unidades de massa atômica, é igual a: a) 10 b) 12 c) 14 d) 16 e) 30 Dado: massas atômicas: C: 12u; H: 1u. Nota: A unidade de massa atômica (u) é 1/12 da massa do átomo de carbono-12. Resolução O átomo de carbono é tetravalente. Portanto, o gás é o metano. H | H — C — H CH4 | H Massa molecular = 12u + 4 . 1u = 16u. Resposta: D Exercícios Propostos � (UNIP-SP) – O hidrocarboneto de fórmula mo lecular (CH)n é o a) metano. b) eteno. c) etino. d) propino. e) propeno. RESOLUÇÃO: a) CH4 b) C2H4 c) C2H2 d) C3H4 e) C3H6 C2H2 → (CH)2 → (CH)n Resposta: C � Dê as fórmulas estruturais dos hidrocarbonetos: a) Propadieno b) Acetileno ou etino c) Pent-1-ino d) Hexa-1,2-dieno e) Buta-1,3-dieno f) Hepta-1,4-diino RESOLUÇÃO: a) H2C = C = CH2 b) HC CH c) HC C — C — C — CH3 H2 H2 d) H2C = C = C — C — C — CH3 H H2 H2 e) H2C = C — C = CH2 H H f) HC C — C — C C — C — CH3 H2 H2 � (UNIUBE-MG-MODELO ENEM) – Recentemente, três tanques contendo 250 to ne ladas de um gás derivado de pe - tróleo usado na fabricação de borracha sintética foram destruídos em incêndio no Rio de Janeiro. Esse gás, um hidrocarboneto de cadeia aberta com 4 átomos de carbono e 2 ligações duplas, é: a) C4H8 b) C4H6 c) C4H10 d) C4H11 e) C4H12 RESOLUÇÃO: Os hidrocarbonetos de cadeia aberta com 4 átomos de carbono e duas ligações duplas são: H2C = C = CH — CH3 H2C = CH — CH = CH2 buta-1,2-dieno buta-1,3-dieno (C4H6) (C4H6) Resposta: B C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 24 25QUÍMICA 1. Radicais: possuem elétron desemparelhado Radicais são grupamentos atômicos que possuem uma ou mais valências livres (elétrons não empa - relhados) e que não podem ocorrer em liberdade. Todos apresentam no nome a terminação il ou ila. Exemplo Outros exemplos: Existem quatro radicais butil: 2. Nomenclatura de hidrocarbonetos com cadeia ramificada. Nomen cla tura oficial ou IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) Neste caso, aplicamos as seguintes sub-regras: 13 Palavras-chave:Alcanos com cadeia ramificada • Cadeia principal • Regra dos menores números • Identificaremos, em primeiro lugar, a cadeia principal, isto é, aquela que apresenta o maior número de átomos de C possível. cadeia principal: pentano • Em seguida, verificaremos quantas ramificações apre senta o composto e quais são. No exemplo dado, no ta mos que o composto apresenta duas rami ficações metil, sen do denominadas dimetil. As ramificações ou grupos subs tituintes têm o mesmo nome dos radicais corres pondentes. Estamos, portanto, em presença de um composto com cinco átomos de car bono na cadeia principal e duas ramificações. O compostoé o dimetilpentano. 3. A regra dos menores números • Agora, deveremos localizar as ramificações, enu - merando a cadeia principal; esta numeração deve obede - cer à regra dos menores números: a cadeia carbônica deve ser enumerada, segundo as duas possibilidades (ou duas direções); preva lecerá, para efeito de no - menclatura, a que indicar as posições das rami ficações, usando os menores números possíveis (a soma desses nú meros de ve ser a menor). No exemplo que estamos usando, teremos: 1.a Possibilidade: da direita para a esquerda: 3 + 4 = 7 2.a Possibilidade: da esquerda para a direita: 2 + 3 = 5 A orientação para a nomenclatura, portanto, é dada na segunda possibilidade. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 25 26 QUÍMICA Concluindo, o nome do composto usado em nosso exemplo é 2,3-dime tilpentano. Outros exemplos • As ramificações são apresentadas em ordem alfa - bética (etil antes de metil). O iso-octano é um alcano que existe na gasolina. É um alcano de cadeia ramificada. O seu nome oficial (IUPAC) é 2,2,4-trimetil pen tano. Observe: • Número é separado de palavra por hífen. • Número é separado de outro número por vírgula. • Palavras são escritas formando uma única pa - lavra (dimetilpentano). Antes da letra h, usa-se hí - fen (dimetil-hexano). • Para cada ramificação, existe um número in di ca - tivo da sua posição na cadeia prin cipal. Rami fica - ções iguais são agru padas numa única palavra, mas os números são man tidos (2,2,3-trimetil). � (MODELO ENEM) – Um dos compo nen tes da gasolina que abastece os automóveis é o iso-octano, de fórmula estrutural: Com relação a esse composto, pode-se afirmar corretamente: a) Há dois carbonos quaternários na estrutura. b) A cadeia carbônica é homogênea (apenas átomos de carbono) e insaturada. c) O nome do composto, de acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), é 2,2,4-trimetiloctano. d) Há um total de cinco átomos de carbono primários. e) A fórmula molecular do composto é C8H16. Resolução Na estrutura, há cinco átomos de carbono primários, um carbono secundário, um carbono terciário e um carbono quaternário. A cadeia carbônica é homogênea e saturada. O nome do composto é 2,2,4-trimetilpentano e a fórmula molecular do composto é C8H18. Resposta: D � (MODELO ENEM) – Para dar o nome de um alcano de cadeia ra - mificada, deve-se escolher a cadeia principal, aquela com o maior número de átomos de carbono. Considere o alcano com a seguinte fórmula estrutural: A cadeia principal desse alcano contém um número de átomos de carbono igual a a) 7. b) 8. c) 9. d) 10. e) 15. Resolução A cadeia principal contém 9 átomos de carbono. O nome do alcano é 6-etil-3-metil-5-propilnonano. Resposta: C H C3 C C CH2 H C C CH2 H C H H CH3 CH3 H H CH2 CH3 H CH2 CH2 CH3 H C3 C C CH2 H C C CH2 H C H H CH3 CH3 H H CH2 CH3 H CH2 CH2 CH3 3 4 5 6 2 1 7 8 9 Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 26 27QUÍMICA Exercícios Propostos Nas questões � e �, dar o nome oficial (IUPAC) dos al - canos: � RESOLUÇÃO: � RESOLUÇÃO: � (MODELO ENEM) – Os alcanos são hidro car bonetos (CxHy) acíclicos (cadeia aberta) e saturados (somente ligações simples). Os al canos são os principais constituintes do pe tróleo e do gás natural e são muito importantes como combustíveis: gasolina, querosene, óleo diesel, gás de cozinha. O nome de um alcano é formado por um prefixo, que indica o número de átomos de carbono na molécula, seguido da terminação ano. Quando o alcano tem cadeia ramificada, são citados os nomes da cadeia principal (aquela com o maior número de átomos de carbono) e das ramificações. A molécula do alcano de nome 4-etil-2-metil-heptano tem um número de átomos de hidrogênio igual a a) 10. b) 12. c) 20. d) 22. e) 24. RESOLUÇÃO: 4-etil-2-metil-heptano A molécula contém 10 átomos de carbono e 22 átomos de hidrogênio. Resposta: D 3-etil-2,5-dimetil-hexano C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 27 28 QUÍMICA 14 Palavras-chave:Alcenos, alcinos e alcadienos com cadeia ramificada • Numeração a partir da extremidade mais próxima da insaturação No caso dos alcenos (alquenos), alcinos (alquinos) e alcadienos (dienos), a cadeia principal é aquela que apresenta o maior número de átomos de carbono e que contém a dupla ou tripla ligação. A numeração da cadeia principal inicia-se na extremidade mais próxima da insaturação. Exemplos No caso dos alcadienos, utiliza-se o infixo a depois do prefixo indicativo do número de átomos de carbono. De acordo com as regras de nomenclatura recomendadas pela IUPAC, em 1979, a localização da insaturação é dada por um número colocado antes do nome do composto. Exemplo: 1-penteno. De acordo com as recomendações da IUPAC, em 1993, o número é colocado antes do infixo en ou in. Exemplo: pent-1-eno. Iremos utilizar as recomendações de 1993. Classificação dos alcadienos 1) Alcadienos acumulados: as duas ligações duplas no mesmo átomo de carbono. 2) Alcadienos conjugados: alternância entre ligações simples e duplas. 3) Alcadienos isolados: mais de uma ligação simples entre as duas duplas ligações. A cadeia principal é sempre a de maior número de átomos de carbono? Resolução Não! Observe o exemplo abaixo. Note que, apesar de não ter o maior número de átomos de carbono, a cadeia principal é a que contém a dupla ligação. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 28 29QUÍMICA Exercícios Resolvidos � (MODELO ENEM) – Os alcenos (ou alque nos) são hidrocar - bonetos (CxHy) acíclicos con tendo uma única dupla ligação. A partir dos alcenos, são produzidos materiais de uso cor rente, como plásticos, tintas, fibras têxteis. Para a nomenclatura dos alcenos de cadeia ramifi cada, deve-se escolher a cadeia principal que é a cadeia mais longa contendo a dupla ligação. Considere o alceno com a fórmula estrutural: A cadeia principal contém um número de átomos de carbono igual a a) 5. b) 6. c) 7. d) 8. e) 11. Resolução A cadeia principal contém 6 átomos de carbono. Nome: 4,5-dimetil-3-propil-hex-1-eno. Resposta: B � Dar o nome oficial (IUPAC) dos se guintes compostos insaturados: Resolução 5-metil-hexa-1,3-dieno 4-metil-hex-1-ino � Qual dos compostos abaixo não existe? a) propino b) 2-metilpropeno c) 2-metilpropino d) 2-metilpropano e) 2-metilbuta-1,3-dieno Resolução Esse composto não existe! O carbono seria pentavalente. Resposta: C Exercícios Propostos Nas questões de � a �, dar o nome oficial dos com pos tos. � RESOLUÇÃO: � RESOLUÇÃO: 3-metilbuta-1,2-dieno C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 29 30 QUÍMICA � RESOLUÇÃO: 5-metil-hex-1-ino � A muscalura é um feromônio utilizado pela mosca doméstica para atrair os machos, marcar trilhas e outras atividades. Sua fórmula estrutural é Sobre esse composto, não é correto afirmar: a) A cadeia carbônica é ramificada. b) É um alceno. c) A fórmula molecular do composto é C23H46. d) O composto apresenta uma dupla ligação no nono átomo de carbono. e) A cadeia carbônica do composto é insaturada. RESOLUÇÃO: O composto é um alceno de cadeia insaturada e normal (não ramificada). Sua fórmula molecular é C23H46. Apresenta uma dupla ligação no nono átomo de carbono. Sem compromisso, o seu nome é tricos-9-eno. Resposta: A C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 30 31QUÍMICA 15 Palavras-chave: Hidrocarbonetos cíclicos • Ciclanos • Ciclenos • Hidrocarbonetos aromáticos 1. Ciclanos: cadeia fechada saturada Ciclanos são hidrocarbonetos de cadeia fechada, sa - turados, isto é, apresentam apenas simples ligações entre os átomos de carbono e de fórmula geral: Em sua nomenclatura, seguimos as mesmas regras vistas até aqui, apenas pondo a palavra ciclo antes do nome do alcano correspondente. Exemplos CnH2n C C C C C Ciclopentano H H H HH H H H H H Ciclopentano 2. Ciclenos: cadeia fechada com uma ligação dupla São hidrocarbonetosde cadeia fechada, insa tu rados, apresentando uma dupla ligação e de fórmula ge ral: Sua nomenclatura obedece às mesmas regras vistas para os ciclanos, apenas usando o sufixo eno que mostra a presença da dupla ligação entre átomos de carbono. Exemplos 3. Hidrocarbonetos aromáticos: contêm núcleo benzênico São hidrocarbonetos de cadeia fechada e que apre - sen tam, em sua constituição, pelo menos um núcleo benzênico. Núcleo benzênico é uma cadeia fechada, formada de 6 átomos de carbono que trocam entre si duplas e simples ligações alternadamente. CnH2n–2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 31 32 QUÍMICA Observação: Nos hidrocarbonetos cíclicos, se nos dois sentidos de numeração resultarem os mesmos números para localizar os grupos substituintes, a numeração deve obedecer à ordem alfabética. Exemplo 5. Nomenclatura dos hidrocarbonetos aromáticos O hidrocarboneto tem somente uma cadeia la - teral. Dá-se o nome da ramificação e, em seguida, a palavra benzeno. O tolueno é um líquido incolor, empregado como sol vente, na prepa ração de tintas, explosivos etc. Existe no alcatrão de hulha. Esses compostos são hidrocarbonetos aromáticos. A sua nomenclatura será vista mais adiante. 4. Nomenclatura de ciclanos e ciclenos com cadeia lateral Numerar os átomos de carbono do ciclo de modo a resultar os menores números possíveis. No caso dos ciclenos, os átomos de carbono da dupla ligação recebem os números 1 e 2. Exemplos Representações simplificadas A molécula do benzeno pode ser representada simplificadamente da seguinte maneira: C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 32 33QUÍMICA 6. O hidrocarboneto aromático tem duas cadeias laterais Usa-se a seguinte nomenclatura: posição 1-2 – orto – o posição 1-3 – meta – m posição 1-4 – para – p Os xilenos são usados como desinfetantes e são encontrados no alca trão de hulha. 7. Os hidrocarbonetos aromáticos de nú cleos condensados têm nomes particulares O antraceno é um sólido usado na fabri cação de corantes. É um pó branco extre mamente fino que fica fluorescente quando irradiado por luz ultravioleta. O fenantreno é um sólido empregado na fabricação de corantes e produtos medici nais. 8. O radical fenil Retirando-se 1 átomo de hidrogênio do benzeno, obtém-se o radical fenil. Exemplo Dar o nome do hidrocarboneto: C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 33 34 QUÍMICA Exercícios Resolvidos � (UERJ-ADAPTADO-MODELO ENEM) – “O Ministério da Saúde adverte: fumar pode causar câncer de pulmão.” Um dos responsáveis por esse mal causado pelo cigarro é o alca trão, que corresponde a uma mistura de substâncias aromáticas, entre elas benzeno, naftaleno e antraceno. As fórmulas moleculares dos três hidrocarbonetos citados são, res - pectivamente, a) C6H12, C12H12, C18H20 b) C6H12, C12H10, C18H18 c) C6H6, C10H10, C14H14 d) C6H6, C10H8, C14H10 e) C6H6, C12H12, C18H18 Resolução Resposta: D � (UnB-DF-ADAPTADO) – As piretrinas cons tituem uma clas se de inseticidas naturais de amplo emprego, ten do em vista que não são tóxicas para os mamíferos. Essas substâncias são extraídas das flo res de crisântemo. A estrutura a seguir mostra um exemplo de piretrina A estrutura apresentada contém a) um anel aromático trissubstituído. b) somente um ciclo ou anel. c) apenas três grupos metila. d) cadeia homogênea. e) cadeia saturada. Resolução A estrutura apresentada possui seis grupos metila (— CH3), dois ciclos, cadeia heterogênea e insaturada. Resposta: A � Qual o nome ofi cial do com posto cujo mo delo mole cular é dado na fi gura? Resolução 1-metilciclo pen teno � O fenantreno tem fórmula molecular igual a a) C10H10 b) C12H10 c) C10H8 d) C14H10 e) C14H14 Resolução Fórmula molecular: C14H10 Resposta: D C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 34 35QUÍMICA Exercícios Propostos � Dar o nome oficial do hidrocarboneto: RESOLUÇÃO: 4-metilciclopenteno Nas questões de � a �, dar o nome dos compostos: � RESOLUÇÃO: Observe o nome dos grupos: H3C — CH2 — CH2 — H3C — CH — CH3 | propil isopropil O nome do hidrocarboneto é isopropilbenzeno. � Quando resultar o mesmo nome utilizando a regra dos me - nores números, a numeração deve obedecer à ordem alfa - bética. RESOLUÇÃO: C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 35 36 QUÍMICA � (MACKENZIE-ADAPTADO) Cientistas “fotografam” molécula individual Os átomos que formam uma molécula foram visualizados de forma mais nítida pela primeira vez, por meio de um microscópio de força atômica. A observação, feita por cientistas em Zurique (Suíça) e divulgada na revista Science, representa um marco no que se refere aos campos de eletrônica molecular e nanotecnologia, além de um avanço no desenvolvimento e melhoria da tecnologia de dispositivos eletrônicos. De acordo com o jornal espanhol El País, a molécula de pentaceno pode ser usada em novos semicon - dutores orgânicos. Folha Online Acima, foto da molécula de pentaceno e, abaixo, repre - sentação da sua fórmula estrutural. A respeito do pentaceno, são feitas as afirmações I, II, III e IV. I. É uma molécula que apresenta cadeia carbônica aromática polinuclear. II. A sua fórmula molecular é C22H14. III. O pentaceno poderá ser utilizado na indústria eletrônica. IV. Na estrutura do pentaceno, não há carbono terciário. Estão corretas a) I, II, III e IV. b) II, III e IV, apenas. c) I, II e III, apenas. d) I, III e IV, apenas. e) I, II e IV, apenas. RESOLUÇÃO: Considere a fórmula: I. Verdadeiro. II. Verdadeiro. A fórmula molecular é C22H14. III.Verdadeiro. IV.Falso. Na estrutura do pentaceno, há carbonos secundários (s) e terciários (t). Resposta: C � O benzeno é emitido ao ar por fornos de carvão, combustão de madeira, motores automotivos, fumaça de cigarro e durante sua produção. Assinale o composto aromático com dez átomos de hidrogênio na molécula. RESOLUÇÃO: Resposta: B C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 36 37QUÍMICA 16 Palavras-chave:Fórmulas de compostos orgânicos • Fórmulas: molecular; mínima; porcentual; eletrônica; estrutural; em bastão; 1. As substâncias são representadas por fórmulas As substâncias puras têm composição constante. Uma amostra de água pura, qualquer que seja a sua origem, é formada pelos elementos hidrogênio e oxigênio combinados sempre na proporção de 1g de hidrogênio para 8g de oxigênio. Isto permite representar as substâncias puras por fórmulas. Vejamos os tipos de fórmulas usados na Química Orgânica. 2. Fórmula molecular: a grandeza molecular A fórmula molecular indica o número de átomos de cada elemento na molécula. Exemplo A fórmula molecular do etano é C2H6. Isto significa que o etano é formado pelos elementos químicos car - bono e hidrogênio e que a sua molécula é formada por 2 átomos de carbono e 6 átomos de hidrogênio. Dois modelos pa ra a mo lé cu la de eta no. 3. Fórmula mínima: proporção entre números de átomos A fórmula mínima ou empírica fornece a proporção entre números de átomos expressa pelos menores nú - meros in teiros possíveis. A fórmula mínima é obtida sim plificando-se a fórmula molecular. Exemplo Fórmula molecular do etano: C2H6 Proporção de átomos: 2 : 6 = 1 : 3 Fórmula mínima: (CH3) 4. Fórmula porcentual: composição centesimal A fórmula porcentual indica a massa de cada elemento existente em 100 gramas do composto. Exemplo Massa molar do C2H6: 2 x 12g/mol + 6 x 1g/mol = 30g/mol 30g do composto ––––––––– 24g de C 100g do composto –––––––– x x = 80g → C: 80% 30g do composto –––––––– 6g de H 100g do composto ––––––– y y = 20g → H: 20% Fórmula porcentual do etano: C80%H20% 5. Fórmula de Lewis: elétrons da camada de valência A fórmula ou estrutura de Lewis (fórmula eletrônica) mostra os elétrons da camada de valência. Exemplo Fórmula de Lewis de etano, eteno, etino 6. Fórmula estrutural: ligações atômicas A fórmula estrutural completa mostra as ligações entre todos os átomos, representando-se o parde elé - trons compartilhado por um traço reto ligando os átomos apropriados. H (Z = 1): 1s1 K 1 2s2 2p2 L 4 C (Z = 6): 1s2 K 2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 37 38 QUÍMICA Exemplos Os pares de elétrons não ligantes podem ser repre - sentados na fórmula estrutural. Exemplos 7. Fórmula estrutural condensada A fórmula estrutural condensada não apresenta to - das as ligações. Geralmente, as ligações C — H não são mostradas. Exemplo Algumas vezes, nenhuma ligação é apresentada. Exemplo 8. Fórmula em bastão A cadeia carbônica é representada por traços (bas - tões) em zigue-zague. Em cada vértice, há um átomo de carbono e um certo número de átomos de hidrogênio de modo a obedecer à tetravalência do carbono. Observe: a) na extremidade da cadeia há um grupo CH3 (liga - ção simples); um grupo CH2 (ligação dupla) ou um grupo CH (ligação tripla); b) na junção de dois traços há um grupo CH2; c) na junção de três traços ocorre um grupo CH; d) na junção de quatro traços existe um átomo de carbono. CH3CH2CH2CH3 Exemplos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 38 39QUÍMICA 9. Fórmula tetraédrica Quando o átomo de carbono estabelece quatro ligações simples, ele apresenta configuração tetraédrica. O ângulo entre as ligações é aproximadamente 109,5°. Vamos admitir que o átomo de carbono (1) e os áto - mos 2 e 3 estejam no plano do papel. Essas duas ligações são representadas por dois traços simples. O átomo 4 está localizado em frente ao papel e a li - gação será representada por uma linha em forma de cunha. O átomo 5 está atrás do plano do papel e a ligação será representada por linha tracejada. Exemplos No 1,3-dimetilciclopentano, a cadeia carbônica cí - clica está no plano do papel. Exercícios Resolvidos Questões � e � – (MODELO ENEM) As substâncias puras são representadas por fórmulas. Na fórmula em bastão, a cadeia carbônica é representada por traços em zigue-zague. Em cada vértice, há um átomo de carbono e um certo número de átomos de hidrogênio de modo a obedecer à tetravalência do carbono. A fórmula em bastão do propeno é a seguinte: � Considere a fórmula em bastão: A fórmula molecular desse composto é a) C10H12 b) C11H14 c) C12H14 d) C13H13 e) C14H14 Resolução Fórmula molecular: C12H14 Resposta: C � O nome oficial (IUPAC) do composto representado pela fórmula em bastão é a) pent-1-eno b) 3-metil-hex-5-eno c) 3-metil-hex-1-eno d) 4-metil-hex-1-eno e) hept-1-eno C H CH H H C H H fórmula estrutural fórmula em bastão C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 39 40 QUÍMICA Resolução 4-metil-hex-1-eno Resposta: D � Qual o nome do hidrocarboneto com a fórmula abaixo? Resolução Em cada vértice, há um átomo de carbono. O nome é etilbenzeno. C CH3 H2 Exercícios Propostos � Com relação ao hidrocarboneto representado pela fórmula em bastão pedem-se: a) a fórmula estrutural completa (mostrando todos os átomos de carbono e hidrogênio); b) o nome oficial (IUPAC). RESOLUÇÃO: a) b) 5-metil-hex-2-eno � (UNIP-MODELO ENEM) – Certos odores são usados por ani mais para estabelecer uma “comunicação química” entre indi víduos de mesma espécie, como, por exemplo, marcar trilhas ou para a atração sexual, na época do acasalamento. Esses compostos chamados de feromônios são usados pelo homem, em quantidades muito pequenas, em armadilhas, servindo para atrair e matar insetos prejudiciais. Basta 1,0 . 10-–13g do feromônio abaixo de fórmula estrutural em bastão para atrair grandes cardumes de peixes. A fórmula molecular desse ferômonio é a) C15H30O b) C16H30O c) C16H32O d) C17H30O e) C18H36O RESOLUÇÃO: A fórmula molecular é C16H30O. Resposta: B � Considere a fórmula da amônia: Com relação ao plano do papel, localize os quatro átomos e o par de elétrons não ligante. RESOLUÇÃO: O átomo de nitrogênio (N), o átomo de hidrogênio com a ligação representada por um traço e o par de elétrons não ligante estão situados no plano do papel. O átomo de H com a ligação representada por cunha está acima do papel e o átomo de H com a ligação representada por linha tracejada está abaixo do papel. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 40 41QUÍMICA Energia nas Transformações Químicas Rapidez das Transformações Químicas Equilíbrio Químico Módulos 9 – Energia nas transformações químicas: calor de reação 10 – A Lei de Hess 11 – Velocidade (rapidez) de uma reação 12 – Teoria das colisões 13 – Fatores que influem na velocidade das reações 14 – Influência do catalisador e da concentração dos reagentes 15 – Mecanismo de uma reação química 16 – As reações não se completam. Conceito de equilíbrio químico A cor das hortênsias depende da acidez do solo (ácid o → az ul; al ca lin o → ro sa ). 1. Calor de reação ou energia de reação – uma propriedade extensiva O calor de reação mede a diferença de energia entre os reagentes e os produtos, desde que as substâncias iniciais e finais estejam, todas, a mesma temperatura e a mesma pressão. O calor de reação é propriedade extensiva, ou se - ja, é proporcional à quantidade de material participante da reação. Consideremos, por exemplo, a reação: A energia liberada na formação de 2 mols de CO2 é 2 x 94,1 kcal = 188,2 kcal e para a formação de 1 grama (1/44 do mol) de CO2 é 1/44 (94,1 kcal) = 2,1 kcal. Se a pressão e a temperatura nos estados inicial e final forem as mesmas, o calor de reação será a medida de ΔH (variação de entalpia). Portanto, ΔH também é uma propriedade extensiva. O calor de reação assume o nome da própria rea ção. “Energia de reação” ou “calor de reação” é a energia térmica liberada ou absorvida numa rea - ção. C(grafita) + O2(gás) → CO2(gás) + 94,1 kcal/mol de C 9 Palavras-chave:Energia nas transformações químicas: calor de reação • Calor de combustão, neutralização e formação C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 41 42 QUÍMICA 2. Calor de combustão Reação de combustão: Exemplo ΔH = – 393kJ/mol calor de (entalpia de combustão) combustão Qual o melhor combustível? Resolução É o gás hidrogênio, H2. A queima de 1g de H2 libera 28,7 kcal, enquanto a combustão de 1g de gasolina libera 11,5 kcal. A quei ma de 1g de etanol (álcool comum) libera ape nas 6,4 kcal. Além de apresentar o maior calor de com bustão, o uso do hidrogênio não produz impacto ambiental. A queima do etanol po de produzir monóxido de carbono (vene noso). A queima da gasolina, além de pro du zir monóxido de carbono, forma também dióxido de enxofre, pois contém enxofre co mo impureza. 3. Calor de neutralização Reação de neutralização: Exemplo ΔH = – 57,2kJ (entalpia de neutralização) 4. Entalpia ou calor de formação: ΔHf O estado-padrão de uma substância simples é a for - ma física e alotrópica mais abundante em que ela se apresenta a 25°C e 1 atm. O2(g) → padrão O3(g) → não é padrão C(gr) → padrão C(d) → não é padrão C(gr) = grafita C(d) = diamante Exemplos ΔHf = – 68kcal entalpia de formação da água líquida ΔHf = + 19kcal Sromb: enxofre rômbico entalpia de formação do sulfeto de carbono líquido ΔHf = + 34kcal entalpia de formação do ozônio gasoso ácido + base → sal + água HBr(aq) + NaOH(aq) → NaBr(aq) + H2O(l) + 13,7kcal ou 57,2kJ É o calor liberado ou absorvido na reação de forma ção de 1 mol de uma substância a partir de subs tâncias simples no estado-padrão. 1H2(g) + –– O2(g) → H2O(l)2 C(gr) + 2Sromb → CS2(l) 3 ––– O2(g) → O3(g)2 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) + 393kJ/mol Exercícios Resolvidos � Ao beber uma solução de glicose (C6H12O6), um corta-cana ingere uma substância a) que, ao ser degradada pelo organismo, produz energia que pode ser usada para movimentar o corpo. b) inflamável que, queimada pelo organismo, produz água para manter a hidratação das células. c) que eleva a taxa de açúcar no sangue e é armazenada na célula, o que restabelece o teor de oxigênio no organismo. d) insolúvel em água, o que aumenta a retenção de líquidos pelo organismo.e) de sabor adocicado que utilizada na respiração celular, fornece CO2 para manter estável a taxa de carbono na atmosfera. Resolução A glicose (C6H12O6), ao reagir com O2, libera energia que é usada, por exemplo, para movimentar o corpo. A equa ção química que representa esse processo é C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6H2O + energia A glicose é solúvel em água. A formação de CO2 na respiração celular não mantém estável a taxa de carbono na atmosfera. A hidratação das células resulta da absorção de água pelo organismo. Resposta: A � Os siste mas de cogeração representam uma prática de utilização racional de combustíveis e de produção de energia. Isto já se pratica em algumas indústrias de açúcar e de álcool, nas quais se aproveita o bagaço da cana, um de seus subprodutos, para produção de energia. Esse processo está ilustrado no esquema a seguir. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 42 43QUÍMICA Entre os argumentos favoráveis a esse sistema de cogeração, po de-se destacar que ele a) otimiza o aproveitamento energético, ao usar queima do bagaço nos processos térmicos da usina e na geração de eletricidade. b) aumenta a produção de álcool e de açúcar, ao usar o bagaço como insumo suplementar. c) economiza na compra da cana-de-açúcar, já que o bagaço também pode ser transformado em álcool. d) aumenta a produtividade, ao fazer uso do álcool para a geração de calor na própria usina. e) reduz o uso de máquinas e equipamentos na produção de açúcar e álcool, por não manipular o bagaço da cana. Resolução Pelo fluxograma fornecido, percebemos que o bagaço é aproveitado para produção de calor e eletricidade, que são utilizados no processo industrial para se obter açúcar e álcool. Esse sistema de cogeração otimiza o aproveitamento energético. Resposta: A � Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se inten - sificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25°C (ΔH025) do metano, do butano e do octano. À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, consideran do-se que o metano, o butano e o octano sejam re - pre sen tativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é pos - sível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é a) gasolina, GLP e gás natural. b) gás natural, gasolina e GLP. c) gasolina, gás natural e GLP. d) gás natural, GLP e gasolina. e) GLP, gás natural e gasolina. Resolução CH4 + 2 O2 ⎯→ CO2 + 2 H2O ↓ gás natural 1 mol (são liberados 890 kJ) C4H10 + O2 ⎯→ 4 CO2 + 5 H2O ↓ GLP 4 mol (são liberados 2878 kJ) 1 mol (são liberados 719,5 kJ) C8H18 + O2 ⎯→ 8 CO2 + 9 H2O ↓ gasolina 8 mol (são liberados 5471 kJ) 1 mol (são liberados 683,87 kJ) A ordem crescente desses três combustíveis do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado é: gasolina, GLP e gás natural. Resposta: A � (PASUSP-MODELO ENEM) – A análise do conteúdo ca ló rico de um sorvete demonstra que ele contém, aproxi madamente, 5% de pro - teínas, 22% de carboidratos e 13% de gorduras. A massa res tante pode ser considerada como água. A tabela abaixo apre senta dados de calor de combustão para esses três nutrientes. Se o valor energético diário reco mendável para uma criança é de 8400 kJ, o número de sorvetes de 100 g necessários para suprir essa demanda seria de, aproxima damente, a) 2 b) 3 c) 6 d) 9 e) 12 Resolução Para 100g de sorvete, temos: Proteínas: 1g –––––––– 16,7kJ Carboidratos: 1g –––––– 16,7kJ 5g –––––––– x 22g ––––– y x = 83,5kJ y = 367,4kJ Gorduras: 1g –––––– 37,7kJ Total = 941kJ 13g ––––– z z = 490,1kJ 8400kJ Número de sorvetes: –––––––– = 8,9 941kJ Logo, 9 sorvetes. Resposta: D � (FUVEST-SP) Compare as qualidades de cada um dos três com bustíveis, levando em conta seu poder energético e o impacto ambiental decorrente do seu uso. Justifique. Eletricidade Cana-de-açúcar Calor Processo industrial Açúcar Álcool Bagaço INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA Combustível Eletricidade Composto Fórmula molecular Massa molar (g/mol) ΔH025 (kJ/mol) metano CH4 16 –890 butano C4H10 58 –2.878 octano C8H18 114 –5.471 13 –––– 2 25 –––– 2 Nutriente (1 grama) Calor liberado (kJ) Proteínas 16,7 Carboidratos 16,7 Lipídeos (gorduras) 37,7 Combustível Calor de combustão (kcal/g) hidrogênio 28,7 gasolina 11,5 etanol 6,4 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 43 44 QUÍMICA Exercícios Propostos Resolução: Com relação ao poder energético, hidrogênio é o melhor. Com relação ao impacto no meio ambiente, a gasolina é a que mais polui. O combustível que menos polui é o hidrogênio. � Vários combustíveis alternativos estão sendo procu - rados para reduzir a demanda por combustíveis fósseis, cuja queima prejudica o meio ambiente devido à pro du ção de dióxido de carbono (massa molar igual a 44 g mol–1). Três dos mais promissores combustíveis alternativos são o hidrogênio, o etanol e o me ta no. A queima de 1 mol de cada um desses combustíveis libera de terminadas quantidades de calor, que estão apresentadas na tabela a seguir. Considere que foram queimadas massas, independen temente, desses três combustíveis, de forma tal que em cada queima foram liberados 5400 kJ. O combustível mais econômico, ou seja, o que teve a menor massa consumida, e o combustível mais poluente, que é aquele que produziu a maior massa de dióxido de carbono (massa molar igual a 44 g mol–1), foram, respectivamente, a) o etanol, que teve apenas 46 g de massa consumida, e o metano, que produziu 900 g de CO2. b) o hidrogênio, que teve apenas 40 g de massa consu mida, e o etanol, que produziu 352 g de CO2. c) o hidrogênio, que teve apenas 20 g de massa consu mida, e o metano, que produziu 264 g de CO2. d) o etanol, que teve apenas 96 g de massa consumida, e o metano, que produziu 176 g de CO2. e) o hidrogênio, que teve apenas 2 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 1350 g de CO2. Resolução: Cálculo da massa consumida: H2 x = = 40 g CH4 y = = 96g C2H5OH z = = 184 g Combustível mais econômico: H2 Cálculo da massa de CO2 produzida: 1 CH4 + 2 O2 → 1 CO2 + 2 H2O 1 mol de CH4 ____ 1 mol de CO2 t = 264 g de CO2 1 C2H5OH + 3 O2 ⎯→ 2 CO2 + 3 H2O 1 mol de C2H5OH –––– 2 mol de CO2 u = 352 g de CO2 Combustível mais poluente: C2H5OH Resposta: B Combustível Massa molar (g mol–1) Calor liberado na queima (kJ mol–1) H2 2 270 CH4 16 900 C2H5OH 46 1350 2 g _______ 270 kJ x _______ 5400 kJ 2g . 5400kJ –––––––––––– 270kJ 16 g _______ 900 kJ y _______ 5400 kJ 16g . 5400kJ –––––––––––– 900kJ 46 g _____ 1350 kJ z _____ 5400 kJ 46g . 5400 kJ ––––––––––––– 1350 kJ 16 g _____ 44 g 96 g _____ t 46 g _______ 2 x 44 g 184 g _______ u � (UFF-RJ) – O metano é um gás produzido em gran des quantidades, na superfície terrestre, nos proces sos de decom - posição de matéria orgânica, e é uma das principais fontes na - tu rais de dióxido de carbono na atmosfera. A formação do CO2 se dá pela oxidação do metano: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Considerando-se que o valor da variação de entalpia para 1 mol de metano é de – 890,3kJ, a quantidade de calor liberada na combustão total de 10,0g de metano é: Dado: massas molares em g/mol: C: 12; H: 1. a) 370kJ b) 420kJ c) 556kJ d) 680kJ e) 780kJ RESOLUÇÃO: M(CH4) = (12 + 4 . 1)g/mol = 16g/mol liberam 16g –––––––––––––––– 890,3kJ 10,0g –––––––––––––– x x = 556,4kJ Resposta: C � (UNESP-MODELO ENEM) – A tabela apresenta informações so - bre as composições químicas e as entalpias de combustão para três diferentes combustíveis que podem ser utilizados em motores de combustão interna, como os dos automóveis.Com base nas informações apresentadas e comparando esses três combustíveis, é correto afirmar que a) a gasolina é o que apresenta menores impacto ambiental e vantagem energética. b) o álcool é o que apresenta maiores impacto ambiental e vantagem energética. c) o hidrogênio é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. Combustível ΔH combustão kcal mol–1 Massas molares g mol–1 Gasolina (C8H18) – 1222,5 114,0 Etanol (C2H5OH) – 326,7 46,0 Hidrogênio (H2) – 68,3 2,0 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 44 45QUÍMICA d) a gasolina é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. e) o álcool é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. RESOLUÇÃO: Equações de combustões completas dos combustíveis cita dos: C8H18 + 25/2 O2 → 8 CO2 + 9 H2O C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O H2 + 1/2 O2 → H2O Tanto a combustão da gasolina como a do álcool pro duzem gás carbônico, que ajuda no aumento do efeito estufa. O hidrogênio seria o combustível que apre sentaria menor impacto ambiental, pois somente produziria água na sua combustão. Se considerarmos a combustão de 1 kg de combustível, temos: 1 mol de C8H18 ↓ liberam 114,0 g ––––––––––– 1222,5 kcal 1000 g –––––––––––– x x � 10723 kcal 1 mol de C2H5OH ↓ liberam 46,0 g ––––––––––– 326,7 kcal 1000 g –––––––––––– y y � 7102 kcal 1 mol de H2 ↓ 2,0 g ––––––––––– 68,3 kcal 1000 g –––––––––––– z z = 34150 kcal O gás hidrogênio é o combustível que libera maior quantidade de calor por massa. Resposta: C � No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encon trado alguns nichos para uso domés tico como combustíveis há muitas décadas e, recen - temente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veí - culos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. C. Baird. Química Ambiental. São Paulo. Artmed, (Adaptado). Dados: massas molares em g/mol: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar a) metanol, pois sua combustão completa fornece aproxima - damente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. b) etanol, pois sua combustão completa fornece aproxima da - mente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. c) metanol, pois sua combustão completa fornece aproxima - da mente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. d) etanol, pois sua combustao completa fornece apro xima - damente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. e) etanol, pois sua combustão completa fornece apro xima - damente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. RESOLUÇÃO: Considerando 1L de metanol e 1L de etanol. Metanol: 1L tem massa igual a 790g, pois a densidade do metanol é 0,79g/mL. CH3OH, M = 32g/mol 32g –––––––––– 726,0kJ 790g ––––––––– x x = 17 923kJ = 17 923000J � 17,9MJ Etanol: 1L tem massa igual a 790g, pois a densidade do etanol é 0,79g/mL. CH3CH2OH, M = 46g/mol 46g –––––––––– 1367,0kJ 790g ––––––––– y y = 23 500kJ 1kJ corresponde a 1000J 23 500kJ = 23 500 000J ou 23,5MJ Resposta: D Álcool Densidade a 25°C (g/mL) Calor de Combustão (kJ/mol) Metanol (CH3OH) 0,79 – 726,0 Etanol (CH3CH2OH) 0,79 – 1367,0 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 45 46 QUÍMICA 10 Palavras-chave: A Lei de Hess • Lei de Hess (Aditividade dos calores de reação) • Cálculo de ΔH 1. Lei de Hess ou da aditividade dos calores de reação Essa lei é muito útil para determinar indiretamente calor de reação, impossível de ser medido experimen tal - mente. O calor total liberado ou absorvido nas reações sucessivas: é o mesmo que o calor liberado ou absorvido na reação: Outra maneira de dizer a mesma coisa é que o ca lor liberado ou absor vido na reação A → C não de pende do número de estados intermediários. O calor liberado ou absorvido na reação A → C só depende do conteúdo de energia de A e C. Para o leitor verificar a Lei de Hess, vamos utilizar valores imaginários. Exemplo 1 É impossível medir com precisão o calor liberado quando C queima, dando CO, porque a oxi dação não pode ser parada exatamente no estágio CO. Po demos, en tretanto, medir o calor liberado quando C queima, dando CO2 (94,1 kcal por mol de C) e o calor liberado q u a n d o CO queima, dando CO2 (67,7 kcal por mol de CO). O calor liberado, quando C queima, dando CO, pode ser deter minado tratando algebricamente es tas duas últimas equações termoquímicas deter minadas experimental - mente. Assim: Invertendo a equação (II): Somando as equações I e III, fica: Cancelando: C(s) + 1/2O2(g) → CO(g) + 26,4 kcal C(s) + O2(g) + CO2(g) → → CO2(g) + CO(g) + 1/2O2(g) + (94,1 – 67,7) kcal III) CO2(g) → CO(g) + 1/2O2(g) – 67,7 kcal I) C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94,1 kcal II) CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) + 67,7 kcal A → C A → B e B → C A variação de energia térmica em um pro cesso químico é a mesma se o processo se realiza em um ou em diver sos es tá gios, pois a variação de energia de pende so mente das propriedades das subs tân cias iniciais e finais. A → B → D → C – calor total: q1 A → B → C – calor total: q2 A → C – calor total: q3 q1 = q2 = q3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 46 47QUÍMICA Exemplo 2 Dadas as reações: calcular o calor de combustão do álcool etílico de acordo com a equação: Resolução Na equação incógnita, o C2H6O está no primeiro mem bro, enquanto na equa ção III, está no se gundo mem bro. Invertemos a equação III (o calor muda de sinal). Na equação incógnita, temos 2CO2 no segundo mem bro. Na equação I, temos apenas 1CO2 no segundo membro. Multiplicamos a equação I por dois (o calor é multiplicado por dois). Na equação incógnita, temos 3H2O no segundo membro. Na equação II, existe apenas 1H2O no segundo membro. Multiplicamos a equação II por três (o calor é multiplicado por três). Escrevemos as equações e somamos membro a membro. Somando-se: 2. Cálculo do ΔH de uma reação, usando a Lei de Hess Tal como fizemos para calor de reação, o ΔH de uma reação pode ser calculado tratando algebricamente as equações termoquímicas. Exemplo Têm-se as seguintes reações, a 25°C e 1 atm. Calcular o ΔH da reação: Observação Quando numa equação não vem a quan tidade da subs tância relacionada com o ΔH, suben tende-se que a reação foi realizada, usando proporções que são as quantidades em mols dessas substâncias, expressas na equação como coeficientes. Na equação a, subentende-se que 1 mol de carbono grafita combina-se com 1 mol de oxigênio e libera 1 mol de CO2, acompanhado de uma perda de 94,1 kcal. Resolução Para se obter o ΔH em questão, deve-se: • escrever a equação a. • escrever a equação b multiplicada por 2 orientada pela equação-problema. • escrever a equação inversa de c. Em seguida, basta somá-las. A Lei de Hess permite tratar as equações termo - químicas como se fossem equações matemáticas. I) 2C + 2O2 → 2CO2 + 188 kcal II) 3H2 + 3/2O2 → 3H2O + 204 kcal III) C2H6O → 2C + 3H2 + 1/2O2 – 74 kcal C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O + 318 kcal a) C(grafita) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 94,1 kcal b) H2(g) + 1/2O2(g) → H2O (l) ΔH = – 68,3 kcal c)CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = – 212,8 kcal C(grafita) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH = ?C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O + calor C(grafita) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 94,1 kcal 2H2(g) + O2(g) → 2H2O( l) ΔH = – 136,6 kcal CO2(g) + 2H2O( l) → CH4(g) + 2O2(g) ΔH = + 212,8 kcal –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C(grafita) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH = – 17,9 kcal I) C + O2 → CO2 + 94 kcal II) H2 + 1/2O2 → H2O + 68 kcal III) 2C + 3H2 + 1/2O2 → C2H6O + 74kcal C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 47 48 QUÍMICA � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) – O craqueamento (cracking) é a denominação técnica de processos químicos na indústria por meio dos quais moléculas mais complexas são quebradas em moléculas mais simples. O princípio básico desse tipo de processo é o rompimento das ligações carbono-carbono pela adição de calor e/ou catalisador. Um exemplo da aplicação do craqueamento é a transformação do dodecano em dois compostos de menor massa molar, hexano e propeno (propileno), conforme exemplificado, simplificadamente, pela equação química a seguir: C12H26 (l) → C6H14 (l) + 2 C3H6 (g) São dadas as equações termoquímicas de combustão completa, no estado-padrão para os três hidrocarbonetos: C12H26 (l) + O2 (g) → 12 CO2 (g) + 13 H2O (l) ΔH0C = – 7513,0 kJ/mol C6H14 (l) + O2 (g) → 6 CO2 (g) + 7 H2O (l) ΔH0C = – 4163,0 kJ/mol C3H6 (g) + O2 (g) → 3 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔH0C = – 2220,0 kJ/mol Utilizando a Lei de Hess, pode-se afirmar que o valor da variação de entalpia-padrão para o craqueamento do dodecano em hexano e propeno, será a) – 13896,0 kJ/mol. b) – 1130,0 kJ/mol. c) + 1090,0 kJ/mol. d) + 1130,0 kJ/mol. e) + 13896,0 kJ/mol. Resolução Manter a primeira equação; inverter a segunda equação, inver ter e multiplicar por dois a terceira equação e somar. C12H26 (l) + O2 (g) → 12 CO2 (g) + 13 H2O (l) ΔH = – 7513,0 kJ/mol 6 CO2 (g) + 7 H2O (l) → C6H14 (l) + O2 (g) ΔH = + 4163,0 kJ/mol 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → 2 C3H6 (g) + 9 O2 (g) ΔH = + 4440,0 kJ/mol ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C12H26 (l) → C6H14 (l) + 2 C3H6 (g) ΔH = + 1090,0 kJ/mol Resposta: C � Quando se forma 1 mol de H2O(l) a partir de H2(g) e O2(g), há uma liberação de 68,3 kcal. Para passar 1 mol de H2O(l) para o estado gasoso, são neces sárias 10,5 kcal. Qual é o calor liberado na formação de 1 mol de H2O(g), a partir de H2(g) e O2(g)? Resolução I) H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) + 68,3 kcal II) H2O(l) + 10,5 kcal → H2O(g) ou III) H2O(l) → H2O(g) – 10,5 kcal Somando-se I e III: H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g) + 57,8 kcal Portanto, a formação de H2O(g) libera me nos calor que a formação de H2O(l), pois uma parte do calor de reação foi usada para fazer a mudança de estado físico (L → G). � Calcule o ΔH para a reação C2H4 + H2 → C2H6, sabendo-se que: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + 341,1 kcal C2H6 + 7/2O2 → 2CO2 + 3H2O + 372,3 kcal H2 + 1/2O2 → H2O + 67,2 kcal Resolução Manter a primeira equação; inverter a segunda equação; manter a terceira equação; somar: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + 341,1 kcal 2CO2 + 3H2O →C2H6 + 7/2O2 – 372,3 kcal H2 + 1/2O2 → H2O + 67,2 kcal ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C2H4 + H2 → C2H6 + 36 kcal � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – O “besouro bombardeiro” es - pan ta seus preda dores, expelindo uma solução quente. Quando amea - çado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas de hidroquinona, peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem uma reação exotér mica, representada por: enzimas C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) ⎯⎯⎯→ C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l) hidroquinona O calor envolvido nessa transformação pode ser cal cu lado, consi - derando-se os processos: C6H4(OH)2 (aq) → C6H4O2 (aq) + H2 (g) ΔH0 = + 177 kJ . mol–1 H2O (l) + 1/2 O2 (g) → H2O2 (aq) ΔH0 = + 95 kJ . mol–1 H2O (l) → 1/2 O2 (g) + H2 (g) ΔH0 = + 286 kJ . mol–1 37 ––– 2 19 ––– 2 37 –––– 2 19 –––– 2 9 ––– 2 Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 48 49QUÍMICA Assim sendo, o calor envolvido (ΔH) na reação que ocorre no organismo do besouro é a) – 558 kJ . mol–1 b) – 204 kJ . mol–1 c) + 177 k . mol–1 d) + 558 kJ . mol–1 e) + 585 kJ . mol–1 Resolução A energia envolvida na reação de defesa do besouro é cal culada por meio da Lei de Hess. Mantendo a primeira equação, invertendo a segunda e a terceira equações e somando-as, temos: C6H4(OH)2 (aq) → C6H4O2 (aq) + H2 (g) ΔH = + 177 kJ/mol H2O2 (aq) → H2O (l) + 1/2 O2 (g) ΔH = – 95 kJ/mol H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l) ΔH = – 286 kJ/mol ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) → C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l) ΔH = – 204 kJ/mol Resposta: B � (UFAL-MODELO ENEM) – A Lei de Hess estabelece que o calor liberado ou absorvido numa reação química só depende dos estados inicial e final, ou seja, não depende do número de estados inter - mediários. O calor envolvido numa reação pode ser determinado tra - tando algebricamente equações termo químicas. A Lei de Hess também é chamada de lei de aditivi dade dos calores de reação, porque o calor de reação pode ser determinado pela soma de equações químicas. Todos os sistemas a seguir estão a 25°C: C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 94kcal H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ΔH = – 68kcal CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = – 212kcal Calcular a variação de entalpia (ΔH) da reação: C(s) + 2H2(g) → CH4(g) a) + 18kcal b) – 18kcal c) + 36kcal d) – 36kcal e) – 110kal Resolução Manter a primeira equação; multiplicar a segunda equação por 2; inverter a terceira equação e somar: C + O2 → CO2 ΔH = – 94kcal 2H2 + O2 → 2H2O ΔH = – 136kcal CO2 + 2H2O → CH4 + 2O2 ΔH = + 212kcal –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C + 2H2 → CH4 ΔH = – 18kcal Resposta: B � O aproveitamento de resíduos florestais vem se tornando cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo ΔH1 a variação de entalpia devido à queima de 1 g desse bio-óleo, resultando em gás carbônico e água líquida, e ΔH2, a variação de entalpia envolvida na conversão de 1 g de água no estado gasoso para o estado líquido. Sabe-se que a queima de 1g desse bio-óleo produz 1g de água. A variação de entalpia, em kJ, para a queima de 5 g desse bio-óleo resultando em CO2 (gasoso) e H2O (gasoso) é: a) – 106. b) – 94,0. c) – 82,0. d) – 21,2. e) – 16,4. Resolução Pelo gráfico: ΔH3 = –18,8kJ/g + 2,4 kJ/g = –16,4kJ/g Bio + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) ΔH3 = –16,4 kJ/g 1 g de bio-óleo → –16,4 kJ 5 g de bio-óleo → x x = –82 kJ Resposta: C Energia Bio-óleo + O (g)2 �H = -18,8 kJ/g1 CO (g) + H O (g)2 2 �H = -2,4 kJ/g2 CO (g) + H O ( )2 2 l Energia Bio-óleo + O (g)2 �H = -18,8 kJ/g1 CO (g) + H O (g)2 2 �H = -2,4 kJ/g2 CO (g) + H O ( )2 2 l �H = -16,4 kJ/g3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 49 50 QUÍMICA � (UNICAMP-SP) – Grafita e diamante são formas alo tró - picas cujas equações de combustão são apresentadas abaixo: C(gr) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 393,5 kJ mol –1 C(d) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 395,4 kJ mol –1 a) Calcule a variação de entalpia necessária para converter 1,0 mol de grafita em diamante. b) Qual a variação de entalpia envolvida na queima de 120g de grafita? (C = 12g/mol) RESOLUÇÃO: a) Manter a primeira equação e inverter a segunda: C(gr) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 393,5 kJ mol –1 CO2(g) → C(d) + O2(g) ΔH = + 395,4 kJ mol –1 + –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C(gr) → C(d) ΔH = + 1,9 kJ mol–1 b) 12g ––––––––––––––––– 393,5 kJ } x = 3935 kJ 120g ––––––––––––––––– x ΔH = – 3935 kJ � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – O monóxido de nitro - gênio (NO) pode ser produzido diretamente a partir de dois gases que são os principais constituintes do ar atmosférico, por meio da reação representada por N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) ΔH = + 180 kJ. O NO pode ser oxidado, formando o dióxido de nitrogênio (NO2), um poluente atmosférico produzido nos motores a explosão: 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ΔH = – 114 kJ. Tal poluente pode ser decomposto nos gases N2 e O2: 2NO2 (g) → N2(g) + 2O2(g). Essa última transformação a) libera quantidade de energia maior do que 114 kJ. b) libera quantidade de energia menor do que 114 kJ. c) absorve quantidade de energia maior do que 114 kJ. d) absorve quantidade de energia menor do que 114 kJ. e) ocorre sem que haja liberação ou absorção de energia. RESOLUÇÃO: Para calcular o ΔH da reaçãode decomposição do NO2, vamos aplicar a Lei de Hess. As duas equações termoquímicas fornecidas devem ser inver - tidas: 2 NO (g) → N2 (g) + O2 (g) ΔH = – 180 kJ 2 NO2 (g) → 2 NO (g) + O2 (g) ΔH = + 114 kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 NO2 (g) → N2 (g) + 2 O2 (g) ΔH = – 66 kJ A reação da decomposição do NO2 é exotérmica (ΔH < 0) e libera energia menor que 114 kJ. Resposta: B � (EINSTEIN-SP) – Observe a equação de formação de etanol a seguir: 2 Cgraf + 3 H2 (g) + 1/2 O2(g) → C2H6O (l) Com base nas equações abaixo que resultam na reação de interesse, calcule o ΔH da reação de formação do etanol. I. Cgraf + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = –394 kJ/mol II. H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l) ΔH = –286 kJ/mol III. C2H6O (l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O (l) ΔH = –1368 kJ/mol a) –278 kJ/mol. b) –2048 kJ/mol. c) –688 kJ/mol. d) +294 kJ/mol. RESOLUÇÃO: A equação I deve ser multiplicada por 2. A equação II deve ser multiplicada por 3. A equação III deve ser invertida. Somando as três equações, temos: I. 2 Cgraf + 2 O2 (g) → 2 CO2(g) ΔH = –788 kJ/mol II. 3 H2 (g) + 3/2 O2 (g) → 3 H2O (l) ΔH = –858 kJ/mol III. 2 CO2(g) + 3 H2O (l) → C2H6O (l) + 3 O2(g) ΔH = +1368 kJ/mol ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 Cgraf + 3 H2 (g) + 1/2 O2 (g) → C2H6O (l) ΔH = –278 kJ/mol Resposta: A Exercícios Propostos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 13:19 Página 50 51QUÍMICA 1. Conceito Cinética química é a parte da Química que estuda a velocidade ou rapidez das reações. Inicialmente, imaginamos uma reação genérica: Colocamos A e B em contato. Eles reagem para produzir C e D. A velocidade com que esta reação ocorre é notada pelo tempo com que A e B “desaparecem”, ou o tempo com que C e D “aparecem”. Uma reação será rápida quando os produtos se formarem depressa e será lenta se esse processo demorar para acontecer. Deve-se notar que A e B devem ser consumidos no mesmo tempo em que C e D se formam, portanto podemos expressar a velocidade da reação em termos do con - sumo dos reagentes ou do aparecimento dos produtos. 2. Velocidade ou rapidez de uma reação A velocidade média da reação é a relação entre a quantidade consumida ou produzida e o intervalo de tempo gasto para que isso ocorra. ou Essas quantidades são normalmente expressas em mols. Dissolução de um comprimido eferves cen te em água. A medida do tempo é também ex pressa em qualquer unidade que se ajuste à determinada reação: – segundos para a dissolução de um comprimido efervescente em água. – microssegundos para a explosão do gás de botijão com o oxigênio. – minutos ou horas para a combustão de uma vela. – dias para a oxidação do ferro (enferrujamento). Podemos, então, usar uma expressão para o cálculo da velocidade de uma reação: vm = velocidade média da reação. Δn = variação da quantidade em mols de um com - ponente (em módulo). Δt = tempo gasto nessa variação. Para a velocidade média ficar positiva, faz-se o seguinte: a) Reagente como referência: vm = – b) Produto como referência: vm = A + B → C + D velocidade de quantidade de A consumida = –––––––––––––––––––––––––––– desaparecimento intervalo de tempo velocidade de quantidade de C produzida = –––––––––––––––––––––––––––––aparecimento intervalo de tempo �Δn� vm = –––––Δt Δn –––– Δt Δn –––– Δt 11 Palavras-chave:Velocidade (rapidez) de uma reação • Velocidade de reação • Velocidade média • Velocidade instantânea C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 51 52 QUÍMICA Exemplo: Consideremos a reação A + B → C + D, realizando- se num sistema fechado. Determinemos a quantidade em mols de C em dois instantes: t1 = 10 min → n1 = 2 mol t2 = 20 min → n2 = 3 mol A velocidade média será: Em média, a cada minuto forma-se 0,1 mol de C. Como calcular a velocidade média ou ra pi dez de uma reação? Resolução A velocidade média de uma reação química pode ser calculada da seguinte maneira: 1) vm = Δn: variação da quantidade de matéria (mols) 2) vm = Δm: variação da massa 3) vm = ΔV: variação do volume 4) vm = ΔM: variação da concentração em quantidade de matéria, mol/L. Todas essas variações são tomadas em mó dulo, de modo a fazer com que a velocidade fique uma quan - tidade po sitiva. 3. Rapidez da transformação e concentração Considere a reação de zinco com ácido clorídrico, liberando gás hidrogênio: À medida que decorre o tempo, a concentração de HCl vai diminuindo, conforme o gráfico adiante. Como calcular a velocidade (rapidez) da reação no instante t? Trace uma tangente à curva pelo ponto P. Escolha sobre a tangente dois pontos, A e B. No triângulo retângulo ABC, a tangente trigonométrica do ângulo α é dada por: A tangente do ângulo α (inclinação da curva) ex - pressa a velocidade da reação no instante t. O volume de H2 formado aumenta com o passar do tempo. A velocidade no instante t em termos de varia - ção do volume de H2 formado com o tempo pode ser calculada pelo mesmo processo. tg α = = rapidez Δn n2 – n1 3 mol – 2 molvm = ––– = –––––– = –––––––––––––– = 0,1 mol/minΔt t2 – t1 20 min – 10 min Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) Δn –––– Δt Δm –––– Δt ΔV –––– Δt ΔM –––– Δt cateto oposto — AC tg α = –––––––––––––––– = ––––– = rapidez cateto adjacente —BC — AC –––––— BC C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 52 53QUÍMICA Exercícios Resolvidos Texto para as questões � e �. A hidrólise do cloreto de butila (C4H9Cl) produz álcool butílico (C4H9OH) e HCl. C4H9Cl(aq) + H2O(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq) Foi preparada uma solução aquosa de C4H9Cl e a concentração de C4H9Cl em vários instantes após o tempo zero foi medida e os dados coletados são mostrados no gráfico seguinte. A velocidade média da reação em relação ao cloreto de butila é dada pela fórmula: vm = – = – As velocidades são expressas como grandezas positivas. Como a concentração do reagente está diminuindo, Δ(C4H9Cl) é um número negativo. Para resultar uma velocidade positiva, usamos o sinal de menos na fórmula. � (MODELO ENEM) – A velocidade média da reação em relação ao cloreto de butila durante o intervalo de tempo de 300 a 800s é: a) – 6,25 . 10–5 mol . L–1 . s–1 b) + 6,25 .10–5 mol . L–1 . s–1 c) – 7,00 . 10–5 mol . L–1 . s–1 d) + 7,00 . 10–5 mol . L–1 . s–1 e) + 1,00 . 10–4 mol . L–1 . s–1 Resolução Analisando o gráfico, temos: t1 = 300s → (C4H9Cl] = 0,055 mol . L –1 t2 = 800s → (C4H9Cl] = 0,020 mol . L –1 vm = – = – vm = – = 0,0000700 mol . L –1 . s–1 vm = 7,00 . 10 –5 mol . L–1 . s–1 Resposta: D � (MODELO ENEM) – A velocidade instantânea da reação é a velo - cidade em um instante específico da reação. A velocidade instan tânea é determinada pela inclinação (tangente) da curva no ponto consi - derado. Por exemplo, na reação de hidrólise do cloreto de butila, a velocidade instantânea em 600s é determinada desenhando-se a tangente geométrica da curva nesse instante. Em seguida, constrói-se um triângulo retângulo com linhas horizontal e vertical. A inclinação (tangente trigonométrica) é a razão entre a altura vertical e o comprimento horizontal. v600s � – = 6,25 .10 –5 mol . L–1 . s–1 A velocidade inicial da reação é a velocidade instantânea no instante t = 0, que é igual a a) 0,200 mol . L–1 . s–1 b) 0,100 mol . L–1 . s–1 c) 1,0 . 10–4 mol . L–1 . s–1 d) 1,5 . 10–4 mol . L–1 . s–1 e) 2,0 . 10–4 mol . L–1 . s–1 Resolução Traça-se a tangente geométrica à curva no instante t = 0 e constrói-se o triângulo retângulo. A inclinação é igual à variação no eixo vertical dividida pela variação no eixo horizontal: cateto oposto = 0,100 – 0,060 = 0,040 Cateto adjacente = 200 – 0 = 200 tg α = v0s = = 2,0 .10 –4 mol . L–1 . s–1 Nota: Não confunda com a velocidade média no intervalo 0s a 200s: vm = = vm = = 1,65 .10 –4 mol . L–1 . s–1 Resposta: E � (UFC-CE-MODELO ENEM) – Metano (CH4) é o gás produzido a partir da biomassa, e a sua queima na indústria, para obtenção de energia térmica, corresponde à seguinte reação:CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Se a velocidade de consumo do metano é 0,01 mol min–1, assinale a alternativa que correta mente expressa a quantidade em mols de CO2 produzida durante uma hora de reação. a) 0,3 b) 0,4 c) 0,5 d) 0,6 e) 0,7 Resolução A estequiometria da reação indica que, para cada mol de CH4 con - sumido, há a formação de um mol de CO2. A partir da velocidade da rea ção, sabe-se que 0,01 mol de CH4 é consumido por minuto, com 0,6 mol de CH4 sendo consumido em uma hora (60 minutos). Logo, 0,6 mol de CO2 será produzido em uma hora. Resposta: D 0 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Tempo (s) Velocidade instantânea em = 0t (velocidade inicial) Velocidade instantânea em = 600st �t � [C H C ] 4 9 l[C H C ] ( m ol / L) 4 9 l [C4H9Cl]2 – [C4H9Cl]1––––––––––––––––––––––– t2 – t1 Δ [C4H9Cl]–––––––––––– Δt [C4H9Cl]2 – [C4H9Cl]1––––––––––––––––––––––– t2 – t1 Δ [C4H9Cl]–––––––––––– Δt (0,020 – 0,055) mol . L–1 –––––––––––––––––––––– (800 – 300)s (0,017 – 0,042) mol . L–1 –––––––––––––––––––––– (800 – 400)s 0,040 mol . L–1 ––––––––––––––– 200s (0,067 mol . L–1 – 0,100 mol . L–1) –––––––––––––––––––––––––––––––– (200 – 0)s ΔM ––––––– t2 – t1 0,033 mol . L–1 ––––––––––––––– 200s C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 53 54 QUÍMICA � (ESEFEGO) – Dada a equação que representa uma reação quí - mica genérica A → B e a variação da concentração do reagente A e do produto B em fun ção do tempo, conforme quadro a seguir, pede-se: a) Qual a velocidade da reação em relação a A, no intervalo de 15 a 35 segundos? b) Faça um gráfico que represente o que ocorre com as con - centrações do reagente e do produto em função do tempo. Resolução a) v = = 0,05 mol . L–1 . s–1 b) � (UFV-MG-ADAPTADO-MODELO ENEM) – No coti diano, verifica - mos que há reações químicas lentas e outras mais rápidas. Assim, a explosão da dinamite ocorre em fração de segundo. A reação que infla um airbag é praticamente instantânea. A queima de uma vela demora algumas horas. O enferrujamento leva anos para corroer um objeto de ferro. Assinale o fenômeno que apresenta ve lo cida de média maior. a) A combustão de um palito de fósforo. b) A transformação de rochas em solos. c) A corrosão de um automóvel. d) O crescimento de um ser humano. e) A formação de petróleo a partir de seres vivos. Resolução A transformação de rochas em solos, a corrosão do aço, o cres - cimento de um ser humano e a formação do petróleo são trans - formações muito lentas. Resposta: A � (MODELO ENEM) – No gráfico abaixo são projetados os valores da concen tração em função do tempo para a reação: A + B → C A velocidade de formação de C (rapidez da reação) no instante t = 10s é igual a: a) 5,00 . 10–2 mol . L–1 . s–1 b) 5,00 . 10–3 mol . L–1 . s–1 c) 2,86 . 10–3 mol . L–1 . s–1 d) 2,00 . 10–3 mol . L–1 . s–1 e) 1,54 . 10–3 mol . L–1 . s–1 Resolução tg α = = tg α = 2,86 . 10–3 v = 2,86 . 10–3 mol . L–1 . s–1 Resposta: C A (mol/L) 6,0 4,5 3,5 2,5 1,5 B (mol/L) 0 1,5 2,5 3,5 4,5 Tempo (s) 0 3 5 15 35 � 1,5 mol/L – 2,5 mol/L � –––––––––––––––––––––––– 35s – 15s (0,07 – 0,05) ––––––––––––– (17 – 10) ––– ZY –––––––– XY C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 54 55QUÍMICA Exercícios Propostos � A duração do efeito de alguns fármacos está rela cionada com a sua meia-vida, tempo necessário pa ra que a quan tidade original do fármaco no orga nismo se reduza à me tade. A cada intervalo de tempo correspondente a uma meia-vida, a quantidade de fármaco existente no orga nismo no final do intervalo é igual a 50% da quantidade no início desse intervalo. O gráfico acima representa, de forma genérica, o que acon tece com a quantidade de fármaco no organismo humano ao longo do tempo. F. D. Fuchs e Cheri, Wanama. Farmacologia Clínica, Rio de Janeiro. Guanabara, Koogan, p.40 A meia-vida do antibiótico amo xicilina é de 1 hora. As sim, se uma dose desse antibiótico for injetada às 12h em um pa cien - te, o percentual des sa dose que restará em seu organismo às 13h30 min será aproxi mada mente de a) 10% b) 15 c) 25% d) 35% e) 50% RESOLUÇÃO: Das 12h (injeção do antibiótico) às 13h e 30min, de cor reu 1h e 30 mi nutos. Como a meia-vida é de 1 hora, concluímos que tivemos um total de 1,5 meia-vida. Pelo gráfico, para o número de meias-vidas igual a 1,5, a por cen - tagem de fármaco no organismo será de aproxi ma damente 35%. Resposta: D � (UNEB-BA-MODELO ENEM) – A amônia é produzida indus tria l mente a partir do gás nitrogênio (N2) e do gás hidrogênio (H2), segundo a equação: N2(g) + 3H2(g) ⎯⎯→ 2NH3(g) Dado: massa molar do H2 = 2,0g . mol –1 Numa determinada experiência, a velocidade média de consumo de gás hidrogênio foi de 120 gramas por minuto. A velocidade de formação do gás amônia, nessa experiência, em mols por minuto será de: a) 10 b) 20 c) 40 d) 50 e) 60 RESOLUÇÃO: 3 mol de H2 ––––––––––– 2 mol de NH3 3 x 2,0g –––––––––––––– 2 mol � x = 40 mol 120g ––––––––––––––––– x vNH3 = 40 mol/min Resposta: C 35% 1,5 N.° de meias-vidas % de fármaco no organismo C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 55 56 QUÍMICA � (PUC-SP) – A ve|ocidade de uma reação pode ser medida pela concentração de um reagente ou de um produto em diferentes instantes de tempo. Para isso, é necessário procurar uma propriedade mensurável, ou de um reagente ou de um produto. Por exemplo, é possivel medir a decomposição do peróxido de hidrogênio recolhendo e medindo o volume de gás liberado. A velocidade média da reação leva em conta a este - quio metria da reação. Assim, a ve|ocidade da reação média é a mesma, sendo calculada tendo como parâmetro o consumo de um reagente, ou a formação de um produto. Observe o gráfico abaixo, que representa a decomposição do peróxido de hidrogênio. Considerando a reação de decomposição do peróxido de hidro - gênio e o gráfico representado a seguir, avalie as afir ma tivas apresentadas abaixo e assinale a alternativa correta. Fonte:Adaptada de Química3: introdução à química inôrgânica, orgânica e físico-química: volume 1. Andrew Burrows… [et al]. Rio de Janeiro. LTC. 2012. I. A curva em verde representa o consumo de peróxido de hidrogênio. II. A curva em azul representa a produção de oxigênio. III. A velocidade média de decomposição da água oxige nada pode ser representada por: – Δ[H2O2]/Δt a) As afirmativas I e II estão corretas. b) As afirmativas I e III estão corretas. c) As afirmativas I, II e III estão corretas. d) Apenas a afirmativa I está correta. RESOLUÇÃO: H2O2 → H2O + O2 ou 2 H2O2 ⎯→ 2 H2O + O2 curva verde curva azul curva vermelha I. Correta. Curva decrescente representa a diminuição da concentração de H2O2. II. Incorreta. Representa a curva de produção de H2O, pois a pro dução de H2O é maior que a de O2 (2H2O/1 O2). III.Correta. v = – Resposta: B 1 –– 2 Δ [H2O2] ––––––––– Δt C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 56 57QUÍMICA 1. Condições para que uma reação ocorra Condições fundamentais As condições fundamentais para que uma reação ocor ra são afinidade química e contato entre os rea - gen tes. As substâncias colocadas para reagir devem possuir tendência para entrar em reação. Quando se mistura hidrogênio com flúor, cloro e bro - mo, forma-se prefe ren cial mente o HF, depois o HCl, e em último lugar, o HBr. Somente depois de acabar o flúor é que o hidrogênio reage com o cloro, e somente depois de todo o cloro ter reagido, se ainda houver hidro gênio, é que se dá a combinação deste com o bromo. Diz-se, então, que a afinidade química dos halo gê nios para com o hidrogênio decresce do flúor para o iodo. Por outro lado, os reagentes devem estar em con - tato, para que entre eles possam estabelecer-se as interações químicas que determinam uma reação. As interações químicas são devidas às colisões en - tre as partículas dos reagen tes,como veremos a seguir. Condições acessórias Deve haver choque entre partículas ativadas ener ge ticamente e ocorrer uma boa orientação. As condições acessórias explicam quando uma rea - ção termodina micamente possível (existe afinidade e con tato) é lenta ou rápida, isto é, estão relacionadas com a velocidade da reação. 2. Teoria da colisão Partimos do princípio de que as partículas de uma substância química não estão paradas. Elas possuem uma determinada quantidade de energia (energia própria) e se movimentam. Este movimento faz com que se choquem. Este choque pode fazer com que ocorra a reação. Mas será que basta haver um choque para haver reação? A resposta é não. Experiências mostram que, em cer - tas reações, chegam a acontecer 1 000 000 de choques em um segundo (combustão do metano). Mas a maior parte desses choques é inútil (não é eficiente, efetivo). É inútil porque as partículas que se chocam não possuem energia suficiente para que sejam rompidas as ligações nos reagentes e formadas as novas ligações nos produtos. 3. Energia de ativação Como dissemos anteriormente, as partículas pos - suem uma determinada quan tidade de energia (energia própria), mas insistimos: essa energia não é suficiente para iniciar a reação. Para cada reação, existe um mínimo necessário de energia, sem o qual a reação não acontece. Choques entre partículas que não possuem esse mínimo necessário são inúteis. Choques entre partículas que pos suem esse mínimo ou mais são efi - cientes e a reação tem condições de ocorrer. Concluímos então que as partículas devem receber uma quantidade adicional de energia para que se ativem e possam ter o mínimo de energia necessário para que a reação ocorra. Essa energia necessária para ativar as moléculas, para levá-las a uma situação em que possa haver reação, chama-se energia de ativação. Consideremos a reação: Seja E1 a energia média dos reagentes. Para ocorrer a reação, é necessário no mínimo uma energia E2. Fornecendo aos reagentes a diferença E2 – E1 (energia de ativação), as moléculas se chocam violentamente, formando uma partícula instável chamada complexo ativado. Quando este se rearranja para formar os pro - dutos (energia E3), há liberação de uma certa quantidade de energia (E2 – E3). A2 + B2 → AB + AB Na reação en tre N2 e O2 as mo léculas de vem pos suir elevada ener gia e co li dir nu ma orien ta ção privi le gia da. As moléculas se cho cam violen ta - mente e formam uma partí cu la ins - tá vel chamada com plexo ati va do. As ligações N N e O = O são rom pidas e for mam-se as liga ções en tre N e O. 12 Palavras-chave: Teoria das colisões • Teoria das colisões • Complexo ativado • Energia de ativação • Caminho da reação C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 57 58 QUÍMICA A energia E2 – E3 pode ser maior ou menor que a energia de ativa ção. No primeiro caso, a reação será exotérmica, e no segundo caso, endotérmica. Em uma reação exotérmica, HP < HR e o ΔH < 0. Em uma reação endotérmica, HP > HR e o ΔH > 0. 4. O que é caminho da reação? Caminho da reação ou coor denada de reação é o nome que se dá à sequência: (Reagentes) → �Complexo� → (Produtos) Ativado 5. Reação exotérmica No gráfico abaixo, temos: E1 = energia própria dos reagentes E2 = energia do complexo ativado b = energia de ativação da reação (E2 – E1) E3 = energia própria dos produtos c = ΔH da reação (variação total da energia): ΔH = E3 – E1 Observe que E2 – E3 é maior que E2 – E1. 6. Reação endotérmica No gráfico abaixo, temos: E1 = energia própria dos reagentes E2 = energia do complexo ativado b = energia de ativação da reação (E2 – E1) E3 = energia própria dos produtos c = ΔH da reação (variação total da energia): ΔH = E3 – E1 Observe que E2 – E3 é menor que E2 – E1. O ponto mais alto do gráfico corresponde ao mo - men to do choque entre as partículas ativadas. Devemos lembrar ainda que esse choque deve ser dado em uma orientação que possibilite a reação. A seguir, mos - tramos duas possíveis situações de choque entre mo - léculas ativadas de H2 e I2. choque mal orientado: inútil choque bem orientado: útil Choques mal orientados, mesmo entre partículas ati va das, não conduzem à reação, assim como choques bem orientados entre partículas não ativadas também não conduzem. A2 + B2 → AB + AB + calor (ΔH < 0)14243 14243 reagentes produtos A2 + B2 + calor → AB + AB ou A2 + B2 → AB + AB – calor (ΔH > 0)14243 14243 reagentes produtos Entalpia (H) É a energia total armazenada no sistema. A va - riação de entalpia (ΔH = HP – HR) é a energia liberada ou absorvida na reação. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 58 59QUÍMICA Importante: 7. Dependência da velocidade da reação com a energia de ativação A energia de ativação deve ser entendida como uma dificuldade, uma autêntica barreira para a reação. En quanto tal barreira não é superada, a reação não acon tece. Podemos concluir, então, que: quanto maior a ener gia de ativação, mais difícil será para a reação acontecer. São reações que necessitam que se forneça muita energia para que ocorram: são reações lentas. Quanto menor a energia de ativação, mais fácil será para a reação acontecer. São reações que necessitam de pouca energia para que ocorram: são reações rá pi das. Portanto: Compare as duas reações: A primeira reação (I) necessita de 40,7 kcal/mol pa ra se iniciar (barreira alta). A segunda reação (II) ne ces sita apenas de 2,3 kcal/mol para se iniciar (barreira baixa). Portanto, a reação II é mais rápida, pois necessita de menor energia para iniciar. Quanto menor a barreira energética, maior a velocidade da reação. O choque deve ocorrer entre partículas ativadas em uma boa orientação. � Considere o processo de ionização do HCl em água. HCl + H2O → H3O + + Cl– As moléculas de HCl devem colidir com as de H2O. Analise as colisões: I) II) Julgue os itens: 1) Se o átomo de Cl do HCl chocar-se com o O de H2O, ocorrerá a formação de íons. 2) A colisão do H do HCl com o O da água poderá ori ginar íons, se ela for suficientemente ener gé tica. 3) As duas colisões esquematizadas originarão íons, se elas forem suficientemente energéticas. Está correto somente o que se afirma em: a) 1 b) 2 c) 3 d) 1 e 3 e) 2 e 3 Resolução 1) Incorreto. A orientação no choque não é favorável. 2) Correto. A colisão será efetiva quando houver orientação favo - rável no choque e se ela for suficientemente energética. 3) Incorreto. A orientação não é favorável na colisão II. Resposta: B � (MODELO ENEM) – As moléculas devem ser orientadas de certa maneira durante as colisões para que a reação ocorra. Além de uma orientação determinada, as moléculas que colidem devem ter energia cinética total igual ou maior que um valor mínimo. Na colisão, a energia cinética pode ser usada para esticar, dobrar e quebrar as ligações. Se as moléculas se movem lentamente, com pequena energia cinética, elas colidem sem ocorrer a reação. A energia mínima necessária para iniciar uma reação é chamada energia de ativação, Ea, que é uma característica da reação. O arranjo dos átomos no momento da colisão é chamado complexo ativado ou estado de transição. Considere a reação de Cl com NOCl. Cl(g) + NOCl(g) → NO(g) + Cl2(g) A sequência: reagentes → complexo ativado → produtos tem o nome de caminho (ou progresso) da reação. Reagentes complexo ativado produtos OO ClCl OOOO ClClClClClCl ClClClCl Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 59 60 QUÍMICA O perfil de energia para a reação é apresentado no gráfico: Quanto maior a energia de ativação (Ea), menor a rapidez da reação. Considere três reações com probabilidade aproximadamente igual de que as colisões sejam orientadas de maneira favorável: Colocando as reações em ordem, da mais lenta para a mais rápida, temos: a) 1 < 2 < 3 b) 3 < 2 < 1 c) 2 < 1 < 3 d) 1 < 3 < 2 e) 2 < 3 < 1 Resolução Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação. Da mais lenta para a mais rápida, temos: 2 (Ea = 25kJ/mol) < 1 (Ea = 20 kJ/mol) < 3 (Ea = 15 kJ/mol) Resposta: C � (CEFSA-BA) – Para uma reação química R → P, o gráfico que representa corretamente a velocidade de consumo do reagente, R, é:. Resolução À medida que vai passando o tempo, a concentração do reagente diminui. Resposta: C a) C on ce nt ra çã o Tempo b) C on ce nt ra çã o Tempo c) C on ce nt ra çã o Tempo d) C on ce nt ra çã o Tempo e) C on ce nt ra çã o Tempo Exercícios Propostos � (UNIP-MODELO ENEM) – As reações químicas conver - tem subs tâncias com propriedades de fini das em outros materiais com propriedades diferentes. É importante entender com que ra pidez (velocidade) as reações ocorrem. Consi dere a reação entre átomos de cloro (Cl) com moléculas de cloreto de nitrosila (NOCl) Cl(g) + NOCl(g) → NO(g) + Cl2(g) Para que a reação ocorra, as moléculas devem ser orientadas de certa maneira. Assinale a orientação que deve ocorrer para a colisão ser efetiva e formar os produtos. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 60 61QUÍMICA RESOLUÇÃO: A orientação correta, para ocorrer a reação, coloca os átomos de cloro juntos para formar Cl2. Resposta: C � Dado o gráfico, assinale a alternativa falsa: a) A reação é exotérmica. b) A entalpia dos reagentes vale 20kcal/mol. c) A energia de ativação da reação direta é 50kcal/mol. d) Os produtos apresentam um conteúdo energético me nor que o dos reagentes. e) A variação de entalpia da reação direta é ΔH = – 10kcal/mol. RESOLUÇÃO: A energia de ativação é (50kcal/mol) – (20kcal/mol) = 30kcal/mol Resposta: C � Suponha duas reações diferentes: A + B → C + D e X + Y → T + Z, cujos caminhos energéticos estão representados a seguir: Qual a reação que ocorre mais rapidamente? Por quê? RESOLUÇÃO: A reação X + Y → T + Z é mais rápida, pois sua energia de ativação é menor (E3 < E1) a) b) c) e) d) ClCl ClCl OO OO OO OO OO ClCl ClCl ClCl ClCl ClCl ClCl ClCl ClCl C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 61 62 QUÍMICA 13 Palavras-chave:Fatores que influem na velocidade das reações • Velocidade de reação • Su per - fície de contato • Natureza dos reagentes • Temperatura 1. A velocidade das reações depende de vários fatores Quando dizemos que uma reação é lenta ou uma reação é rápida, na maior parte das vezes, estamo-nos referindo a ela nas condições ambientais, sem a inter - ferência de fatores externos. No entanto, existem fato - res que podem tornar rápida uma reação lenta e vice-versa. Citaremos aqui os mais importantes. 2. Superfície de contato Ao dissolvermos um pedaço de zinco em uma solução aquosa de ácido clorídrico, ocorre a reação: Se, em vez de usarmos um “pedaço” de zinco, usássemos o metal pulverizado, a reação seria, eviden - temente, mais rápida. Ao pulverizarmos o zinco, estamos fa cili tando o ataque do ácido clorídrico. Se usarmos o zinco em barra, limitare mos o ataque inicial à superfície do zinco. Pul verizando-o, aumentaremos sua superfície de con tato e, com isso, aumentaremos a velocidade da reação. Considere um cubo de zinco mergulhado em ácido clorídrico. A reação ocorre apenas na superfície do cubo. Dividindo o cubo ao meio, apa recem duas novas su per - fícies que ficam em contato com o ácido. Dessa maneira, aumen tam a superfície de con tato, a quan - ti dade de zin co que rea ge e a velo cidade da reação. Como outro exemplo, te mos a oxidação do ferro (en - ferrujamento). A formação de ferrugem é lenta quando a superfície de contato é pequena, como é o caso de uma barra de ferro. Se a barra for pulverizada, o enferrujamento será mais rápido por causa da maior área de contato. 3. Natureza dos reagentes Em uma reação química, há necessidade de rom pi - mento de ligações nos reagentes, para a conse quen te formação de novas ligações nos produtos. Quanto maior for o número e a força dessas ligações a serem que - bradas, mais difícil e, portanto, mais lenta será a reação. Evidentemente, uma reação que exija muitos rom - pimentos de ligações será mais lenta do que uma rea ção em que não haja muitas ligações a serem rompidas. É por isso que uma reação entre íons é mais rápida do que uma reação entre partículas maiores. Uma reação inor - gânica é normalmente mais rápida do que uma reação orgânica (moléculas grandes, muitas ligações a serem rompidas). 1.o exemplo No caso II há mais ligações a serem rompidas. 2.o exemplo No caso I (H2C2O4), há mais ligações a serem rom - pidas. Conclusão Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) II) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (muito lenta a 20°C) I) 2NO + O2 → 2NO2 (reação rápida a 20°C) I) 5H2C2O4 + 2MnO – 4 + 6H + → 10CO2 + 2Mn 2+ + 8H2O (muito lenta) II) 5Fe2+ + MnO – 4 + 8H + → 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O (rápida) As reações que exigem rompimento de muitas ligações tendem a ser lentas à temperatura ambiente. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 62 63QUÍMICA 4. Temperatura Um aumento de temperatura aumenta a energia cinética das moléculas. Aumentando sua energia, as moléculas movimentar-se-ão com maior velocidade. Ha - verá um número maior de choques. Tais choques serão mais violentos e, evidentemente, ocorrerá um aumento da velocidade da reação. A energia cinética média das moléculas é propor - cional à temperatura absoluta (kelvin): Ecmédia = = k . T, sendo k uma constante de pro - porcionalidade; m: massa da molécula; v: velocidade média das moléculas; T: temperatura absoluta. Regra de van’t Hoff: Tal regra, embora dê uma ideia acerca da influência da temperatura na velocidade de uma reação, deve ser usada com muito cuidado. Ela não deve ser seguida à risca para todas as reações. Para cada reação específica, é necessário determinar experimentalmente o efeito quantitativo causado por um aumento de temperatura. Por que os alimentos são guar dados em geladeiras? Resolução Abaixando-se a temperatura, di mi nui-se a velocidade de qual quer reação. Dessa ma neira, os alimentos demoram mais tempo para es tragar. De acordo com a Regra de van’t Hoff, os alimentos devem-se dete riorar quatro ve zes mais rapidamente à tempe ratura am biente (25°C) do que em uma geladeira a 5°C. m v2 –––––– 2 Um aumento de temperatura aumenta a velo - cidade de qualquer reação química (exotérmica ou endotérmica). Um aumento de 10°C na temperatura duplica ou tri plica a velocidade de uma reação. � (PASUSP-MODELO ENEM) – Ao cortar cebolas com uma faca, nossos olhos ficam irri tados e há formação de lágrimas. Isso se deve ao fato de que a pressão causada pela faca faz com que sejam liberadas substâncias que rea gem quimicamente entre si, formando-se um composto gasoso, contendo enxofre. Tal com posto entra em contato com os olhos e produz ácido sulfúrico. O cérebro responde a essa situa ção e dispara o sinal para a produção de lágri mas, havendo conse quente diluição do ácido. Levando em consideração essa explicação, a irritação nos olhos não será atenuada se cortarmos uma cebola a) dentro de um recipiente contendo água. b) após resfriá-la em uma geladeira. c) usando-se óculos com boa vedação. d) em ambiente com pouca iluminação e) em ambiente bem ventilado. Resolução Os compostos gasosos formados ao cortar cebolas com uma faca, em contato com a água, produzem ácido sulfúrico. A irritação será atenuada se cortarmos uma ce bo la dentro de um recipiente contendo água, pois uma parte dos compostos se dissolve na água. A irritação será atenuada se cortarmos uma ce bo la após resfriá-la em uma geladeira, pois a velo cidade do processo diminui com a temperatura. A irritação será atenuada se cortarmos uma cebola usando-se óculos com boa vedação, pois os olhos não ficam em contato com os com - postos de enxofre. A irritação será atenuada se cortarmos uma ce bola em ambiente bem ventilado, pois tere mos grande dispersão dos compostos no ar. A irritação não será atenuada se cortarmos uma cebola em ambiente com pouca iluminação,pois a luz praticamente não tem interferência nesse processo. Resposta: D � (PUC-SP-MODELO ENEM) – As subs tân cias nitrato de chumbo (II) e iodeto de potássio reagem entre si tanto no estado sólido quanto em solução aquosa, formando o iodeto de chumbo (II), sólido amarelo insolúvel em água a temperatura ambiente. reação 1: Pb(NO3)2(s) + 2KI(s) → PbI2(s) + 2KNO3(s) reação 2: Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq) Sob determinadas condições, o carvão reage em contato com o oxigênio. Nas churrasqueiras, pedaços de carvão são queimados, fornecendo calor suficiente para assar a carne. Em minas de carvão, muitas vezes o pó de carvão disperso no ar entra em combustão, causando acidentes. reação 3: C(pedaços) + O2(g) → CO2(g) reação 4: C(em pó) + O2(g) → CO2(g) A síntese da amônia é um processo exotérmico, realizado a partir da reação do gás nitrogênio e do gás hidrogênio. Em um reator, foram reali zadas duas sínteses, a primeira a 300°C e a se gunda a 500°C. A pressão no sistema reacional foi a mesma nos dois experimentos. reação 5: N2(g) + 3 H2(g) → 2NH3(g) t = 300°C reação 6: N2(g) + 3 H2(g) → 2NH3(g) t = 500°C Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 63 64 QUÍMICA Analisando os fatores envolvidos nos processos acima que influenciam na rapidez das reações descritas, pode-se afirmar sobre a velocidade (v) de cada reação que a) v1 > v2, v3 > v4, v5 > v6 b) v1 < v2, v3 > v4, v5 > v6 c) v1 < v2, v3 < v4, v5 < v6 d) v1 < v2, v3 > v4, v5 < v6 e) v1 > v2, v3 < v4, v5 < v6 Resolução Reações 1 e 2: A reação 2 ocorre em meio aquoso e as substâncias estão dissociadas. Assim, o número de choques efetivos é maior em relação à reação 1. Na reação 1, os íons estão presos nos retículos cristalinos, portanto v1 < v2. Reações 3 e 4: Na reação 4, o carvão está em pó e, na reação 3, está em pedaços, portanto a superfície de contato entre os reagentes é maior na reação 4, logo esta apresenta maior velocidade, portanto v3 < v4. Reações 5 e 6: A reação 6 é realizada a uma temperatura maior em relação à reação 5. Quanto maior a tem peratura, maior a velocidade de reação, portanto v5 < v6. Resposta: C � (UNESP-MODELO ENEM) – O esquema refere-se a um ex - perimento rea lizado em um laboratório de química: Dado: Equação da reação ocorrida nos tubos: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 A liberação do gás carbônico, CO2, a) no tubo A é mais rápida, pois a superfície de contato dos reagentes é maior. b) no tubo B é mais lenta, pois a superfície de contato dos reagentes é menor. c) nos tubos A e B ocorre ao mesmo tempo. d) no tubo B é mais rápida, pois a superfície de contato dos reagentes é maior. e) no tubo A é mais rápida, pois a superfície de contato dos reagentes é menor. Resolução Quanto maior a superfície de contato dos reagentes (CaCO3 em pó com H2SO4(aq)), maior será a rapidez da reação (liberação de gás carbônico). Resposta: D � (FATEC-SP-MODELO ENEM) – O aumento da tempe ratu ra provoca o aumento da rapidez das transformações químicas. Assinale a alternativa que mostra o gráfico obtido quando se representa o tempo necessário para que uma transformação química se complete, em função da temperatura. Resolução Aumentando a temperatura, aumenta a velocidade de qualquer reação, diminuindo o tempo necessário para que esta se complete. Resposta: A � A deterioração de um alimento é re sul tado de trans - formações químicas que de cor rem, na maioria dos ca sos, da interação do alimento com micro-or - ganismos ou, ainda, da in te ração com o oxigênio do ar, como é o caso da rancificação de gorduras. Para conservar por mais tempo um alimento, deve-se, portanto, procurar impedir ou retardar ao máximo a ocor rência dessas transfor mações. Os processos comumente utilizados para con servar alimentos levam em conta os seguintes fatores: I. micro-organismos dependem da água líqui da para sua sobre - vivência. II. micro-organismos necessitam de tempe ra turas ade qua das para crescerem e se multi plicarem. A multiplicação de micro-orga nis - mos, em geral, é mais rápida entre 25°C e 45°C, aproximadamente. III. transformações químicas têm maior rapidez quanto maior for a temperatura e a super fície de contato das substâncias que intera - gem. IV. há substâncias que acrescentadas ao ali mento dificultam a sobrevivência ou a mul tiplicação de micro-organismos. V. no ar há micro-organismos que, encontrando alimento, água líquida e temperaturas ade quadas, crescem e se multiplicam. Em uma embalagem de leite "longa-vida", lê-se: "Após aberto, é preciso guardá-lo em geladeira" Caso uma pessoa não siga tal instrução, prin cipalmente no verão tropical, o leite se dete riorará rapidamente, devido a razões relacio - nadas com a) o fator I, apenas. b) o fator II, apenas. c) os fatores II ,III e V , apenas. d) os fatores I,II e III, apenas. e) os fatores I, II ,III , IV e V. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 64 65QUÍMICA Resolução O leite se deteriorará mais rapidamente quan do aberto e não guardado em gela deira devido aos seguintes fa tores: II. A multiplicação de micro-organismos, em geral, é mais rápida acima de 25°C. III. Quanto maior a temperatura, maior a rapidez das transformações químicas que causam a deterio ração do leite. V. No ar há micro-organismos que, en con tran do ali men to, água líquida e tem peraturas adequadas, cres cem e se multiplicam. Resposta: C Exercícios Propostos � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Foram realizados quatro expe ri men tos. Cada um deles consistiu na adição de so lu - ção aquosa de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L a certa massa de ferro. A 25°C e 1 atm, mediram-se os volumes de hidrogênio desprendido em função do tempo. No final de cada experi mento, sempre sobrou ferro que não reagiu. A tabela mostra o tipo de ferro usado em cada experimento, a temperatura e o volume da solução de ácido sulfúrico usado. O gráfico mostra os resultados. As curvas de 1 a 4 correspondem, respectivamente, aos expe - rimentos RESOLUÇÃO: Quanto maior o volume de solução de H2SO4 adicionado ao ferro, maior o volume de hidrogênio produzido (curvas 1 e 2). A curva 1 re fere-se ao experimento efetuado a uma temperatura maior (maior volume de H2 produzido num mesmo intervalo de tempo) – experimento C, e a curva 2 refere-se ao experimento D. As curvas 3 e 4 correspondem ao volume de hidrogênio obtido na reação com um menor volume de H2SO4 adicionado. Quando o ferro está na forma de limalha, a reação é mais rápida (maior superficie de contato entre os reagentes – curva 3) e está caracterizada no experimento B. O experimento em que se utilizam pregos (A) corresponde à curva 4. Resposta: E 1 2 3 4 a) D C A B b) D C B A c) B A C D d) C D A B e) C D B A Experimento Material Temperatura/°C Volume da solução de H2SO4/mL A pregos 60 50 B limalha 60 50 C limalha 60 80 D limalha 40 80 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 65 66 QUÍMICA � (UNICAMP-SP-ADAPTADO) – O grá fico abaixo repre sen - ta as varia ções das massas de um pe queno pedaço de ferro e de uma esponja de ferro (palha de aço usada em limpeza doméstica) expostos ao ar (mistura de nitro gênio, N2, oxigênio, O2 e outros gases, além de vapor d’água). Considere as afirmações: I. As massas da esponja e do pedaço de ferro aumentam com o tempo violando a lei da conservação da massa. II. As massas da esponja e do pedaço de ferro aumentam com o tempo em função da formação de ferrugem, uma vez que oxigênio é incorporado ao ferro. III. A curva b corresponde à esponja de ferro. Está correto o que se afirma somente em: a) I b) II c) III d) II e III e) I e II RESOLUÇÃO: O ferro, seja na forma de uma esponja, seja em pedaço, sofre oxidação (enferruja) quando exposto ao ar úmido. Uma das equações que pode representar esse fenômeno é: H2O 2Fe + 3/2O2 ⎯⎯→ Fe2O3 ferrugem Verifica-se, portanto, o aumento de massa da esponja ou do pedaço de ferro em função da formação da ferrugem, uma vez que oxigênioé incorporado ao ferro. Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior será a velocidade (rapidez) da reação. No caso, a curva b corresponde à esponja de ferro, pois aumen - tará a sua massa mais rapidamente em função do tempo, por apresentar maior superfície de contato. Resposta: D � Ferramentas de aço podem so frer cor rosão e en ferrujar. As etapas quí micas que corres - pondem a esses pro cessos podem ser repre - sentadas pelas equa ções: Fe + H2O + ½O2 → Fe(OH)2 Fe(OH)2 + ½ H2O + ¼ O2 → Fe(OH)3 Fe(OH)3 + n H2O → Fe(OH)3 . nH2O (ferrugem) Uma forma de tornar mais lento esse processo de corrosão e formação de ferrugem é en graxar as ferramentas. Isso se justifica porque a graxa proporciona a) lubrificação, evitando o contato entre as fer ra mentas. b) impermeabilização, diminuindo seu contato com o ar úmido. c) isolamento térmico, protegendo-as do calor ambiente. d) galvanização, criando superfícies metálicas imunes. e) polimento, evitando ranhuras nas superfí cies. RESOLUÇÃO: De acordo com as equações químicas, para haver a corrosão, o ferro deve entrar em con tato com oxigênio (O2) e água (H2O). A graxa dimi nui o contato do ferro com o ar úmido e, con sequen temente, o processo de corrosão fica mais lento. Portanto, a graxa proporciona uma impermeabilização das ferramentas de aço. Resposta: B C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 66 67QUÍMICA 1. Catálise Catálise é uma reação da qual participa um cata - lisador. O catalisador é uma substância química que au men - ta a velocidade de uma reação, sem sofrer alte ra ção química permanente, nem alteração em quantidade. O catalisador tem as seguintes características: a) aumenta a velocidade da reação; b) não sofre alteração química permanente; c) pode, eventualmente, participar de uma etapa da reação, mas é totalmente regenerado no final; d) não sofre alteração na sua quantidade; e) em geral, pequena quantidade de catalisador é suficiente para aumentar a velocidade da reação. Existem substâncias que podem retardar uma rea - ção química. São chamadas inibidores (catalisadores negativos). 2. Mecanismo energético do catalisador O catalisador diminui a energia de ativação da rea - ção (diminui a barreira, oferece um caminho mais fácil e mais rápido para a reação). No gráfico abaixo, temos: a = energia de ativação da reação sem catalisador. b = energia de ativação da reação com catalisador. ΔH = variação de entalpia da reação (não mudou, com ou sem catalisador). Quando uma reação é catalisada, há uma mu - dança do caminho ou mecanismo. Visto que a veloci - dade agora é maior, a energia de ativação do novo ca - minho deve ser menor que a do caminho antigo. Como a barreira é menor, mais partículas por segundo podem al - cançar o pico; o complexo ativado é formado mais rapi - damente. A reação se desenvolve com maior velo cidade. Como dissemos anteriormente, o catalisador pode par ticipar de uma etapa intermediária da reação, desde que seja totalmente recuperado no final. O catalisador age pela formação de etapas intermediárias na reação. São eta pas mais rápidas, que não ocorreriam sem o cata lisa dor. Muitos mecanismos de catálise não são ainda total mente conhecidos; podemos ilustrar uma reação catalisada: A e B ⎯⎯⎯→ reagentes C ⎯⎯⎯→ catalisador AB ⎯⎯⎯→ produto AC ⎯⎯⎯→ produto intermediário Mecanismo da reação: O catalisador (C) participou da 1.a etapa, mas foi regenerado na 2.a etapa. Não sofreu alteração química permanente, não sofreu alteração em quantidade, mas par ticipou de uma etapa intermediária da reação. Ofe - receu à reação a pos sibilidade de se realizar em novas etapas. São etapas mais rápidas que não ocorreriam sem o catalisador. Veja mais um diagrama que representa tal processo: Dois caminhos alternativos pelos quais um objeto pode mover-se do plano A ao plano B. A energia de ativação será grande se ele trans puser o pico elevado. Um catalisador fornece um caminho alternativo com energia de ativação mais baixa através do vale C. C A + B ⎯⎯→ AB 1.a etapa: A + C → AC 2.a etapa: AC + B → AB + C –––––––––––––––––––––––––––––– C SOMA: A + B ⎯⎯→ AB 14 Palavras-chave:Influência do catalisador e da concentração dos reagentes • Velocidade de reação • Catalisador • Concentração C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 67 68 QUÍMICA CATALISADOR AUTOMOTIVO Os automóveis movidos a gasolina, mes mo que utilizem uma relação ar/com bustível adequada, pro du - zem substâncias poluentes, tais como hidrocar bo neto não queimado (HC), CO e NO. Atualmente, os auto mó - veis são equipados com catalisa dores que aceleram as transformações dos referidos po luentes gasosos em subs tâncias não nocivas, con forme as seguintes equa - ções: 2CO + O2 → 2CO2 2NO + 2CO → N2 + 2CO2 HC + oxigênio → dióxido de carbono + água Foto Objetivo Mídia Como catalisadores, po dem ser usados platina, irí dio, ródio, paládio. 3. Exemplos de catálise 1.o exemplo Hidróxido (base) catalisando a reação de decom - posição da água oxigenada. OH– = catalisador Observação OH– corresponde a um meio básico na reação. 2.o exemplo Ferro catalisando a reação de síntese da amônia. Fe = catalisador 3.o exemplo: A ptialina da saliva (enzima) cata lisan do a conversão do amido em glicose. Ptialina: catalisador biológico CAMADA DE OZÔNIO Na alta atmosfera, o ozônio (O3) é formado por um processo em duas etapas: 1) Dissociação de uma molécula de O2: luz O2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2 Oultravioleta 2) Colisão de um átomo O com uma molécula O2: O2 + O ⎯⎯→ O3 O ozônio se decompõe da seguinte ma neira: O3 + O ⎯⎯→ 2 O2 Essa reação é lenta, mas pode ser ace lerada por vá - rios catalisadores, como áto mos Cl. Cl + O3 ⎯⎯→ ClO + O2 ClO + O ⎯⎯→ Cl + O2––––––––––––––––––––––––– O3 + O ⎯⎯→ 2 O2 Os compostos clorofluorcarbonos têm cloro, flúor e carbo no na sua constituição (CFC) e são fontes de áto - mos de cloro. Por exemplo, os compos tos CFCl3 e CF2Cl2 eram utilizados como gases refrigerantes e pro - pelentes de aeros sóis. A uma altura de 30 a 40 km a radia ção ultravioleta (UV) decom põe esses compos tos, for necendo átomos de cloro: luz CFCl3 ⎯⎯→ CFCl2 + ClUV luz CF2Cl2 ⎯⎯→ CF2Cl + ClUV O ozônio é muito importante na atmosfera su perior devido à sua habilidade em ab sorver luz ultravioleta. Uma diminuição na concentração de ozônio de 5% aumentaria a incidência de câncer de pele em 25%. Atualmente, os compostos CFC, como propelentes nos aeros sóis, têm sido subs tituídos por outros gases, como propano e bu tano. 2 H2O2 ⎯⎯→ 2 H2O + O2 (lenta) OH– 2 H2O2 ⎯⎯→ 2 H2O + O2 (rápida) N2 + 3 H2 ⎯⎯→ 2 NH3 (lenta) Fe N2 + 3 H2 ⎯⎯→ 2 NH3 (rápida) AMIDO + ÁGUA ⎯⎯⎯→ GLICOSE (lenta) ptialina AMIDO + ÁGUA ⎯⎯⎯→ GLICOSE (rápida) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 68 69QUÍMICA 4. Concentração dos reagentes Aumentar a concentração dos reagentes em uma reação significa aumentar a quantidade de reagente por unidade de volume. Quanto maior for o número de par - tículas reagentes, maior será o número de choques en - tre elas. Com o aumento do número de choques, au - menta a velocidade da reação. Vamos analisar a dependência do número de coli - sões com a concentração na reação química entre dois tipos de moléculas, A e B. 5. Lei de Guldberg-Waage (lei da ação das massas) Considere a reação elementar: Aplicando a Lei de Guldberg-Waage, temos: As concentrações dos reagentes ([A] e [B]), normal - mente, são usadas em mol/L. [A] = ; [B] = A constante k, denominada constante de veloci - dade da reação, é uma constante de proporcionalidade, nu mericamente igual à velocidade da reação para con - centrações unitárias dos reagentes (1 mol/L). Uma reação rápida tem uma constante k ele vada, enquanto uma reação lenta tem um pequeno valor para a constante k. A constante de velocidade é carac - terística da reação, mas depende da tempera tura. Se esta aumentar, o valor de k também aumenta. Infelizmente, nem sempre tal lei conduza resultados exatos para a velocidade das reações. Muitas vezes, a expressão que determina a velocidade da reação é dife - rente da expressão obtida pela Lei de Guldberg-Waage. A diferença, na maior parte das vezes, se en contra nos expoentes da lei da velocidade. A única maneira de determinar, com certeza, os expoentes na equação da lei da velocidade é executar a experiência. Portanto, é importante observar que a verdadeira lei de velocidade só é determinada experimentalmente. Exemplo de aplicação da Lei de Guldberg-Waage: Vamos admitir que a reação é elementar. Tal expressão deve ser assim lida: “A velocidade da reação é proporcional ao produto da concentração em mol/L de nitrogênio pela con cen - tração em mol/L de hidrogênio elevada à 3.a potência.” A + B ⎯⎯→ produtos • Há quatro colisões possíveis entre duas moléculas A e duas moléculas B. • Há oito colisões possíveis entre qua tro moléculas A e duas moléculas B. • Há dezesseis colisões possíveis en tre quatro moléculas A e quatro moléculas B. “A velocidade de uma reação elementar (uma única etapa) é dire ta mente proporcional ao pro - duto das con cen tra ções em mol/L dos reagentes, quando es tas estão ele vadas a expoentes, que são os seus coeficien tes na equação.” aA + bB → cC + dD v = k[A]a[B]b nB –––– V nA –––– V N2 + 3 H2 → 2 NH3 v = k [N2] . [ H2] 3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 69 70 QUÍMICA A reação foi considerada como elementar, isto é, ocorre numa única etapa. Vamos entender a aplicação da Lei de Guldberg- Waage considerando o exemplo: 1) Colocando no recipiente 2 mol/L de N2 e 1 mol/L de H2, a velocidade da reação seria: v1 = k (2 mol/L) 1 . (1 mol/L)3 = 2k 2) Colocando no recipiente 3 mol/L de N2 e 2 mol/L de H2, a velocidade da reação seria: v2 = k (3 mol/L) 1 . (2 mol/L)3 = 24k Com essa fórmula, calcula-se a velocidade da reação para qualquer concentração. A constante k é deter - minada experimentalmente. � (PASUSP-MODELO ENEM) – O hipoclo rito de sódio (NaClO) é muito usado na formu lação de desinfetantes. Em condições ex pe ri - mentais adequadas, soluções aquosas dessa substância se decompõem com certa facilidade, mediante formação de oxigênio. Com o intuito de avaliar o efeito da temperatura e da concentração do reagente na velocidade da reação de decomposição química, foram rea lizados 4 experimentos com soluções de hipoclorito de sódio. O gráfico a seguir mostra o volume de oxigênio coletado no processo de decomposição do NaClO, em função do tempo, para cada um dos experimentos. Experimento A: Solução de NaClO 5,0%, T = 25°C Experimento B: Solução de NaClO 5,0%, T = 35°C Experimento C: Solução de NaClO 5,0%, T = 15°C Experimento D: Solução de NaClO 2,5%, T = 25°C De acordo com os resultados mostrados no gráfico, pode-se afirmar que a) a temperatura não afeta a velocidade da rea ção. b) a velocidade da reação é triplicada ao se variar a temperatura de 15 para 35°C. c) a velocidade da reação no experimento A é de aproximadamente 5 mL de O2 / minuto. d) a concentração de hipoclorito de sódio não exerce influência na velocidade da reação. e) a quantidade de oxigênio produzida no expe rimento C, após 4 minutos, será de 15 mL. Resolução Comentando as afirmações: a) Incorreta. Nas experiências C, A e B, a con cen tração é constante e a temperatura au menta na ordem: C (15°C), A (25°C), B (35°C). O volume de O2 produzido em 2 mi nutos aumenta na ordem: C (15mL), A (30mL), B (45mL). b) Correta. Nas experiências C e B, a concen tração é igual e a temperatura aumenta de 15°C (C) para 35°C (B). Depois de 2 minutos, o volume de O2 obtido em C é 15mL e em B é 45mL. Portanto, a velocidade triplicou. c) Incorreta. Em 4 minutos, o volume de O2 obtido é 60mL, dando uma velocidade mé dia de 15mL/min no experimento A. d) Incorreta. Nas experiências A e D, a tem peratura é constante. A concentração em D é metade da concentração em A. O volume de O2 obtido em A depois de 4 minutos é 60mL e em D é menor (aproximadamente 22,5mL). e) Incorreta. O volume de O2 obtido é 30mL. Resposta: B � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Um es tu dante desejava estu - dar, experi mental men te, o efeito da temperatura sobre a veloci da de de uma transformação química. Essa trans for ma ção pode ser re presen - tada por: catalisador A + B ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ P Após uma série de quatro experimentos, o estu dante representou os dados obtidos em uma tabela: Que modificação deveria ser feita no proce dimento para obter resul - tados experimentais mais adequados ao objetivo proposto? a) Manter as amostras à mesma temperatura em todos os experimentos. b) Manter iguais os tempos necessários para completar as transfor - mações. c) Usar a mesma massa de catalisador em todos os experimentos. d) Aumentar a concentração dos reagentes A e B. e) Diminuir a concentração do reagente B. Resolução Para avaliar a influência da temperatura na velo cidade da reação, os demais fatores (ca talisador, concentração de A e B iniciais) devem perma ne cer constantes. Como as con cen trações de A e B já estão constantes, basta manter constante também a massa do cata lisador. Resposta: C Número do experimento 1 2 3 4 temperatura (°C) 15 20 30 10 massa de catalisador (mg) 1 2 3 4 concentração inicial de A (mol/L) 0,1 0,1 0,1 0,1 concentração inicial de B (mol/L) 0,2 0,2 0,2 0,2 tempo decorrido até que a transformação se completasse (em segundos) 47 15 4 18 Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 70 71QUÍMICA � (UNIP) – Na presença de catali sador, o mecanismo de dada reação foi descrito por meio das seguintes etapas: 1.a etapa: CH3CHO + I2 → CH3I + HI + CO 2.a etapa: CH3I + HI → I2 + CH4 A substância catalisadora da reação é a) I2 b) CH3I c) HI d) CO e) CH4 Resolução O catalisador (I2) entra na reação e é regenerado no final. Resposta: A � Observe o diagrama representativo de uma mesma reação química. Qual curva representa a reação na presença de um catalisador? Explique. Resolução O catalisador acelera a reação e, portanto, decorre um tempo menor para atingir o seu término. A curva B representa a reação na presença de catalisador. � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) Etapas: 1) HCOOH + H+ → (HCOOH2) + 2) (HCOOH2) + → (HCO)+ + H2O 3) (HCO)+ → CO + H+ No mecanismo de decomposição do ácido meta noico, dado por essas etapas, o catalisador reage com um reagente numa etapa e é regenerado em outra. Então: a) o catalisador é o monóxido de carbono. b) a equação total é HCOOH → (HCO)+ + H+. c) o ácido sulfúrico pode ser catalisador. d) a fórmula do ácido metanoico é (HCO)+. e) com o catalisador a reação é mais rápida, pois há um aumento da energia de ativação. Resolução A equação global da reação é: HCOOH → H2O + CO Os íons H+ atuam como catalisador. Eles podem ser prove nientes da ionização do ácido sulfúrico: H2SO4 → 2H + + SO2–4 . Resposta: C � A liberação dos gases clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera pode provocar depleção de ozônio (O3) na estratosfera. O ozônio estratosférico é responsável por absorver parte da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, a qual é nociva aos seres vivos. Esse processo, na camada de ozônio, é ilustrado simplificadamente na figura. Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da a) clivagem da molécula de ozônio pelos CFCs para produzir espécies radicalares. b) produção de oxigênio molecular (O2) a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro (Cl). c) oxidação do monóxido de cloro (ClO) por átomos de oxigênio (O) pa - ra produzir átomos de cloro. d) reação direta entre os CFCs e o ozônio para produzir oxigênio molecular e monóxido de cloro. e) reação de substituição de um dos átomos de oxigênio na molécula de ozônio por átomos de cloro. Resolução O consumo de ozônio (O3) se inicia com a reação com átomos de cloro, de acordo com a figura da questão. As reações químicas podem ser equacionadas, como se segue: Cl • + O3 ⎯⎯→ ClO • + O2 ClO • + ⎯⎯→ O2+ Cl • –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Cl • O3 + ⎯⎯→ 2O2 Os átomos de cloro participam da reação e são regenerados no final; logo, atuam como catalisadores. Os radicais ClO• atuaram como intermediários do processo. Resposta: B � (PUCCAMP-SP) – No gráfico abaixo, estão repre sen tadas duas curvas para a reação X + Y → Z + W. A energia de ativação com catalisador e a variação de entalpia (ΔH) da reação direta serão, respectiva men te: a) a e f b) b e d c) c e b d) b e a e) a e d Resolução A energia de ativação com catalisador (curva de baixo) é dada pelo segmento b e a variação de entalpia (ΔH = HP – HR) é dada pelo segmento d. Resposta: B O O C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 71 72 QUÍMICA � (FGV-SP) – Em um experimento de Química, são reali - zadas duas reações, I e II, empregando-se os mesmos rea - gentes nas mesmas condições de temperatura e pressão. Essas reações ocorrem em uma única etapa. Reação I Reagentes → Produtos ΔH < 0 catalisador Reação II Reagentes ⎯⎯⎯⎯→ Produtos ΔH < 0 Assinale a alternativa que apresenta os gráficos que descrevem, correta e respectivamente, as reações I e II. RESOLUÇÃO: A reação I e a reação II são exotérmicas (ΔH < 0), isto é, a energia dos reagentes é maior que a energia dos produtos. A reação I possui maior energia de ativação que a reação II, pois a reação II ocorre na presença de catalisador. O ΔH não muda na presença de catalisador. Resposta: B Reação I E ne rg ia Reação II E ne rg ia Produtos Reagentes Reação I E ne rg ia Reação II E ne rg ia Reação I E ne rg ia Reação II E ne rg ia Produtos Reagentes Produtos Reagentes Produtos Reagentes Produtos Reagentes ProdutosReagentes a) b) c) Caminho da reação Caminho da reação Caminho da reação Caminho da reação Caminho da reaçãoCaminho da reação E E1 2E1 E2 E1 E2 E1 E2 E1 E2 E2 E1 Reação I E ne rg ia Reação II E ne rg ia Reação I E ne rg ia Reação II E ne rg ia Produtos Reagentes Reagentes Produtos ProdutosReagentes Produtos Reagentes d) e) Caminho da reação Caminho da reação Caminho da reaçãoCaminho da reação E1 E2 E E1 2 E1 E2 E1 E2 Exercícios Propostos (INATEL-MG) – Determine a relação entre as velo ci dades de reação química, inicial e final, quando tri plicamos a concentração da substância B na reação elementar abaixo: A + 2B → AB2 Resolução v = k . [A] . [B]2 1.a experiência: [A] = x mol/L; [B] = y mol/L v1 = k . x . y 2 2.a experiência: [A] = x mol/L; [B] = 3y mol/L v2 = k . x . (3y) 2 v2 = 9 . k . x . y 2 = 9v1 = 1 –– 9 v1––– v2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 72 73QUÍMICA � Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações quí micas. A seguir, destacam-se três exemplos no con texto da preparação e da conservação de ali mentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse pro - ce dimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu co - zimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias pro du toras de enzimas que aceleram as reações envol - vendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapi - dez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. RESOLUÇÃO: 1. Temperatura 2. Superfície de contato 3. Catalisador Resposta: C � (MACKENZIE-SP) – O processo equacionado por NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g) é classificado, em termos cinéticos, como elementar e de segunda ordem. Desse modo, ao serem feitos dois experimentos, ambos sob determinada temperatura “T”, ao duplicar-se as concentrações do NO (g) e do O3 (g) em relação ao primeiro experimento, o segun do experimento terá sua velocidade a) reduzida a um quarto. b) reduzida à metade. c) mantida constante. d) duplicada. e) quadruplicada. RESOLUÇÃO: A lei da velocidade é: v = k [NO] [O3] 2. a ordem 1.o experimento: v = k [x] [y] 2.o experimento: v’ = k [2x] [2y] v’ = 4k [x] [y] v’= 4v O segundo experimento terá sua velocidade qua dru pli cada. Resposta: E C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 73 74 QUÍMICA 1. Mecanismo de reação É a sequência de etapas que conduz à reação global. Na maior parte das vezes, uma reação química rea - liza-se em uma série de etapas. Cada etapa é uma reação elementar. Considere a reação A + 3B → AB3 A colisão de três partículas B com uma partícula A é muito pouco provável de ocorrer. Conclui-se que a trans formação ocorre em vá rias etapas, em uma sequência de coli sões mais simples en - vol vendo menos partí culas de cada vez. Conhecer o MECANISMO de uma reação é conhecer a série de etapas que levam os reagentes aos produtos. Nesse caminho de reação, há uma etapa mais lenta e as outras mais rápidas. A etapa mais lenta da reação de ter mina a velocidade da reação global. A etapa mais lenta da reação é chamada etapa determinante da veloci dade, pois a velocidade da reação global é a própria velocidade da etapa lenta. Exemplo: A reação realiza-se em duas etapas: A velocidade v da reação global é igual à velocidade v1 da etapa lenta. Compreenda isto facilmente, notando que AB, produzido na 1.a etapa, é o reagente da 2.a etapa. Enquanto AB não se forma, a 2.a etapa não pode come - çar. A 2.a etapa é rápida, mas só se inicia quando se forma AB na 1.a etapa. Portanto, todo o processo de - pende da 1.a etapa (etapa lenta). E, por isso, quando quisermos a expressão da lei de ve lo cidade para uma reação, devemos usar a etapa lenta da reação, e não a reação global. Como a etapa lenta é a que determina a velocidade, a expressão da velo cidade da reação global é a pró - pria expressão da velocidade da etapa lenta dessa rea - ção global. Insistindo: Assim sendo, a velocidade da reação em estudo será: que é tirada da etapa lenta da reação ( 1.a etapa). Análise gráfica do mecanismo de reação (cada “morrinho” corresponde a uma etapa da reação) A + 2B → AB2 (reação global; velocidade v) I) A + B → AB (etapa lenta; velocidade v1) II) AB + B → AB2 (etapa rápida; velocidade v2) A etapa lenta determina a velo cidade da reação global. A velocidade da reação global é a velocida - de da etapa lenta. A velocidade da reação global deve ser tirada a partir da velocidade da etapa lenta dessa reação global. v = v1 = k [A] [B] 15 Palavras-chave:Mecanismo de uma reação química • Velocidade de reação • Etapa mais lenta • Equação global C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 74 75QUÍMICA Observação O composto AB é chamado de pro duto inter - mediário. Ele não aparece no início e no fim da reação. 2. Determinação experimental da equação da velocidade da reação A escolha de uma equação matemática, que repre - sente a variação da velocidade da reação com a concen - tração dos reagentes, deve-se basear exclusiva mente em dados experimentais. Exemplo A variação da velocidade com as concentrações, obtida experimentalmente, é mostrada na tabela abaixo: Segundo a Lei de Guldberg-Waage, a equação da ve - lo cidade, baseando-se na equação global (portanto, errada), seria: Mas, quando temos a tabela experimental de va - riação de velocidade, devemos deduzir a equação da velocidade. em que x e y serão determinados e não são neces saria - mente 2 e 3. Podemos usar dois métodos. 1o. método: Comparativo Comparando a 1.a com a 2.a experiência, notamos que a concentração de B é a mesma, mas a concentração de A do brou e, como consequência,a velocidade também dobrou. É uma equação do tipo: y = k . x1. Comparando a 2.a com a 3.a experiência, verificamos que a concentração de A é a mesma, mas a de B dobrou e, como consequência, a velocidade quadruplicou. É uma equação do tipo: y = k . x2. Conclusão A velocidade varia com a 1.a potência de A e com a 2.a potência de B. 2o. método: Algébrico Dividimos, inicialmente, v1 por v2: = = = ⇒ 2 . 3x = 6x ⇒ 2 . 3x = 2x . 3x 2 = 2x, logo: Dividimos v2 por v3: = = = ⇒ 4 = 2y ⇒ 22 = 2y logo: Os expoentes x e y são denominados de ordem da reação. No exemplo dado, temos: Ordem da reação com relação a A : 1 Ordem da reação com relação a B : 2 Ordem total da reação: 1 + 2 = 3 v 2A + 3B ⎯→ 2C [A] mol/L [B] mol/L Velocidade (mol/L . min) 1.a experiência 3 1 5 2.a experiência 6 1 10 3.a experiência 6 2 40 v = k [A] 2 [B] 3 (errada) v = k [A]x [B]y v = k [A]1 [B]2 x = 1 y = 2 v = k [A]1 [B]2 v1 ––– v2 k (3)x (1)y ––––––––––– k (6)x (1)y 5 ––– 10 3x ––– 6x 1 –– 2 v2 ––– v3 k (6)x (1)y ––––––––––– k (6)x (2)y 10 ––– 40 1y ––– 2y 1 –– 4 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 75 76 QUÍMICA Fatores que alteram a velocidade das reações químicas 1.a experiência – Para notar a influência da super fície de contato na velocidade das reações químicas, consi dere a dissolução, em água, de um comprimido efervescente contra azia. Na dissolução do comprimido em água, ocorre uma reação que provoca a formação de uma efervescência, que é causada pela liberação de gás carbônico (CO2). água comprimido ⎯⎯→ efervescência (CO2) Em dois copos que contenham água pela metade, colo - que, no primeiro, um comprimido o mais triturado possível, no se gundo, um comprimido inteiro. No primeiro copo teremos uma efervescência mais rápida por causa da maior superfície de contato. FOTO OBJETIVO MÍDIA 1 2 1 2 A reação utilizando o antiácido em pó (béquer da esquerda, 1) é bem mais rápida do que a reação com o comprimido inteiro (béquer 2). Com o antiácido na forma de pó, a superfície de contato é maior e, portanto, maior a velocidade da reação. 2.a experiência – Para observar a influência da tem peratura na velo cidade das reações químicas, podemos usar compri midos efervescentes. Coloque, num copo, água na temperatura ambiente; e em outro, água quente (aquecida por uma lamparina a álcool). Acrescente um comprimido inteiro em cada copo. Verifica-se que no copo com água quente o tempo de dissolução do com - primido é menor e, portanto, a velocidade da reação é maior. FOTO OBJETIVO MÍDIA 1 2 1 2 No béquer da esquerda (1), contendo água quente, ocorre reação com maior rapidez do que no béquer da direita (2), contendo água na temperatura ambiente. Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da reação. 3.a experiência – Para verificar a influência do cata lisador na velo cidade das reações químicas, usaremos o fato de que a água oxigenada sofre decomposição for man do água e gás oxigênio, segundo a equação quí mica: Coloque um pouco de água oxigenada a 20 volumes em três tubos de ensaio colocados numa estante de tubos de ensaio. No segundo tubo, adicione um pouco de MnO2 (catalisador) em pó e verifique o aumento da velo cidade de liberação do gás oxigênio. No terceiro tubo, adi cione uma rodela de batata e verifique o au mento da velocidade de li - beração do gás oxigênio. Na batata, exis te uma substância chamada catálase, que atua como catalisador na decom - posição da água oxigenada. No primeiro tubo (sem catalisador), a reação é tão lenta que é imperceptível. FOTO OBJETIVO MÍDIA 1 2 3 4 O dióxido de manganês e a catálase são catalisadores da rea - ção de decomposição da água oxigenada (2H2O2 → 2H2O + O2). Nos tubos 1 e 2, a catálise é provocada pela adição de MnO2. Nos tubos 3 e 4, a adição de um pedaço de batata, que contém catálase, acelera a reação de de composição da água oxigenada. 2H2O2 → 2H2O + O2 ↗ Rapidez de uma reação química (experiências) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 76 77QUÍMICA 4.a experiência – Para notar a influência da natureza dos reagentes na velocidade das reações químicas, faremos dois experimentos: 1.o experimento: Em um tubo de ensaio, vamos adicionar uma solução de nitrato de prata e outra solução aquosa de cloreto de sódio. Notaremos a formação imediata de um sólido branco, mostrando que a intera ção entre os reagentes foi rápida. rápida reagentes ⎯⎯⎯→ sólido branco FOTO OBJETIVO MÍDIA 1 2 1) Solução aquosa de AgNO3 sendo adicionada em solução aquosa de NaCl. 2) Formação rápida de precipitado de AgCl. 2.o experimento: Em um tubo de ensaio, vamos colar um pedaço de papel branco com um X desenhado com tinta preta. Vamos adicionar no tubo uma solução de tios sulfato de sódio e algumas gotas de ácido sulfúrico. Len ta mente, a solução ficará turva devido à formação de en xofre, mostrando que a interação entre os reagentes foi lenta. Depois de certo tempo, não se enxerga mais o X em con sequência da turvação da solução. lenta reagentes ⎯⎯⎯→ enxofre FOTO OBJETIVO MÍDIA 3 4 3) Solução de tiossulfato de sódio e tubo de ensaio com um X. Coloca-se a solução de tiossulfato de sódio no tubo de ensaio. 4) Adicionando-se ácido sulfúrico, ocorre a formação lenta de suspensão de enxofre no tubo de ensaio. A velocidade da reação depende da natureza dos reagentes. 5.a experiência – Para verificar a influência da concen tração dos reagentes na velocidade das reações quí micas, faremos o seguinte experimento: Coloque um pouco de água oxigenada a 10 volumes em um tubo de ensaio e, em outro tubo de ensaio, um pouco de água oxigenada a 20 volumes. Os dois tubos devem estar numa estante de tubos de ensaio. Adicione nos dois tubos rodelas de batata ou uma pitada de MnO2. Você irá observar que a velocidade da reação (me dida pela liberação do gás oxigênio) é maior no tubo con ten do água oxigenada a 20 volumes (maior con centra ção). FOTO OBJETIVO MÍDIA 1 2 1) Água oxigenada menos con centrada (10 volumes). 2) Água oxigenada mais concen trada (20 volumes). A reação no tubo 2 é mais rápida, pois quanto maior a con - centração dos rea gen tes, maior será a velocidade da reação. DECOMPOSIÇÃO DA ÁGUA OXIGE NADA CATALISADA PELA ENZIMA CATÁLASE Enzima (do grego en, dentro, e zyme, fermento) é um termo usado normalmente para designar as proteínas que atuam como catalisadores de reações bioquímicas (reações importantes intra ou extracelular que ocorrem em organismos animais e vegetais). Certas enzimas possuem a função de ace lerar a decomposição de substâncias nocivas produzidas no organismo como subproduto de pro cessos metabólicos. Algumas das reações de oxidorredução que ocor rem nas células durante a degradação de aminoá cidos (cons - tituintes das proteínas) e de gorduras produzem pe ró - xido de hidrogênio, H2O2, substân cia muito reativa, que pode lesar a célula se não for rapidamente de gradada. É aí que entra em ação a enzima catálase, cuja fun - ção é acelerar a decomposição do peróxido de hidrogênio: H2O2 → H2O + 1/2 O2 As enzimas, que muitas vezes aumentam a ve lo - cidade das reações bioquímicas, possuem ação alta men - te específica, ou seja, atuam apenas sobre determinado tipo de reação. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 77 78 QUÍMICA � A reação expressa pela equação 2PQ + 2R2 → P2 + 2R2Q a 100°C apresenta o seguinte mecanismo: I) 2PQ + R2 → P2Q + R2Q (etapa lenta) II) P2Q + R2 → P2 + R2Q (etapa rápida) De acordo com o enunciado, julgue os itens. (1) Dobrando a concentração de PQ, a velo cidade da reação será quadruplicada. (2) Dobrando a concentração de R2, a velo cidade da reação também dobrará. (3) Triplicando a concentração de PQ e de R2, a velocidade da reação ficará nove vezes maior. (4) A equação da velocidade de reação é v = k [PQ]2 . [R2] 2. Resolução (1) Correto. v = k . [PQ]2 . [R2] → y = k . x 2 (2) Correto. → y = k . x1 (3) Errado. A velocidade ficará 27 vezes maior. Triplicando [PQ], a ve - loci dadeaumenta 9 vezes. Triplicando [R2], a velocidade aumenta 3 vezes. (4) Errado. � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) O estudo cinético, em fase gasosa, da reação representada por NO2 + CO → CO2 + NO mostrou que a velocidade da reação não depende da concentração de CO, mas depende da concentração de NO2 elevada ao quadrado. Esse resultado permite afirmar que a) o CO atua como catalisador. b) o CO é desnecessário para a conversão de NO2 em NO. c) o NO2 atua como catalisador. d) a reação deve ocorrer em mais de uma etapa. e) a velocidade da reação dobra se a concentração ini cial de NO2 for duplicada. Resolução O CO não participa da etapa lenta. Isto significa que a reação deve ocorrer em mais de uma etapa. I) 2NO2 → NO + NO3 (lenta) II) NO3 + CO → CO2 + NO2 (rápida) ––––––––––––––––––––––––––––––––––– NO2 + CO → CO2 + NO (global) Observação: Não é necessário conhecer esse mecanismo. Resposta: D � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) – Os dados empíricos para a velocidade de reação, v, indicados no quadro a seguir, foram obtidos a partir dos resultados em diferentes concen trações de reagentes iniciais para a combustão do gás A, em temperatura cons tante. A equação de velocidade para essa reação pode ser escrita como v = k [A]x . [O2] y, em que x e y são, respecti vamente, as ordens de reação em relação aos com ponentes A e O2. Assim, de acordo com os dados empíricos ob tidos, os valores de x e y são, respec tivamente, a) 1 e 3. b) 2 e 3. c) 3 e 1. d) 3 e 2. e) 2 e 1. Resolução Cálculo de x usando os experimentos 1 e 2: [O2] constante [A] dobra → v aumenta 8 vezes Conclusão: x = 3 Cálculo de y usando os experimentos 1 e 3: [A] constante [O2] se reduz a metade → v se reduz a metade Conclusão: y = 1 Resposta C � (UFRN) – O desenvol vimento sustentável pode ser considerado como a busca por alter nativas para melhorar as condições de vida sem que se degrade o meio ambiente. A quí mica pode colaborar nessa busca, con trolando as reações das substâncias lançadas no ambiente. Um exemplo típico dessa colaboração é o uso, nos conversores catalíticos dos automóveis, de catalisadores, cuja função, nessa situação, é aumentar a velocidade da reação de poluentes produzidos pela combustão, transformando-os em substâncias menos poluentes, uma vez que a) a energia de ativação na etapa lenta do mecanismo da reação diminui. b) a energia de ativação na etapa lenta do mecanismo da reação aumenta. c) a frequência dos choques entre as partículas aumenta, sem que a energia de ativação varie. d) a frequência dos choques entre as partículas diminui, sem que a energia de ativação varie. Resolução A etapa lenta determina a velocidade da reação global. A velocidade da reação global é igual à velocidade da etapa lenta. O catalisador au - menta a velocidade da reação diminuindo a energia de ativação. Logo, a energia de ativação na etapa lenta do mecanismo da reação diminui. Resposta: A � (UEL-PR) – A investigação do mecanismo de reações tem contri - buído na compreensão de muitos processos químicos desenvolvidos em laboratório de pesquisa. A reação genérica A → D é uma reação não elementar e seu meca nismo está representado no gráfico a seguir: Experimento [A] (mol · L–1) [O2] (mol · L–1) v (mol ·L–1. min–1) 1 1,0 4,0 4 . 10–4 2 2,0 4,0 32 . 10–4 3 1,0 2,0 2 . 10–4 Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 78 79QUÍMICA � Na reação: 4HCl + O2 → 2 H2O + 2Cl2 totalmente em fase gasosa, temos as se guin tes etapas inter - mediárias: I) HCl + O2 → HClO2 II) HClO2 + HCl → 2HClO III) 2HClO + 2 HCl → 2H2O + 2Cl2 Tendo em vista a equação geral e suas eta pas inter mediárias, das quais (I) é lenta e (II) e (III) são rápidas, qual a expressão da velocidade da reação global? RESOLUÇÃO: A etapa determinante é a mais lenta. A ve lo cidade da reação global é igual à velo cidade da etapa mais lenta (I). Sendo v a velocidade da reação global, te mos: v = vI = k . [HCl] . [O2] � (PUC-MG-MODELO ENEM) – No estudo da cinética da reação: 2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2 H2O(g), à temperatura de 700°C, foram obtidos os seguintes dados, de acordo com a tabela abaixo: A lei da velocidade é dada pela fórmula v = k [NO]x . [H2] y sendo k a constante de velocidade. Analisando os resultados, é correto afirmar que a lei da velo cidade para essa reação é: a) v = k [H2] [NO] 2 b) v = k [H2] 2 [NO]2 c) v = k [H2] [NO] d) v = k [NO] 2 e) v = k [H2] 2 RESOLUÇÃO: Considerando-se as duas primeiras experiências, verifica-se que, dobrando a concentração do H2, a velocidade dobra. Portanto, a velocidade é diretamente proporcional a [H2]. Considerando-se as duas últimas experiências, verifica-se que, dobrando a concentração do NO, a velocidade aumenta quatro ve - zes. Portanto, a velocidade é proporcional ao quadrado de [NO]. v = k . [H2] . [NO] 2. Essa equação é obtida da etapa lenta. Um possível mecanismo seria: I) 2 NO + H2 → N2 + H2O2 (lenta) II) H2O2 + H2 → 2 H2O (rápida) –––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 NO + 2 H2 → N2 + 2 H2O (global) Resposta: A � Dada a reação hipotética: A + B → C + D e as experiências abaixo, determine a lei de velocidade para a reação: RESOLUÇÃO: Escolhemos 2 equações em que [A] ou [B] não variem. Lei geral: v = k [A]x [B]y a) Tomamos as equações II e III, pois nas duas [A] é igual. Substituímos os valores de II e III na lei geral e dividimos II por III. II : 4 k 2x . 1y ––– = ––––––––– III : 4 k 2x . 2y 1 = (1/2)y ∴ y = 0 b) Tomemos, agora, I e II, visto que, nas duas, [B] é igual. I : 2 k 1x . 1y ––– = ––––––––– II : 4 k 2x . 1y 1/2 = (1/2)x ∴ x = 1 Resposta: v = k [A]1 [B]0 ou v = k [A]1 Nota: Considerando as experiências I e II, observe que a [B] fica constante e a [A] duplica. Como a velocidade também du plica, conclui-se que a velocidade é direta mente proporcional a [A]. Atendo-se às ex periências II e III, verifique que a [A] fica constante enquanto a [B] duplica. Como a velocidade ficou constante, conclui-se que a velocidade da reação global não de pende da concentração de B. O reagente B deve participar de uma etapa rápida e a velocidade é tirada da etapa lenta. Como B não participa da etapa lenta, a velocidade do processo global não depende de [B]. [H2] (mol/L) [NO] (mol/L) Velocidade inicial (mol/L . h) 1 x 10–3 1 x 10–3 3 x 10–5 2 x 10–3 1 x 10–3 6 x 10–5 2 x 10–3 2 x 10–3 24 x 10–5 Experiências [A] (mol/L) [B] (mol/L) v . inicial (mol/L . min) I) 1,0 1,0 2,0 II) 2,0 1,0 4,0 III) 2,0 2,0 4,0 IV) 3,0 3,0 6,0 V) 3,0 6,0 6,0 Analise o gráfico e assinale a alternativa correta. a) A etapa C → D é a determinante da velo ci dade da reação A → D. b) Na reação A → D, estão envolvidas quatro rea ções elementares. c) No decorrer da reação, ocorre a formação de seis substâncias intermediárias. d) As substâncias B e C são catalisadores da reação A → D. Resolução Na reação A → D, estão envolvidas três reações elementares: A → B; B → C; C → D (cada “morrinho” corresponde a uma etapa da reação). No decorrer da reação, ocorre a formação de duas substâncias inter - mediárias: B e C. A etapa C → D é a etapa mais lenta, pois tem maior energia de ati - vação. A etapa C → D é a determinante da velocidade da reação A → D. Resposta: A Exercícios Propostos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 79 80 QUÍMICA 1. Reação reversível Reação reversível é uma reação que se pode realizar em ambos os sentidos. Por exemplo: Se os produtos puderem reagir entre si para formar os reagentes, teremos então: Tal fenômeno pode ser assim representado: Dizemos então que tal reação é uma reação rever sível. Exemplo Colocando em um recipiente H2 e I2, decor rido um certo tempo (Δt), verifica-se o aparecimento de HI. Isso significa que H2 reage com I2, formando HI. Em outro recipiente, coloca-se HI. Depois de certo tempo, aparecem H2 e I2. Isso significa que o HI se decompõe, formando H2 e I2. Temos, portanto, uma reação reversível. Uma reação reversível, extrema mente im portantepa ra a vida, está relacionada com o transporte do oxi - gênio atmosférico (O2) para as várias partes do cor po hu mano. Esse transporte é realizado pela he mo globina, uma proteína complexa existente no sangue. A hemoglobina liga-se ao O2 nos pulmões, for man do a oxie moglobina. Hemoglobina + O2 → oxiemoglobina Simplificadamente: Hb + O2 → HbO2 A oxiemoglobina é levada, pela corrente sanguínea, às várias partes do corpo, onde o oxigênio é liberado para ser usado nos processos metabólicos. Forma-se nova men te a hemoglobina. HbO2 → Hb + O2 Portanto: Hb + O2 → ← HbO2 2. O estado de equilíbrio Para dar uma ideia do estado de equilíbrio, vamos acompanhar a evolução de uma reação reversível. Su - ponhamos que os reagentes tenham uma coloração ver - melha e os produtos, amarela. Situação inicial Coloração do sistema: vermelha. Partimos, por exemplo, de 100 moléculas de cada reagente. No instante inicial, em que as moléculas são colocadas em contato, a quantidade de produto é zero. A coloração do sistema é vermelha, totalmente, devido ao fato de termos somente reagente. Decorrido certo tempo... Reação direta: A + B → C + D Reação inversa: C + D → A + B A + B ⎯→←⎯ C + D Δt H2 + I2 ⎯⎯→ aparece HI Δt HI ⎯→ aparecem H2 e I2 H2 + I2 ⎯→ ←⎯ 2 HI Uma reação reversível: No primei ro tubo, vapor d’água reage com ferro metá lico produzindo óxido de ferro (III) e hidrogê nio. Este hi drogênio entra no segundo tubo, reage com óxido de ferro (III), for necendo no va mente ferro e vapor d’água. A equação da reação é: 2 Fe(s) + 3 H2O(v) → ← Fe2O3(s) + 3 H2(g) v1 A + B ⎯⎯⎯→ C + D 100 100 0 0 v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 75 75 v2 25 25 16 Palavras-chave:As reações não se completam. Conceito de equilíbrio químico • Velocidades iguais • Con cen - trações constantes • Sistema fe - chado •Equilíbrio dinâmico C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 12:50 Página 80 81QUÍMICA Coloração do sistema: o vermelho tende ao ala ranjado. A reação começou. O reagente começa a se trans - formar no produto. Os reagentes começam a ser con - sumidos. Os produtos começam a ser formados. Se, ini - cialmente, só havia reação direta, agora, com a for mação das primeiras moléculas do produto, já devemos con - siderar que algumas moléculas de C e D podem voltar a se transformar em A e B. Chamamos v1: velocidade da reação direta e v2: velocidade da reação inversa. O sistema começa a mudar de cor devido ao apa - recimento do produto, que é amarelo. Mais algum tempo decorrido... Coloração do sistema: a cor laranja predomina. Ambas as reações continuam ocorrendo. A ve lo ci da - de da reação direta está diminuindo. A ve locidade da in - versa está aumentando. O sistema no qual a reação ocor re mostra visíveis aspectos de reação ocorrendo. Continua passando o tempo... Coloração do sistema: a cor laranja já lembra o ama relo. A velocidade da reação direta caiu sensivelmente. Continua aumentando a velocidade da inversa. O sistema no qual a reação ocorre mostra, aos poucos, um declínio dos sintomas de reação ocorrendo. Algum tempo depois... Coloração do sistema: tom amarelo-aver melha do. Algum tempo depois.... Coloração do sistema: idêntica à anterior. Confirmando, alguns instantes após.... Coloração do sistema: idêntica à anterior. Não se nota mais nenhuma alteração no sistema. A impressão externa é a de que tudo cessou. O sistema não dá mais sinais de reação química. Foi atingido o equilíbrio químico. Observação As concentrações de A e B não pre cisam ser iguais entre si. Tampouco as de C e D. Como se obtém o equilíbrio entre H2, I2 e HI? Resolução Consideremos a reação reversível: H2(g)+ I2(g) → ← 2 HI(g) Comecemos a reação colocando hi dro gê nio e iodo em um recipiente fe chado. Assim que se forma cer ta quantidade de io deto de hidrogênio, es te co me ça a se de - com por, for mando hi dro gênio e io do. Quando as reações di re ta e inversa fi cam com velocidades iguais, o equi lí brio é atingido. Observe que os rea gentes não são con sumidos com - ple ta men te. No final do processo, temos uma mistura em equi líbrio, contendo tanto pro dutos co mo reagen tes. As con centrações de todas as subs tân cias no equilíbrio per - ma necem constantes ao longo do tempo. v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 55 55 v2 45 45 v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 45 45 v2 55 55 v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 40 40 v2 60 60 v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 40 40 v2 60 60 v1 A + B ⎯→←⎯ C + D 40 40 v2 60 60 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 81 82 QUÍMICA 3. Características do equilíbrio • A velocidade da reação direta (v1) é igual à velo ci - dade da reação inversa (v2). • Se aparentemente a reação parou, isso na ver dade não ocorre. O equilíbrio é dinâmico. Ambas as rea ções continuam ocorrendo. Só que com igual veloci da de. O equilíbrio químico é mantido permanentemente pe la igual - dade das velocidades de reações químicas opostas. • Em consequência disso, as concentrações de todas as substâncias presentes não mais variam. As con - cen trações de todas as substâncias presentes no equi - líbrio permanecem constantes ao longo do tempo. • As propriedades do sistema em equilíbrio são as mesmas, inde pen dentemente da direção pela qual ele é atingido. Isto quer dizer que, se na reação do item 1 ti - vés semos partido de C e D em vez de A e B, as pro - priedades do sistema em equilíbrio seriam as mesmas. • Todas as reações reversíveis caminham espon - taneamente para o equilíbrio, pois este é a posição de me nor energia e maior estabilidade possível para o sis - tema. E lá ficam, a menos que um fator externo mo di fique tal situação. Uma vez atingido o estado de equi líbrio, este persiste indefinidamente se não for per tur bado exter - namente. O equilíbrio existe, portanto, so mente em um sistema fechado, isto é, tanto matéria co mo energia não estão sendo introduzidas ou re movidas. • As características macroscópicas não mais se alteram. Como vínhamos acompanhando no decurso da rea ção, quando as concentrações não mais variam, a cor do sistema não mais se altera. O estado de equilíbrio realmente dá a impressão externa de que tudo cessou, mas isso na verdade não ocorre. Ambas as reações con tinuam ocorrendo, com igual velocidade. No âmbito mo lecular, tudo continua. Microscopicamente, tudo con tinua. Resumindo: EQUILÍBRIO ENTRE ÁGUA LÍQUIDA E GASOSA Colocando uma amos tra de água lí quida em um re - cipiente fecha do, à tem peratura cons tante, uma par te vaporiza. Lo go após, é esta bele cido o equi líbrio: v1 H2O(l) ⎯→ ←⎯ H2O(g)v2 Os dois processos, vapo rização e conden sação, es - tão ocorrendo à mesma ve lo cidade e as quantidades relativas de lí quido e vapor não va riam com o tempo. A 100°C, a concentração do vapor d’água no equi - líbrio é 0,0327 mol/L e a sua pressão é 1,00 atm. 4. Análise gráfica do equilíbrio Podemos representar, graficamente, tudo o que foi dito. Comecemos colo cando as velocidades da reação di - re ta (v1) e inversa (v2) em ordenadas, e na abscissa, o tempo. Inicialmente, a velocidade da reação inversa (v2) é zero, enquanto a veloci dade da reação direta (v1) é má - xima. Com o decorrer do tempo, v2 aumenta e v1 di - minui. No instante “te”, ambas se igualam. É o mo - mento em que o equilíbrio foi atingido. Podemos construir outros tipos de gráficos, colo - cando na ordenada as con centrações de reagentes [R] ou produtos [P] ou ambas, e na abscissa, o tempo. No princípio, a concentração de reagente é máxima. Com o decorrer do tempo, ela vai diminuindo, até que num certo instante “te” não varia mais. Permanece cons tante. Está atingido o equilíbrio. Macroscopicamente, tudo cessa. Microscopicamente, tudo continua. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 82 83QUÍMICA Inicialmente, a concentração do produto é zero. Com o decorrer do tempo, ela vai aumentando, até que num certo instante “te” não varia mais. Permanece cons tante. Estáatingido o equilíbrio. A situação de equilíbrio em relação às concen trações de reagentes e produtos pode ser de três tipos: 1.o tipo: Quando o equilíbrio é atingido com a con centração de reagente maior que a do produto: [R] > [P] no equilíbrio É uma reação que ocorre com maior extensão no sentido de formação dos reagentes e, evidentemente, com menor extensão no sentido de formação dos pro dutos. 2.o tipo: Quando o equilíbrio é atingido com maior con cen tração de produto do que de reagente: [P] > [R] no equilíbrio A reação ocorre em maior extensão para a formação dos produtos e, evidentemente, com menor extensão no sentido de formação dos reagentes. 3.o tipo: Quando o equilíbrio é atingido com concen trações iguais de produto e de reagente: [R] = [P] no equilíbrio Ambas as reações, direta e inversa, ocorrem com igual extensão. � (MODELO ENEM) – Um dos grandes progressos da his tória da Química foi a compreensão de que as reações químicas nem sempre se completam, isto é, nem sempre apresentam rendimento 100%. Os químicos observaram que, em muitos casos, mesmo após tempo suficientemente prolonga do para que a reação se processe, ainda restam reagentes no sistema. Um sistema em que há apenas reagentes pode convergir para uma situação em que reagentes e produtos coexistam com concen trações invariáveis ao longo de tempo, desde que sejam mantidas as mesmas condições. O gráfico a seguir foi obtido no estudo da reação: 2 HI ⎯→←⎯ H2 + I2 Nesse gráfico, y po de repre sentar a Exercícios Resolvidos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 83 84 QUÍMICA � (UnB-DF) – Indique se as afirmações são corretas ou erradas: 1) Uma reação é reversível quando se processa si mul ta - neamente nos dois sentidos. 2) Uma reação reversível atinge o equilíbrio quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam. 3) O equilíbrio das reações químicas é dinâmico. 4) Ao atingir o estado de equilíbrio, a concentração de cada subs tância no sistema permanece cons tante. 5) A energia armazenada pelo sistema em equilíbrio é a menor possível. 6) Todas as reações reversíveis caminham espon taneamente para o equilíbrio. 7) As propriedades macroscópicas de um sistema em equi - líbrio não mais se alteram. RESOLUÇÃO: (1) Correta. (2) Correta (v1 = v2). (3) Correta. As reações não cessam. (4) Correta. (5) Correta. O equilíbrio é a posição de maior estabilidade e, portanto, de menor energia possível para o sistema. (6) Correta. (7) Correta. � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Em condições indus - trial mente apropriadas para se obter amônia, juntaram-se quantidades estequiométricas dos gases N2 e H2. Depois de alcançado o equilíbrio químico, uma amostra da fase gasosa poderia ser repre sentada corretamente por: RESOLUÇÃO: Alcançado o equilíbrio químico, iremos encon trar no sistema mo - léculas dos reagentes N2( ) e H2( ) e do produto NH3 � �. Resposta: E N2(g) + 3 H2(g) →← 2 NH3(g) a) massa de HI. b) massa de H2. c) massa de I2. d) soma das mas sas de H2 e I2. e) soma das mas sas de HI, H2 e I2. Resolução A massa do reagente vai diminuindo com o decorrer do tempo. Resposta: A � (CEFET-MG-MODELO ENEM) – Reação reversível é toda rea ção que se realiza em ambos os sentidos. A velocidade da reação direta vai diminuindo, enquanto a velocidade da reação inversa vai au - mentando. No equi líbrio, as velocidades das duas reações fi cam iguais e as concen trações de reagentes e produtos ficam constantes. As curvas seguintes mostram as variações de concentração e velo - cidade, em função do tempo, de uma reação química que ocorre em um sistema fechado. Analisando os gráficos, afirma-se que a) após t2, em ambos, a reação química não prossegue mais. b) entre t1 e t2, em ambos, o sistema está em equilíbrio. c) na interseção das curvas A e B, a velocidade da reação inversa é menor que a da direta. d) na intersecção das curvas C e D, as concentrações dos produtos e reagentes são crescentes. e) a reação atinge o equilíbrio no instante t1. Resolução a) Incorreta. O equilíbrio químico é dinâmico, isto é, as duas reações prosseguem, mas com velo cidades iguais. b) Incorreta. O equilíbrio é atingido no instante t2. c) Correta. No instante t1, a velocidade da rea ção direta (curva C) é maior, em módulo, que a velocidade da reação inversa (curva D). d) Incorreta. Atingido o equilíbrio, as concen trações ficam cons - tantes. e) Incorreta. O equilíbrio é atingido no instante t2. Resposta: C Exercícios Propostos C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 84 85QUÍMICA FRENTE 1 Módulo 9 – Estrutura das substâncias e propriedades físicas (continuação) � Complete as lacunas: a) Uma substância é solúvel em outra quando am bas apresentam o mesmo tipo de força .................................... . b) Substância polar dissolve substância ................................. . c) Substância apolar dissolve substância ................................ . d) As substâncias que estabelecem ponte de hidro gê nio são bastante solúveis em ........................................................ (água/gasolina). � Um tecido branco ficou manchado com iodo (I2) que apresenta uma coloração escura. Para remover essa mancha é melhor usar H2O ou CCl4? Por quê? � Óleo de soja praticamente não se dissolve em água. A partir dessa informação, qual das deduções é mais cabível? a) As moléculas de óleo são menores do que as de água. b) Os elementos químicos presentes nas mo léculas de óleo são totalmente diferentes dos presentes nas moléculas de água. c) As moléculas do óleo de soja devem ser apolares. d) Óleo de soja possui moléculas extrema men te polares. e) O número de átomos nas moléculas de óleo deve ser 3. � (MACKENZIE-SP) – Observando-se o com por tamento das substâncias nos sistemas a seguir, é incorreto afirmar que: a) o oléo deve ser solúvel em tetracloreto de carbono. b) a água e o oléo não são miscíveis, por serem ambos apolares c) juntando-se os conteúdos dos sistemas I e II obtém-se uma mistura heterogênea. d) a sacarose é um composto polar. e) o oléo é menos denso que a água. � (UFPE) – O iodo elementar, em condições ambientes, é um sólido marrom, pouco solúvel em água, porém bastante solúvel em hexano, Isso se deve ao fato de que: a) a água somente dissolve compostos iônicos. b) hexano á apolar como o iodo. c) iodo é uma substância composta, assim como o hexano. d) a água não dissolve compostos covalentes. e) hexano é mais polar que a água. � (UFSCar-SP-MODELO ENEM) – A sacarose (açúcar co - mum), cuja estrutura é mostrada na figura, é um dissacarídeo cons tituído por uma unidade de glicose ligada à frutose. A solubilidade da sacarose em água deve-se a) ao rompimento da ligação entre as unidades de glicose e frutose. b) às ligações de hidrogênio resultantes da interação da água com a sacarose. c) às forças de London, resultantes da intera ção da água com a unidade de glicose desmembrada. d) às forças de dipolo-dipolo, resultantes da interação da água com a unidade de frutose desmembrada. e) às forças de natureza íon-dipolo, resultantes da interação do dipolo da água com a sacarose. Em sua formulação, o spray de pimenta contém porcen tagens variadas de oleorresina de Capsicum, cujo prin cípio ativo é a capsaicina, e um solven - te (um álcool co mo etanol ou isopro pa nol). Em contato com os olhos, pe le ou vias respiratórias, a capsaicina causa um efeito inflamatório que gera uma sensação de dor e ardor, levando à cegueira temporária. O processo é desenca deado pela liberação de neuropeptídios das terminações nervosas. (Como funciona o gás de pimenta. Disponível em: http://pessoas.hsw.uol.com.br. Adaptado.) Quando uma pessoa é atingida com o spray de pimenta nos olhos ou na pele, a lavagem da região atingida com água é ineficaz porque a a) reação entre etanol e água libera calor, intensificando o ardor. b) solubilidade do princípio ativo em água é muito baixa, dificultando a sua remoção. c) permeabilidade da águana pele é muito alta, não permitindo a remoção do princípio ativo. d) solubilização do óleo em água causa um maior espalhamento além das áreas atingidas. HO HO HO HO O O O HO OH OH OH Exercícios-Tarefa C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 85 86 QUÍMICA e) ardência faz evaporar rapidamente a água, não permitindo que haja contato entre o óleo e o solvente. O armazenamento de certas vitaminas no organismo apresenta grande dependência de sua solubilidade. Por exemplo, vita minas hidrossolúveis devem ser incluídas na dieta diária, enquanto vitaminas lipossolúveis são arma zenadas em quantidades suficientes para evitar doenças causadas pela sua carência. A seguir são apre sen tadas as estruturas químicas de cinco vitaminas necessárias ao organismo. Dentre as vitaminas apresentadas na figura, aquela que necessita de maior suplementação diária é a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. � Os tensoativos são compostos capazes de interagir com substâncias polares e apolares. A parte iônica dos ten soa tivos interage com substâncias polares, e a parte lipofílica interage com as apolares. A estrutura orgânica de um tensoativo pede ser representada por: Ao adicionar um tensoativo sobre a água, suas moléculas formam um arranjo ordenado. Esse arranjo é representado esquematicamente por: � (FUVEST-SP) – Existem vários modelos para explicar as diferentes propriedades das substâncias químicas, em termos de suas estruturas submicroscópicas. Considere os seguintes modelos: I. moléculas se movendo livremente; II. íons positivos imersos em um “mar” de elétrons deslocalizados; III. íons positivos e negativos formando uma grande rede cristalina tridimensional. Assinale a alternativa que apresenta substâncias que exemplificam, respectivamente, cada um desses modelos. Módulo 10 – A química do elemento carbono � (UFMG) – Analise se é falso ou verdadeiro: 01) Os compostos orgânicos somente podem ser sintetizados pelos organismos vivos, daí a qualificação de orgânicos. 02) Os compostos orgânicos são compostos de carbono, embora algumas substâncias que con têm este elemento sejam estudadas também entre os compostos inorgânicos (CO2, CaCO3 etc.). 04) A existência de um grande número de compostos de carbono está relacionada com a capacidade do átomo de carbono de formar cadeias, associada à sua tetravalência. 08) Nos compostos de carbono, o tipo de liga ção mais frequente é a covalente. 16) Os compostos orgânicos são regidos por leis e princípios próprios não aplicáveis aos compostos inorgânicos. � (UVA-RJ) – Na estrutura: as ligações representadas pelos algarismos são, respectiva - mente: a) simples, dupla, simples. b) dupla, simples, dupla. c) simples, tripla, dupla d) dupla, tripla, simples. H C3 CH3 CH3 CH3 CH3 OH I CH3 O O CH3 II CH3 CH3 CH3 CH3 CH OH2 HOCH HO O O OH III CH3 CH3 CH3 H C3 H C3 H C2 HO IV H C3 HO CH3 CH3 CH3O CH3 CH3 CH3 CH3 V Representação esquemática H C3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 O O Fórmula estrutural do tensoativo a) Nível da água b) Nível da água c) Nível da água d) Nível da água e) Nível da água I II III a) gás nitrogênio ferro sólido cloreto de sódio sólido b) água líquida iodo sólido cloreto de sódio sólido c) gás nitrogênio cloreto de sódio sólido iodo sólido d) água líquida ferro sólido diamante sólido e) gás metano água líquida diamante sólido C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 86 87QUÍMICA � (PUC-RS) – A fórmula molecular de um hidrocarboneto com cadeia carbônica: a) C9H7 b) C9H8 c) C9H9 d) C9H10 � O composto de fórmula: apresenta quantos carbonos primários, secun dários, terciários e quaternários respectiva mente? a) 5, 5, 2 e 1 b) 5, 4, 3 e 1 c) 7, 4, 1 e 1 d) 6, 4, 1 e 2 e) 7, 3, 1 e 2 � Complete a estrutura C — C, adicionando um átomo de bromo e cinco de hidrogênio. � (UNIUBE-MG-MODELO ENEM) – O ácido úrico é o produto final da excreção da degradação de purinas. As doenças gota, leucemia, policetemia e he patite resultam numa excreção aumentada desta molécula, repre sen tada pela fórmula estrutural: A fórmula molecular do ácido úrico é a) C5H4N4O3 b) C5H4N3O6 c) C5H3N3O3 d) C4H6N2O2 e) C4H5N4O3 � Quantos átomos de carbono secundário há no composto: ? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Classifique os átomos de carbono do composto: � (UNICAP-PE) – Esta questão diz respeito às propriedades do car bo no. I – II 0 – 0 O carbono é tetravalente. 1 – 1 O ponto de fusão e ebulição dos compostos orgânicos, em geral, é inferior ao dos compostos inorgânicos. 2 – 2 O grande número de compostos orgânicos, se comparado com os inorgânicos, deve-se à propriedade do carbono em formar cadeias. 3 – 3 Nos compostos orgânicos, há predominância da ligação iô ni ca. 4 – 4 O carbono pode ligar-se a átomos mais ou menos eletro ne gativos que ele. � Julgue os itens: 01) O número de compostos orgânicos conhecidos é maior que o de inorgânicos. 02) São elementos organógenos: C, H, O, N. 04) Os compostos orgânicos têm muita resistência ao calor. 08) O carbono é trivalente. 16) O carbono é um dos poucos elementos químicos capazes de formar cadeias. 32) Wöhler, em 1828, obteve ureia em laboratório, por meio de uma reação que abalou profundamente a teoria da força vital. Em tal obtenção, ele partiu do aquecimento de cianeto de amônio. 64) Atualmente, a Química Orgânica estuda apenas os compos tos sintetizados por seres vivos. Módulo 11 – Cadeias carbônicas � (MACKENZIE-SP) – O ácido adípico apresenta cadeia carbônica a) saturada, homogênea e ramificada. b) saturada, heterogênea e normal. c) insaturada, homogênea e ramificada. d) saturada, homogênea e normal. e) insaturada, homogênea e normal. � (UNITAU-SP) – Uma cadeia carbônica acíclica, ho mo - gênea, satu rada, apresenta um átomo de car bono secundário, dois átomos de carbono quaternário e um átomo de carbono terciário. Essa cadeia apresenta: a) 7 átomos de C. b) 8 átomos de C. c) 9 átomos de C. d) 10 átomos de C. e) 11 átomos de C. H3C — C — CH = C — CH — C — N — CH — CH3 — — — HHOH — CH3 CH3 — CH3 — CH3 — CH3 — C C CC N N H HH NO O HN C O ácido úrico H H | | H — C — C — H | | H — C — C — H | | H H O H3C — C — C = C — C — OH H2 | |H H ‖ C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 87 88 QUÍMICA � (CESULON-PR) – Determine a classifi cação da cadeia carbônica dada a seguir e mar que a alternativa que representa a classificação. a) fechada, insaturada, heterogênea e normal. b) aberta, saturada, heterogênea e ramificada. c) aberta, saturada, homogênea e normal. d) fechada, saturada, heterogênea e ramificada. � (PUC-RJ) – Um grupo de compostos, deno mi na do ácidos graxos, constitui uma impor tante fonte de energia na dieta humana. Um exemplo destes é o ácido linoleico, presente no leito materno. A sua fórmula estrutural simpli ficada é Sua cadeia carbônica é classificada como: a) aberta, normal, saturada e homogênea. b) aberta, normal, insaturada e heterogênea. c) aberta, ramificada, insaturada e heterogênea. d) aberta, ramificada, saturada e homogênea. e) aberta, normal, insaturada e homogênea. � O algodão (celulose) é muito utilizado no fabrico de fibras de tecidos. Muitas fibras são coradas com substâncias como o índigo. A fór mula estrutural plana do índigo pode ser repre - sentada por: Sobre a estrutura do índigo, são feitas as seguintes afirmações: I. É um composto heterocíclico. II. Sua fórmula molecular é C15H10O2N2. III. Na molécula do índigo só existem carbonos secundários e terciários. São corretas as afirmações: a) somente I e II. b) somente II e III. c) somente I e III. d) somente I. e) I, II e III. � (UFSC) – Dado o composto: assinale a opção que classifica cor retamente a cadeia carbônica: a) Acíclica, insaturada, heterogênea. b) Mista, saturada, homogênea. c) Aromática, insaturada, heterogênea. d) Mista, insaturada, heterogênea. e) Cíclica,saturada, homogênea. � (UFAM) – A cadeia carbônica abaixo é classificada como: a) aberta, ramificada, insaturada, heterogênea. b) alicíclica, ramificada, insaturada, hetero gênea. c) aberta, ramificada, insaturada, homo gênea. d) alifática, linear, saturada, homogênea. e) aberta, linear, saturada, heterogênea. (UESB-BA-MODELO ENEM) – “Maldito aquele que ensina aos homens mais depressa do que eles podem aprender.” Esse foi o crime pelo qual condenaram à morte um dos maiores filósofos da huma nidade, em 399 a.C., aos setenta anos, Sócrates. A coniina é um alcaloide extraído da cicuta, veneno que esse filósofo grego foi obrigado a beber. A coniina tem uma estrutura classificada como (01) aromática, heterogênea e ramificada. (02 alifática, ramificada, insaturada. (03) aberta, aromática, saturada. (04) cíclica, heterogênea, saturada. (05) alicíclica, homogênea, saturada. � (CESULON-PR) – O propanoato de metila, representado a seguir, apre senta cadeia carbônica (1) alifática, normal, saturada e heterogênea. (2) alicíclica, normal, saturada e heterogênea. (3) aberta, normal, insaturada e heterogênea. (4) acíclica, normal, saturada e homogênea. (5) alifática, ramificada, insaturada e homogênea. � (UNIUBE-MG) – O principal componente do óleo de rosas é o geraniol, de fórmula estrutural: HC CH CH2 CH3O HC CH2 C H2 OH C N H coniina H2C H2C CH2 HH CH — (CH2)2 — CH3 O H2 || CH3 — C — C — O — CH3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 88 89QUÍMICA Essa substância tem cadeia carbônica a) aberta, saturada e heterogênea. b) cíclica, insaturada e homogênea. c) normal, saturada e homogênea. d) aromática, insaturada e ramificada. e) aberta, insaturada e ramificada. Módulo 12 – Funções orgânicas. Hidrocarbonetos de cadeia aberta � (FATEC-SP) – No modelo da foto a seguir, os átomos de carbono estão representados por esferas pretas e os de hidrogênio, por esferas brancas. As hastes representam ligações químicas cova lentes, sendo que cada haste corresponde ao compartilhamento de um par de elétrons. O modelo em questão está, portanto, repre sentando a molécula de a) etino. b) eteno. c) etano. d) but-2-ino. e) n-butano. � (MACKENZIE-SP) – Relativamente ao com posto de fórmula estrutural H3C – CH2 – CH3, considere as afirmações: I. É um alcano. II. Apresenta somente carbonos primários em sua estrutura. III. Apresenta uma cadeia carbônica normal. IV. Tem fórmula molecular C4H10. São corretas somente: a) I e II. b) I e III. c) II, III e IV. d) I, III e IV. e) I e IV. � O hidrocarboneto que apresenta o menor número de átomos de hidrogênio por mo lécula é o a) metano b) etano c) etileno d) acetileno e) propino NOTA: Acetileno é nome particular do etino e etileno é o mesmo que eteno. � Dê o nome dos seguintes compostos: � Dê a fórmula estrutural dos seguintes compostos: a) pentano b) but-2-eno c) pent-2-ino � (UERJ-MODELO ENEM) – Em grandes depósitos de lixo, vários gases são quei mados continuamente. A molécula do principal gás que so fre essa queima é formada por um átomo de carbono e átomos de hidrogênio. A massa molecular desse gás, em unidades de massa atômica, é igual a: a) 10 b) 12 c) 14 d) 16 Dado: massas atômicas: C: 12u; H: 1u. � Relacionar: I) H3C — C — CH3 II) III) H2 IV) H3C — C C — H V) VI) H2C CH2 a) aromático b) alceno c) alcino d) ciclano e) alcano f) cicleno (AMAN) – A fórmula geral dos alcanos e a dos alcinos, respec tiva men te, estão representadas na alternativa: a) CnH2n e CnH2n+2 b) CnH2n–2 e CnH2n c) CnH2n+2 e CnH2n d) CnH2n+2 e CnH2n–2 e) CnH2n e CnH2n–2 � (UFRJ) – O gráfico a seguir relaciona a massa em gramas com o número de moléculas de dois hidrocarbonetos acíclicos. a) Determine a diferença entre as massas moleculares desses dois hidrocarbonetos. b) Apresente o nome e a fórmula estrutural do hidrocarboneto de menor massa molecular entre os apresentados no gráfico. Massas atômicas: C: 12u; H: 1u; Constante de Avogadro: 6 x 1023 mol–1 H3C — C —— C — H — CH3 — C H2 — C H2 — C — CH3 —— C — — H CH2OH b) a) c) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 89 90 QUÍMICA � (UNIUBE-MG-MODELO ENEM) – Recentemente, três tan - ques contendo 250 to ne ladas de um gás derivado de petróleo usado na fa bri cação de borracha sintética foram destruídos em incêndio no Rio de Janeiro. Esse gás, um hidrocarboneto de cadeia aberta com 4 átomos de carbono e 2 ligações duplas, é: a) C4H8 b) C4H6 c) C4H10 d) C4H11 e) C4H12 Módulo 13 – Alcanos com cadeia ramificada � (UFF-RJ) – O nome oficial (IUPAC) do composto abaixo é CH3 | CH3 — C — CH2 — CH — CH3 | | CH3 CH3 a) 2,2-dimetil-4-isopropilpentano b) 4,4,2-trimetilpentano c) isopropiltercbutilpentano d) 2,2,4-trimetilpentano e) isopropilisobutilmetano � (VUNESP) – O nome correto do composto orgânico de fórmula CH3 CH3 | | H3C — C — CH2 — CH2 é | H — C — CH3 | CH3 a) 2-metil-3-isopropilpentano. b) 2,4-dimetil-2-isopropilbutano. c) 2,3,3-trimetil-hexano. d) 2,2,4-trimetilpentano. e) 3,3-dimetil-5-metilpentano. � O nome correto para o composto mostrado é: a) 3-etil-3-metilbutano b) 3,3-dietilbutano c) 3,3-dimetilpentano d) 3,4-dimetilbutano e) 3,4-dimetilpentano � Quantos átomos de carbono possui a cadeia principal da molécula representada abaixo? CH3 | CH3 — C — CH — CH — CH — CH3 | | | | CH3 CH3 CH3 CH2 | CH3 a) 3 b) 5 c) 6 d) 7 e) 10 � Dê o nome oficial (I.U.P.A.C.) do composto: H H | | H3C — C — C — CH3 | | CH3 CH3 � (UFMA) – Um dos componentes da gasolina que abastece os automóveis é o iso-octano de fórmula estrutural: CH3 H | | H3C — C — CH2 — C — CH3 | | CH3 CH3 a) Classifique os átomos de car bono na estrutura escre ven do: P (carbono primário), S (car bono secundário) e T (car bono ter ciário); b) Classifique a cadeia carbônica do composto; c) Como se chama o composto ao lado, de acordo com a no - menclatura IUPAC. � (UFSM-RS) H H H H H | | | | | H3C — C — C — C — C — C — CH3 | | | | | CH2 H CH2 CH2 H | | | CH3 CH2 CH2 | | CH3 CH3 Segundo a IUPAC, o nome correto do alcano apresentado é a) 3-metil-5-propil-6-etiloctano. b) 4-etil-7-metil-5-propilnonano. c) 6-etil-3-metil-5-propilnonano. d) 6-etil-5-propil-3-metiloctano. e) 7-etil-7-metil-6-etilnonano. Módulo 14 – Alcenos, alcinos e alcadienos com cadeia ramificada � (PUC-MG) CH3 | CH3 — CH2 — C CH2 Seu nome IUPAC é a) isopreno b) isopropilideno c) 3-metilbut-1-eno d) metilbut-1-eno e) 2-metilbut-1-eno � (MACKENZIE-SP) – Sobre o composto cuja a fórmula estrutural está abaixo, fazem-se as afirmações: CH3 | H3C — CH — CH — C CH2 | | CH2 CH — CH3 | | CH3 CH3 CH3 | H3C — C — C — CH3 H2 | CH2 | CH3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 90 91QUÍMICA I. É um alceno. II. Possui três ramificações diferentes entre si, ligadas à cadeia principal. III. Apesar de ter fórmula molecular C11H22, não é um hidrocarboneto. IV. Possui no total quatro carbonos terciários. São corretas: a) I e IV, somente. b) I, II, III e IV. c) II e III, somente. d) II e IV, somente. e) III e IV, somente. � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) – 10,0 g de um alcino, que possui cadeia carbônica contendo um car bono quaternário, ocupam, no estado gasoso, 3,0 L a 1 atm e 27°C. A fórmula estrutural desse hidrocarbo neto é Dados: massas molares (g/mol): H = 1; C = 12; constante universal dos gases R = 0,082 . CH3 | a) HC C — CH — CH2 — CH3 CH3 | b) H3C — C C — CH — CH3 CH3 | c) HC C — C — CH2 — CH3 | CH3 CH3 | d) HC C — C — CH3 | CH3 e) H — C C — H � (UFRJ) – O gráfico a seguir relaciona a massa em gramas com o número de moléculas de dois hidrocarbonetos acíclicos. a) Determine a diferença entre as massas moleculares desses dois hidrocarbonetos. b) Apresente o nome e a fórmula estrutural do hidrocarboneto de menor massa molecular dentre os apresentados no gráfico. Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; Constante de Avogadro: 6 x 1023 mol–1 � (MACKENZIE-SP-MODELOENEM) – A molécula que apresenta a menor cadeia alifática, insaturada e que contém um carbono quaternário é: a) C6H12 b) C5H12 c) C2H4 d) C5H10O e) C5H10 � Dê o nome oficial � (UFAC) – Indique o nome do seguinte com posto orgânico e sua série homóloga cor res pondente: Composto: CH2 = CH — CH — CH3 | CH3 a) 2-metilbut-2-eno Série: alcano b) 3-metilbut-1-eno Série: alcano c) 3-metilpent-1-eno Série: alcano d) 3-metilpent-1-eno Série: alcino e) 3-metilbut-1-eno Série: alceno (UNIFOR-CE) – Ao composto CH3 | H — C — CH2 — CH = CH2 | C3H7 foi dado erroneamente o nome de 4-propilpent-2-eno. O nome correto é: a) 4-propilpent-2-ino. b) 2-propilpent-4-eno. c) 4-metilhept-1-eno. d) 2-propilpent-4-ino. e) 4-metil-heptano. � Qual o nome oficial do composto abaixo? H | H3C — C = C — C — CH3 | | | H H CH2 | CH3 � Dar o nome oficial do composto: H | H3C — C — C — C — C C — H | H2 H2CH3 Módulo 15 – Hidrocarbonetos cíclicos � Dar o nome oficial (IUPAC) dos hidro carbonetos: atm . L––––––– mol . K 1 2 H2 CH2H2C C HC CH2 HC CH2 H2 C CH2 C H2 C H2 H2C A) B) C) ............................................................... ............................................................... ............................................................... C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 91 92 QUÍMICA � Dar o nome dos hidrocarbonetos: � Dê a fórmula estrutural dos seguintes compostos: a) metilciclobutano b) etilciclopentano c) metilbenzeno � A molécula do antraceno é formada por três nú cleos benzênicos condensados. Qual a sua fór mula molecular? ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO: � Dar o nome dos hidrocarbonetos aro máticos: Nota: Os átomos de carbono 1, 4, 5 e 8 são equi valentes e recebem o nome de carbono alfa (α). As po sições 2, 3, 6 e 7 se equivalem e são denominadas beta (β). � (UNESP) – O petróleo, a matéria-prima da indústria petro - química, consiste principalmente de hidrocarbonetos, compos - tos contendo ape nas carbono e hidrogênio na sua constituição molecular. Considerando os hidrocarbo netos I, II, III e IV, a) dê as fórmulas moleculares de cada composto; b) rotule cada um dos compostos como alcano, alceno, alcino ou hidro car boneto aromático. � (UERJ-MODELO ENEM) – “O Ministério da Saúde adverte: fumar pode causar câncer de pulmão.” Um dos responsáveis por esse mal causado pelo cigarro é o alca trão, que corresponde a uma mistura de substâncias aromáticas, entre elas benzeno, naftaleno e antraceno. As fórmulas moleculares dos três hidrocarbonetos citados são, respectivamente: a) C6H12, C12H12, C18H20 b) C6H12, C12H10, C18H18 c) C6H6, C10H10, C14H14 d) C6H6, C10H8, C14H10 (UnB-DF-MODIFICADO-MODELO ENEM) – As piretrinas cons tituem uma clas se de inseticidas naturais de amplo emprego, ten do em vista que não são tóxicas para os mamíferos. Essas substâncias são extraídas das flo res de crisântemo. A estrutura abaixo mostra um exemplo de piretrina. A estrutura apresentada contém (1) um anel aromático trissubstituído. (2) um anel ciclopropânico. (3) apenas três grupos metila. Está(ão) correto(s) somente o(s) item(ns): a) 1 e 2 b) 1 e 3 c) 2 e 3 d) 1 e) 2 � O naftaleno tem fórmula molecular igual a: a) C10H10 b) C12H10 c) C10H8 d) C8H10 CH3 CH3CH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 2 1 a) b) c) d) .................................................................. ........................................................ ................................................................. ................................................................ 3 2 1 2 1 H H C C C C C C C C C C C C C C H H HHH HHH Fórmula molecular: C H CH3b) CH3 a) 87 6 5 1 2 3 4 benzeno naftaleno antraceno CH3 CH3C — C — O — CH2 — — O H C — CH3 H3C — C HC H H3C C H3C —— C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 92 93QUÍMICA � (PUC-MG) – O benzopireno é um composto aromático for - mado na combustão da hulha e do fumo. Pode ser en contrado em car nes grelhadas, em carvão ou em peças defumadas. Ex - pe riências em animais comprovaram sua potente ação cancerígena. Apre senta a seguinte fórmula estrutural: Sua fórmula molecular é: a) C22H14 b) C20H20 c) C22H18 d) C20H14 e) C20H12 Módulo 16 – Fórmulas de compostos orgânicos � Os compostos cíclicos têm uma notação especial na qual os hidrogênios não são escritos e os áto mos de carbono correspondem aos vértices das figuras. Exemplos: Representar, por esta notação, os compostos: I. ciclo-hexa-1,3-dieno II. ciclopropeno III. ciclobutano IV. ciclo-hexa-1,3,5-trieno � A fórmula estrutural do 5-etil-1-metil-ciclo-hexa-1,3-dieno é Nota: Me = metil; Et = etil � Dar o nome oficial (IUPAC) do hidro carboneto. � (UNIAMAZONAS-MODELO ENEM) – Na construção civil, o isopor tem sido utilizado ultimamente como isolante térmico. Sua obtenção se dá por meio do tratamento do poliestireno com gases, que por sua vez é obtido do estireno, cuja estrutura é: Uma outra denominação válida para este composto é: a) metilbenzeno b) etilbenzeno c) xileno (dimetilbenzeno) d) naftaleno e) vinilbenzeno � Dar o nome oficial (IUPAC) do hidro carboneto. � (UNIFOR-CE) – O 2,2,5-trimetil-hept-3-ino é um hidrocar - boneto cujas moléculas têm cadeia carbônica: I) insaturada II) ramificada III) aromática Dessas afirmações, somente: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) I e III são corretas. � (UNIP-SP) – Têm a mesma fórmula molecular C5H10: a) pentano e metilciclobutano. b) pent-1-eno e ciclopentano. c) pent-2-ino e ciclopenteno. d) 2-metilbutano e dimetilciclopropano. e) 2,2-dimetilpropano e etilciclopropano. (FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS) – As designações orto, meta e para são utilizadas para diferenciar compostos orgânicos a) ácidos, básicos e neutros. b) com anel aromático dissubstituído. c) de baixa, média e alta massa molecular. d) saturados, com duplas e triplas-ligações. e) de origem vegetal, animal e mineral. ciclopenteno.ciclopropano, C2H5 CH3 Et Me a) C2H5 CH3 b) Et Me c) Me d) C2H5 CH3 e) CH CH2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 93 94 QUÍMICA � (ACAFE-SC) – Para o composto cujo nome IUPAC é 1,3- die til ciclo butano, a alternativa falsa é: a) Possui 2 carbonos quaternários. b) Possui 2 carbonos terciários. c) Possui 4 átomos de carbono secundário. d) Sua fórmula molecular é C8H16. e) Apresenta cadeia carbônica saturada. � (PUC-RS) – Na indústria alimentícia, para impedir a rancificação de alimentos gordurosos, são empregados aditivos antioxidantes, como o composto orgânico de fórmula: Esse composto apresenta os grupos alquila a) hidroxila e metila. b) isobutila e metila. c) etila e ter-butila. d) metila e ter-butila. e) propila e hidroxila. FRENTE 2 Módulo 9 – Energia nas transformações químicas: calor de reação � (UFPI) – O calor liberado na combustão de um mol de metano é 212kcal. Quando 80 gra mas de metano são queimados, a energia liberada é: (Massa molar do CH4 = 16g/mol) a) 1060kcal b) 530kcal c) 265kcal d) 140kcal e) 106kcal � (UNICAMP-SP) – Em alguns fogos de arti fício, alumínio metálico em pó é queimado, libertando luz e calor. Este fenômeno pode ser representado como: 2Al(s) + 3/2O2(g) → Al2O3(s) ΔH = – 1653kJ Qual a quantidade de calor à pressão constante desprendida na reação de 1,0g de alumínio? (massa molar do alumínio = 27g/mol) � (UNICAMP-SP) – O gás natural é formado prin ci palmente de metano. À pressão cons tante, qual o ca lor desprendido na combustão de 100dm3 deste gás, medido nas condições normais de temperatura e pressão? CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g); ΔH = – 890 kJ mol–1. Volume molar de gás nas CNTP = 22,4 dm3/mol. � (FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS) – A obten ção de zinco a partir de esfalerita, ZnS, é represen tada pelas equa ções: I) ZnS + 3/2O2 → ZnO + SO2 + 116kcal II) ZnO + C → Zn + CO – 58kcal Que massa de carbono deve reagir em II, a fim de consumir a energialiberada em I (116kcal)? Massa molar: C(12g/mol) a) 6,0g b) 12g c) 18g d) 24g e) 36g � (FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS) – Considere os se - guintes dados, referentes à combustão de um mol de carbono e um mol de en xofre: C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94kcal S(s) + O2(g) → SO2(g) + 70kcal Qual o calor produzido pela queima de 100g da mistura de carbono e enxofre contendo 10,0% em massa de en xo fre? Dados: C = 12g/mol; S = 32g/mol. a) 166kcal b) 332kcal c) 500kcal d) 705kcal e) 727kcal � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) clorofila 6CO2(g) + 6H2O(l) ⎯⎯⎯→ C6H12O6(s) + 6O2(g)λ Na reação de fotossíntese acima equa cionada, a ener gia necessária é de 3,0 .106J por mol de glicose for mada. Suponha que, no Brasil, sejam necessários 3,0 .1016J da energia so lar, por dia, para que todo o CO2 produzido seja convertido em glicose. A massa (em tonelada) de CO2 transformada por meio da fotossíntese, no período de um dia, será de: a) 9,00 . 1022 t b) 1,00 . 1010t c) 4,40 . 1011t d) 2,64 . 106 t e) 1,80 . 1010t Dado: massa molar: CO2 (44g/mol) � (FUFPI) – Um motorista afirmou gastar em seu carro 10 li - tros de etanol por dia. Admitindo-se combustão total, quantas kcal são liberadas diariamente por esta quantidade de combustível? a) 7,2 x 103 kcal b) 7,9 x 103 kcal c) 5,7 x 104 kcal d) 7,2 x 104 kcal e) 1,5 x 105 kcal Dados: massa de 1 litro de etanol = 7,9 x 102g calor de combustão do etanol = 7,2 kcal/g (UNIFICADO-CESGRANRIO) – Num teste de um motor de fórmula Indy, verificou-se o consumo de 8L de metanol a cada volta de um circuito. Considerando-se esse consumo represen ta do pe la combustão completa do álcool, a quantidade de calor libe rada por aquele motor, ao final de 5 voltas, foi de apro ximadamente: (Dados: C = 12u; O = 16u; H = 1u; entalpia de combustão do me - tanol = = – 173,6 kcal/mol; densidade do metanol = 0,79 g/mL) a) 1,35 x 103 kcal b) 1,64 x 104 kcal c) 1,71 x 105 kcal d) 1,80 x 106 kcal e) 1,88 x 107 kcal OH CH3 (CH3)3C C(CH3)3 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 94 95QUÍMICA � (UNICAMP-SP) – Um botijão de gás de cozinha, contendo butano, foi utilizado em um fogão durante um certo tempo, apresentando uma diminuição de massa de 1,0 kg. Sabendo-se que: a) Qual a quantidade de calor que foi produzida no fogão devida à combustão do butano? b) Qual o volume, a 25°C e 1,0 atm, de butano consumido? Dados: o volume molar de um gás ideal a 25°C e 1,0 atm é igual a 24,5 litros. Massas atômicas: C = 12u; H = 1u � (UERJ) – Ao se dissolver uma determinada quantidade de cloreto de amônio em água a 25°C, obteve-se uma solução cuja temperatura foi de 15°C. A transformação descrita caracteriza um processo do tipo a) atérmico. b) adiabático. c) isotérmico. d) exotérmico. e) endotérmico. Módulo 10 – A Lei de Hess � Dada a equação termoquímica: 3 C2H2 (g) → C6H6 (l) ΔH = ? Dados: I. C6H6(l) + O2(g) → 6CO2(g) + 3 H2O(l) ΔH = –1.115 kJ II. C2H2(g) + O2(g) → 2CO2(g) + H2O (l) ΔH = –648 kJ � (UNIFESP) – Dadas as equações termoquí micas: H2 (g) + O2 (g) → H2O (g) ΔH = –58 kcal H2 (g) + O2 (g) → H2O (l) ΔH = –68 kcal Determine a quantidade de calor envolvida na vaporização de 1L de água líquida. Dados: dH2O = 1 g/mL; H2O = 18 g/mol. � (MACKENZIE-SP-MODELO ENEM) – O craqueamento (cracking) é a denominação técnica de pro cessos químicos na indústria por meio dos quais moléculas mais complexas são quebradas em moléculas mais simples. O prin cípio básico desse tipo de processo é o rompi mento das ligações carbono- carbono pela adi ção de calor e/ou catalisador. Um exemplo da aplicação do craqueamento é a transfor mação do dodecano em dois compostos de menor massa molar, hexano e propeno (propi leno), conforme exem plificado, simplificada mente, pela equação química a seguir: C12H26 (l) → C6H14 (l) + 2 C3H6 (g) São dadas as equações termoquímicas de combustão com - pleta, no estado-padrão para três hidrocarbonetos: C12H26(l) + O2(g) → 12CO2(g) + 13H2O (l) ΔH0C = – 7513,0 kJ/mol C6H14 (l) + O2 (g) → 6 CO2 (g) + 7 H2O (l) ΔH0C = – 4163,0 kJ/mol C3H6 (g) + O2 (g) → 3 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔH0C = – 2220,0 kJ/mol Utilizando a Lei de Hess, pode-se afirmar que o valor da variação de entalpia-padrão para o craqueamento do dodecano em hexano e propeno, será a) – 13896,0 kJ/mol. b) – 1130,0 kJ/mol. c) + 1090,0 kJ/mol. d) + 1130,0 kJ/mol. e) + 13896,0 kJ/mol. � São dados os calores de formação: N2(g) + H2(g) → NH3(g) ΔH = – 46 kJ N2(g) + O2(g) → NO(g) ΔH = + 90 kJ H2(g) + O2(g) → H2O(l) ΔH = – 286 kJ Calcular a variação de entalpia da reação: 4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(l) ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO: a) Inverter e multiplicar por ................ a primeira equação. b) Multiplicar por ........................... a segunda equação. c) Multiplicar por ............................. a terceira equação. d) Resposta: ΔH = ................................. kJ � (UFU-MG) – Observe o diagrama abaixo. De acordo com as in for mações, é correto afir mar que a reação “CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g)” é a) endotérmica e absorve 26,5kcal/mol de CO. b) endotérmica e absorve 67,5kcal/mol de CO. c) exotérmica e libera 26,5kcal/mol de CO. d) exotérmica e libera 67,5kcal/mol de CO. C4H10(g) + 6,5 O2(g) = 4 CO2(g) + 5 H2O(g); ΔH = – 2900 kJ/mol 15 –– 2 5 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 37 ––– 2 19 ––– 2 9 –– 2 1 –– 2 3 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 95 96 QUÍMICA � (MACKENZIE-SP) – A hidrogenação do acetileno é efetuada pela reação desse gás com o gás hidrogênio, originando, nesse processo, o etano gasoso, como mostra a equação química abaixo C2H2 (g) + 2 H2 (g) → C2H6 (g) É possível determinar a variação da entalpia para esse pro - cesso, a partir de dados de outras equações termo químicas, por meio da aplicação da Lei de Hess. C2H2 (g) + O2 (g) → 2 CO2(g) + H2O (l) ΔH0 C = – 1301 kJ/mol C2H6 (g) + O2 (g) → 2 CO2(g) + 3 H2O (l) ΔH0 C = – 1561 kJ/mol H2 (g) + O2 (g) → H2O (l) ΔH0 C = – 286 kJ/mol Assim, usando as equações termoquímicas de combustão no estado-padrão, é correto afirmar que a variação da entalpia para a hidro genação de 1 mol de acetileno, nessas condições, é de a) – 256 kJ/mol b) – 312 kJ/mol c) – 614 kJ/mol d) – 814 kJ/mol e) – 3148 kJ/mol � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – O “besouro bombar - deiro” espanta seus pre da dores, expelindo uma solução quente. Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas de hidroquinona, peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem uma reação exotérmica, representada por: enzimas C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) ⎯⎯⎯→ C6H4O2(aq) + 2H2O(l) hidroquinona O calor envolvido nessa transformação pode ser cal cu lado, con sideran do-se os processos: C6H4(OH)2 (aq) → C6H4O2 (aq) + H2 (g) ΔH 0 = + 177 kJ . mol–1 H2O (l) + 1/2 O2 (g) → H2O2 (aq) ΔH 0 = + 95 kJ . mol–1 H2O (l) → 1/2 O2 (g) + H2 (g) ΔH 0 = + 286 kJ . mol–1 Assim sendo, o calor envolvido (ΔH0) na reação que ocorre no organismo do besouro é a) – 558 kJ . mol–1 b) – 204 kJ . mol–1 c) + 177 kJ . mol–1 d) + 558 kJ . mol–1 e) + 585 kJ . mol–1 (PUC-SP-MODELO ENEM) – Utilizando uma bomba calori - métri ca, é possível determinar o calor de combustão do benzeno, do hidro gênio e do carbono grafita, como ilustram os diagramas a seguir. De acordo com esses dados, a entalpia da reação a seguir é 6 C (gr) + 3 H2 (g) → C6H6 (l) ΔH = _______ ? a) – 3945 kJ . mol–1 b) – 1239 kJ . mol–1 c) – 808 kJ . mol–1 d) 50 kJ . mol–1 e) 2587 kJ . mol–1 � (UNIP-SP) – São dadas as reações: Essas equações podem ser empregadas na determinação da va ria ção de entalpia (ΔH) da reação: O valor encontrado é: a) –101,0 kcal b) – 141,6 kcal c) + 101,0 kcal d) + 141,6 kcal e) – 75,6 kcal � (FUVEST-SP) – Com base nas variações de entalpia associadas às reações abaixo: 5 –– 2 7 –– 2 1 –– 2 C H ( ) + 15/2 O (g)6 6 2l H (kJ) 6 CO (g) + 3 H O ( )2 2 l �H = 3 266 kJ�� � H (kJ) �H = 286 kJ�� � H (g) + 1/2 O (g)2 2 H O ( )2 l H (kJ) C (graf) + O (g)2 CO (g)2 �H = 393 kJ�� � C(s) + 2 H2(g) → CH4(g) ΔH = – 20,3kcal 1/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g) → HCl(g) ΔH = – 22,0 kcal C(s) + 2 Cl2(g) → CCl4(l) ΔH = – 33,3 kcal CH4(g) + 4 Cl2(g) → CCl4(l) + 4 HCl(g) ΔH = ? N2(g) + 2 O2(g) → 2 NO2(g) ΔH = + 67,6 kJ N2(g) + 2 O2(g) → N2O4(g) ΔH = + 9,6 kJ C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 96 97QUÍMICA pode-se prever que a variação de entalpia associada à reação de dimerização do NO2 (2NO2(g) → N2O4(g)) será igual a: a) – 58,0 kJ b) + 58,0 kJ c) – 77,2 kJ d) + 77,2 kJ e) + 648 kJ Módulo 11 – Velocidade (rapidez) de uma reação � (UNICAMP-SP) – A água oxigenada (H2O2) se decompõe, produ zindo água e gás oxigênio. O gráfico a seguir mostra a diminuição da concentração do H2O2 em função do tempo. a) Qual trecho da velocidade média é maior? b) Calcule a velocidade média em relação ao H2O2, no trecho II. c) Calcule a velocidade média em relação ao O2, no trecho II. � A chama de um aquecedor está queimando 10 L de propano a cada minuto, de acordo com a seguinte equação: C3H8(g) + 5 O2(g) ⎯→ 3 CO2(g) + 4 H2O(g) Nas mesmas condições de pressão e temperatura, determine: a) a velocidade de consumo de O2 em L/min. b) a velocidade de formação de CO2 em L/min. � (UES-RJ) – Os conversores catalíticos de automó veis funcionam aumentando a veloci dade de rea ções que transformam gases po luentes em gases não poluentes. Uma das reações conhecidas é 2CO + 2NO ⎯→ 2CO2 + N2 Supondo que no conversor haja uma trans formação de 30g de NO em 20 minutos, tere mos uma velocidade de formação de N2, em gramas por minuto, de Dados: massas molares em g/mol: N = 14; O = 16 a) 2,8 b) 1,4 c) 0,7 d) 0,35 e) 0,17 � (CEFET-PR-MODELO ENEM) – Du rante a combustão do etanol, em condições es pe ciais, foram registrados os se guin - tes dados: A partir desses dados, deduz-se que a velo ci dade média da rea - ção no intervalo de 1 a 5 mi nutos e a massa de etanol consumida no pri meiro minuto foram Dados: massas molares em g/mol: H = 1, C = 12, O = 16 a) 1,5 mol/min e 136,4g b) 1,5 mol/min e 128,8g c) 1,7 mol/min e 128,8g d) 1,4 mol/min e 128,8g e) 1,7 mol/min e 136,4g � (UFV-MG) – Assinale o fenômeno que apresenta velo - cidade média maior. a) A combustão de um palito de fósforo. b) A transformação de rochas em solos. c) A corrosão de um automóvel. d) O crescimento de um ser humano. e) A formação de petróleo a partir de seres vivos. � (UFRGS) – Considere a reação abaixo. N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) Para determinar a velocidade da reação, monitorou-se a con - centração de hidrogênio ao longo do tempo, obtendo-se os dados contidos no quadro que se segue. Com base nos dados apresentados, é correto afirmar que a velocidade média de formação da amônia será a) 0,10 mol L–1 min–1 b) 0,20 mol L–1 min–1 c) 0,30 mol L–1 min–1 d) 0,40 mol L–1 min–1 e) 0,60 mol L–1 min–1 � (MACKENZIE-SP) – A combustão da gasolina pode ser equa cionada por C8H18 + O2 → CO2 + H2O (equação não balan - ceada). Considere que após uma hora e meia de reação foram produzidos 36 mols de CO2. Dessa forma, a velocidade de reação, expressa em quantidade em mol de C8H18 consumida por minuto, é de a) 3,0 b) 4,5 c) 0,1 d) 0,4 e) 0,05 (UNESP) – Em um laboratório de química, dois estudantes realizam um experimento com o objetivo de determinar a velocidade da reação apresentada a seguir. MgCO3 (s) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2O (l) + CO2(g) Sabendo que a reação ocorre em um sistema aberto, o parâmetro do meio reacional que deverá ser considerado para a determinação da velocidade dessa reação é C2H6O (mol) 10 7,2 5,2 3,1 1,2 0,4 0,1 Tempo (min) 0 1 1 3 4 5 6 Tempo (s) Concentração (mol L–1) 0 1,00 120 0,40 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 97 98 QUÍMICA a) a diminuição da concentração de íons Mg2+. b) o teor de umidade no interior do sistema. c) a diminuição da massa total do sistema. d) a variação da concentração de íons Cl–. e) a elevação da pressão do sistema. � Metano (CH4) é o gás produzido a partir da biomassa, e a sua queima na indústria, para obtenção de energia térmica, corresponde à seguinte reação: CH4 (g)+ 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) Se a velocidade de consumo do metano é 0,01 mol . min–1, assinale a alternativa que corretamente expressa a massa de H2O produzida du rante uma hora de reação. a) 1,2 g b) 1,8 g c) 10,8 g d) 3,6 g e) 21,6 g Dado: massa molar do H2O: 18 g/mol � (ESPCEX-SP-MODELO ENEM) – O air bag, dispositivo de seguran ça usado em automóveis, é inflado pelo gás nitrogênio, produzido segundo a reação: 6 NaN3 (s) + 2 Fe2O3 (s) → 3 Na2O2 (s) + 4 Fe (s) + 9 N2 (g) No caso da expansão desse equipamento se com pletar com 42,0 g de gás nitrogênio e da velocidade de consumo do NaN3 ser de 20 mol/s, o tempo, em segundos, necessário para a referida expansão será: a) 0,05 b) 0,025 c) 0,06 d) 0,075 e) 0,09 Dados: massas molares (g/mol): N = 14, Na = 23, O = 16, Fe = 56 Módulo 12 – Teoria das colisões � (PUC-RS) – A velo cidade de uma reação química depende: I. do número de colisões intermoleculares por unidade de tempo. II. da energia cinética das moléculas que colidem entre si. III. da orientação das moléculas na colisão, isto é, da geometria da colisão. Estão corretas as alternativas a) I, II e III. b) somente III. c) somente II. d) somente I e II. e) somente I. � Considere o gráfico abaixo. Pede-se: a) Energia de ativação da reação direta (R → P): .................................. kcal. b) Energia de ativação da reação inversa (P → R): ..................................... kcal. c) Variação de entalpia da reação direta (R → P): ........................................ kcal. d) Variação de entalpia da reação inversa (P → R): .......................................... kcal. � Dado o diagrama de entalpia: a) Determine a variação de entalpia da reação, na formação de 1 mol de AB. b) Qual a energia de ativação da reação de acordo com a o diagrama? � Dado o processo: 2 HCl(g) ⎯→ 〈 H2Cl2 〉 ⎯→ H2(g) + Cl2(g) ΔH + 44 kcal complexo ativado e sabendo que a energia de ativação vale 140 kcal, construa um diagrama de energia com esses participantes, marcando corretamente os valores de ΔH. � A maioria das reações químicas são reversíveis, isto é, os reagentes originam os produtos (direta) e os produtos regeneram os reagentes (inversa), portanto não haverá consumo total dos reagentes. Através do diagrama de energia podemos calcular a energia de ativação da reação inversa. E’a = ECA – EP Determine a energia de ativação da reação inversa ( C ⎯→ A + B). C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 98 99QUÍMICA � (UFRS-MODELO ENEM) – As figuras a seguir repre - sentam as colisões entre as mo lé culas reagentes de uma mesma reação em três situações: Pode-se afirmar que, a) na situação I, as moléculas reagentes apresentam energia maior que a energia de ativação, mas a geometria da colisão não favorece a formação dos produtos. b) na situação II, ocorreu uma colisão com geometria favorável e energia suficiente para formar os produtos. c) na situação III, as moléculas reagentes foram completamente transformadas em produtos. d) nas situações I e III, ocorreram reações químicas, pois as colisões foram eficazes. e) nas situações I, II e III, ocorreu a formação do complexo ativado, produzindo novas substâncias. � (FUVEST-SP) – Ao abastecer um automóvel com gasolina, é possível sentir o odor do combustível a certa distância da bomba. Isso significa que, no ar, existem moléculas dos componentes da gasolina, que são percebidas pelo olfato. Mesmo havendo, no ar, moléculas de combustível e de oxigênio, não há combustão nesse caso. Três explicações diferentes foram propostas para isso: I. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxi - gênio não têm afinidade química e, por isso, não reagem. II. À temperatura ambiente, as moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio não têm energia suficiente para iniciar a combustão. III. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio encon tram-se tão separadas que não há colisão entreelas. Entre as explicações, está correto apenas o que se propõe em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. (MACKENZIE-SP) – Analisando-se o gráfico represen tati - vo do caminho da rea ção A + B → C, pode-se dizer que o valor da energia de ativação, em kcal/mol, e o tipo de reação são, respectivamente: a) 8 e exotérmica. b) 20 e endotérmica. c) 20 e exotérmica. d) 28 e endotérmica. e) 30 e endotérmica. � (PUC-RS) – Considere-se a reação reversível representada pela equação: CO(g) + NO2(g) →← CO2(g) + NO(g) A variação de entalpia (ΔH) da reação direta é – 226kJ/mol, e a energia de ativação da reação inversa é 360kJ/mol. A energia de ativação da reação direta é a) – 360kJ/mol b) –134J/mol c) + 134kJ/mol d) +360kJ/mol e) + 586kJ/mol � (UNESP-MODELO ENEM) – Um professor de química apre sentou a figura abaixo como sendo a representação de um sistema reacional espontâneo. Figura Em seguida, solicitou aos estudantes que traçassem um gráfico da energia em função do caminho da reação, para o sistema representado. Para atender corretamente à solicitação do professor, os estudantes devem apresentar um gráfico como o que está representado em: Energia em kcal mol/ 30 25 20 15 10 5 2 0 A + B C C çãoaminho da rea Reagentes Intermediários Produtos Rápida Lenta C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 99 100 QUÍMICA Módulo 13 – Fatores que influem na velocidade das reações � Um aumento de temperatura da reação geralmente provoca: I. diminuição da agitação molecular. II. aumento do número de colisões efetivas à reação. III. diminuição da velocidade de reação. IV. aumento da energia de ativação. Está(ão) correta(s) somente a(s) afirmativa(s): a) I b) II. c) III. d) IV. e) I e III. � Dadas as equações químicas. 1 – CaCO3 (pedaço) + 2 HCl ⎯→ CaCl2 + CO2 + H2O) 10g excesso 2 – CaCO3 (pó) + 2 HCl ⎯→ CaCl2 + CO2 + H2O) 10g excesso Associe as reações com as curvas fornecidas. � (MACKENZIE-SP) – Um aluno, querendo verificar os conceitos de cinética química discutidos na escola, dirigiu-se a uma drogaria e comprou alguns comprimidos efervescentes, os quais continham, de acordo com o rótulo do produto, massas iguais de bicarbonato de sódio. Ao chegar a sua casa realizou a mistura desses comprimidos com água usando diferentes métodos. Após a observação do fenômeno de liberação gasosa, até que toda a massa de cada comprimido tivesse sido dissolvida em água, o aluno elaborou a seguinte tabela: De acordo com os resultados obtidos e mostrados na tabela acima, o aluno fez as seguintes afirmações: I. Ao comparar somente os métodos 1 e 2 fica impossível deter minar qual dos dois fatores variados (estado do comprimido e temperatura da água), aumentou mais a velocidade da reação. II. A mudança da condição da água, de fria para quente, faz com que, qualquer que seja o estado do comprimido, a velocidade da reação caia pela metade. III. A influência da temperatura da água é maior do que a influência do estado do comprimido, no aumento da velocidade da reação. Das afirmações acima, é correto dizer que o aluno errou a) apenas na afirmação I. b) apenas na afirmação II. c) apenas na afirmação III. d) apenas nas afirmações II e III. e) em todas as afirmações. � (FUVEST-SP) – A vitamina C é muito utilizada co mo aditivo de alimentos proces sados. Sua pro prie dade antioxidante se deve à capacidade de ser oxidada pelo oxigênio do ar, protegendo da oxidação outras substâncias pre sentes nos alimentos. Um certo alimento pro ces sado, inicialmente embalado a vácuo, é aberto e armazenado sob duas condições diferentes: I. em refrigerador a 4°C; II. em armário fechado à temperatura am biente (25°C). Mostre em um gráfico como varia o teor de vitamina C com o tempo para cada uma dessas condições. Identifique as curvas e explique comparativamente o comporta mento delas. a) E ne rg ia Caminho da reação b) E ne rg ia Caminho da reação c) E ne rg ia Caminho da reação d) E ne rg ia Caminho da reação e) E ne rg ia Caminho da reação Método Estado do Comprimido Temperatura da água Tempo de reação 1 Inteiro 10°C 50 s 2 Triturado 60°C 15 s 3 Inteiro 60°C 25 s 4 Triturado 10°C 30 s C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 100 101QUÍMICA � (FATEC-SP) – O aumento da temperatura provoca o aumento da rapidez das transformações químicas. Assinale a alternativa que mostra o gráfico obtido quando se representa o tempo necessário para que uma transformação química se complete, em função da temperatura. � (UNICAMP-SP) – Glow sticks ou light sticks são pe quenos tubos plásticos utilizados em festas por causa da luz que eles emitem. Ao serem pressionados, ocorre uma mistura de peróxido de hidrogênio com um éster orgânico e um corante. Com o tempo, o peróxido e o éster vão reagindo, liberando energia que excita o corante, que está em excesso. O corante excitado, ao voltar para a condição não excitada, emite luz. Quanto maior a quantidade de moléculas excitadas, mais intensa é a luz emitida. Esse processo é contínuo, enquanto o dispositivo funciona. Com base no conhe cimento químico, é possível afirmar que o fun cionamento do dispo sitivo, numa temperatura mais baixa, mostrará uma luz a) mais intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta. b) mais intensa e de maior duração que numa temperatura mais alta. c) menos intensa e de maior duração que numa tem peratura mais alta. d) menos intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta. � (MODELO ENEM) – O zinco reage com ácidos, ocorrendo liberação do gás hidrogênio. Adi cionam-se quantidades iguais de ácido em duas amostras de mesma massa de zinco: uma delas em raspas (A) e a outra em pó (B). Para esta experiência, o gráfico que deve representar a produção de hidrogênio em função do tempo de reação é: (SENAC) – Grande parte dos produtos alimentícios devem ser armazenados sob refrigeração, prolongando-se o tempo em que preser vam suas características originais. Entre as diversas reações que deterioram os alimentos, destacam-se oxidação e ação de micro-or ganismos. Armazenar os alimentos em geladeira conserva-os por mais tempo, pois: (I) a geladeira é vedada, evitando o contato do alimento com o oxigê nio do ar, principal responsável pelas reações de oxidação. (II) todas as reações químicas, inclusive as responsáveis pela deteriorização dos alimentos, são mais lentas em temperaturas menores. (III) nenhum micro-organismo sobrevive em temperaturas inferiores a 10°C. Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s) correta(s): a) II b) I e II c) I e III d) I e) II e III � (UFMG) – Duas reações químicas foram realizadas em condições diferentes de temperatura e de estado de agregação das substâncias, conforme descrito a seguir: Reação I CO(g) + NO2(g) → CO2 (g) + NO(g) Experimento 1 – Temperatura igual a 25°C. Experimento 2 – Temperatura igual a 250°C. (As demais condições são idênticas nos dois experimentos.) Reação II Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2 + 2KNO3 Experimento 3 – Os dois reagentes foram utilizados na forma de pó. Experimento 4 – Os dois reagentes foram utilizados em solução aquosa. C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 101 102 QUÍMICA (As demais condições são idênticas nos dois experimentos.) Comparando-se as velocidades de reação em cada par de expe rimentos (V1 com V2; V3 com V4), é correto afirmar que a) V2 > V1 e V3 = V4. b) V1 > V2 e V3 > V4. c) V2 > V1 e V4 > V3. d) V1 > V2 e V3 = V4. � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Foram realizados quatro expe rimentos. Cada um deles consistiu na adição de solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L a certa massa de ferro. A 25°C e 1 atm, mediram-se os volumes de hidrogênio desprendido em função do tempo. No final de cada experimento, sempre sobrou ferro que não reagiu. A tabela mostra o tipo de ferro usado em cada expe rimento, a temperatura e o volume da solução de ácido sulfúrico usado. O gráfico mostra os resultados. As curvas de 1 a 4 correspondem,respectivamente, aos expe - rimentos Módulo 14 – Influência do catalisador e da concentração dos reagentes � (UFSCar-SP-MODELO ENEM) – Um dos produtos envol - vidos no fe nômeno da preci pitação ácida, gerado pela queima de combus tíveis fósseis, envolve o SO2 gasoso. Ele reage com o O2 do ar, numa reação no estado gasoso catalisada por dióxido de nitrogênio, NO2. No processo, é gerado SO3, se gundo a reação glo bal representada pela equação química balan ceada NO2(g) 2SO2 + O2 ⎯⎯⎯→ 2SO3 No gráfico acima, estão re pre sen tadas as varia ções das con - cen tra ções dos compo nentes da reação em função do tempo de reação, quando ela é estudada em condições de la bora tório, em recipiente fechado contendo inicial mente uma mistura de SO2, O2 e NO2 gasosos. As curvas que representam as concen trações de SO2, SO3, O2 e NO2 são, respec tivamente: a) I, II, III, IV. b) II, I, III, IV. c) III, I, II, IV. d) III, II, I, IV. e) IV, III, II, I. � (UFERSA-RN) – No gráfico abaixo, o valor da energia de ativação da reação, quando realizada com catalisador é: a) 20kcal. b) 40 kcal. c) 60kcal. d) 80kcal. Experimento Material Tempe- ratura/°C Volume da solução de H2SO4/mL A pregos 60 50 B limalha 60 50 C limalha 60 80 D limalha 40 80 1 2 3 4 a) D C A B b) D C B A c) B A C D d) C D A B e) C D B A C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 102 103QUÍMICA � (FGV-SP) – Para a reação A + B → C, os valo res de entalpia são apresentados no gráfico a seguir, em duas situações: na presença e na ausência de catalisador. Considere as se guintes afir ma ções: I. A reação A + B → C é endo tér mica. II. A velocidade da reação é au men tada na pre sença de catalisa dor devi do a um aumento da energia de ativação. III. A energia de ativação da reação na ausência do catalisador é 50 kJ. Está correto o contido em a) I, II e III. b) II e III, apenas. c) I e II, apenas. d) II, apenas. e) I, apenas. � (U.UBERABA-MG) – Para obter hidrogênio, estu dantes realiza ram experiências, reagindo magnésio metálico com ácido nas condições a seguir indicadas. O experimento em que a reação ocorreu com menor ra pidez foi: a) I b) II c) III d) IV e) V � (CESGRANRIO) – A equação X + 2 Y → XY2 representa uma reação cuja equação da velo cidade é v = k [X] . [Y]2 Assinale o valor da constante de velocidade para a reação acima, sabendo que, quando a concentração de X é 1mol/L e a concentração de Y é 2mol/L, a velocidade da rea ção é 3 mol/L . min. a) 3,0 b)1,5 c) 1,0 d) 0,75 e) 0,5 � Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no con texto da pre paração e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias pro dutoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. � FGV-SP-MODELO ENEM) – Os automóveis são os princi - pais poluidores dos centros urbanos. Para diminuir a poluição, a legislação obriga o uso de catalisadores automotivos. Eles viabilizam reações que transformam os gases de escapamento dos motores, óxidos de nitro gênio e monóxido de carbono, em substâncias bem menos poluentes. Os catalisadores _________ a energia de ativação da reação no sentido da formação dos produtos, __________ a energia de ativação da reação no sentido dos reagentes e ___________ na variacão de entalpia (ΔH). No texto, as lacunas são preenchidas, correta e respectiva - mente, por: a) diminuem … aumentam … interferem b) diminuem … diminuem … não interferem c) diminuem … aumentam … não interferem d) aumentam … diminuem … interferem e) aumentam … aumentam … interferem caminho da reação C A + B 40 70 90 140 H (kJ) Experiência Magnésio Concentração da solução ácida Temperatura (°C) I em pó 0,5 mol/L de ácidoclorídrico 25 II em raspas 0,5 mol/L de ácidoclorídrico 25 III em lâmina 0,5 mol/L de ácidoclorídrico 25 IV em raspas 1,0 mol/L de ácidoclorídrico 50 V em pó 1,0 mol/L de ácidoclorídrico 50 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 103 104 QUÍMICA (FGV-SP) – Para a reação A + B → C, os valo res de entalpia são apresentados no gráfico a seguir, em duas situações: na presença e na ausência de catalisador. Considere as seguintes afirmações: I. A reação A + B → C é endo térmica. II. A velocidade da reação é au men tada na presença de catalisador devi do a um aumento da energia de ativação. III. A energia de ativação da reação na ausência do catalisador é 50 kJ. Está correto o contido em a) I, II e III. b) II e III, apenas. c) I e II, apenas. d) II, apenas. e) I, apenas. � (FFCLIC) – Relativo à velocidade das reações químicas, qual a proposição incorreta? a) O aumento da pressão aumenta a velocidade das reações, indepen dentemente do estado (sólido, líquido ou gasoso) em que se en contram os reagentes e produtos. b) O aumento da temperatura aumenta a velocidade das reações, porque aumenta a energia cinética das moléculas. c) Um catalisador aumenta a velocidade de uma reação, porque diminui a energia de ativação dela. d) Um aumento da concentração dos reagentes pode aumentar a velocidade da reação, porque aumenta o número de colisões entre as partículas. e) Uma palha de aço reage com HCl mais rapidamente do que um prego de mesma massa, devido a sua maior superfície de contato. � ((MACKENZIE-SP) I. Z representa a energia de ativação na presença de catalisador. II. Y representa a energia de ativação na presença de catalisador. III. X representa a variação de entalpia. IV. A velocidade de formação dos produtos é menor no caminho B. As afirmações acima se referem ao diagrama energético dos caminhos A e B da reação reagentes → produtos. Somente são corretas: a) I e III. b) II e III. c) II e IV. d) III e IV. e) I e IV. Módulo 15 – Mecanismo de uma reação química � (UFES) – No estudo da cinética da reação: A(g) + B(g) → Produtos, foram obtidos os dados relacionados na tabela abaixo: Escreva a lei da velocidade para a reação. � Ao se estudar uma reação representada pela equa ção 3A + 2B → C + D foram coletados os se guintes dados, sendo as concentrações em mol/L Escreva a lei da velocidade para a reação. � A decomposição do peróxido de hidrogênio obedece à equação. 2 H2O2 ⎯→ 2 H2O + O2 Mantendo-se a temperatura constante, foi medida a velocidade inicial da reação com diferentes concentrações de H2O2. Z A B Y X energia (kcal/mol) reagentes produtos caminho da reação Concentração inicial Velocidade (mol/Ls)[A] (mol/L) [B] (mol/L) I) 1,0 1,0 2,0 x 10–3 II) 1,0 0,5 1,0 x 10–3 III) 0,5 1,0 0,5 x 10–3 [A] [B] Velocidade, em mol . L–1 . min–1 5 10 10 10 10 40 10 20 40 caminho da reação C A + B 40 70 90 140 H (kJ) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 104 105QUÍMICA Os resultados obtidos estão na tabela abaixo a) Qual a equação da velocidade dessa reação? b) Qua o valor da constante de velocidade? c) Qual a velocidade inicial da reação para [H2O2] = 2 mol/L, na mesma temperatura? � Umas das reações mais importantes do smog foto - químico, tipo de poluição que ocorre em cidades com muitos carros, é dada pelo mecanismo: NO2 ⎯→ NO + O (etapa lenta) O2 + O ⎯→ O3 (etapa rápida) Escreva a lei da velocidade dessa reação. �Dado o diagrama de energia: a) Escreva as etapas desse processo. b) Indique o segmento que representa a energia de ativação da reação. c) Escreva a equação da velocidade da reação. � (UECE) – Um óxido de nitrogênio se decompõe de acordo com a reação 2 N2O5 → 4 NO2 + O2 e apresenta o seguinte mecanismo: I) N2O5 → NO2 + NO3 (etapa lenta) II) NO3 → NO + O2 (etapa rápida) III) NO + N2O5 → NO2 + N2O4 (etapa rápida) IV) N2O4 → 2 NO2 (etapa rápida) Analisando os processos descritos acima, podemos afirmar, correta mente: a) A reação é elementar. b) A expressão da velocidade é v = k [N2O5]. c) Trata-se de uma reação de segunda ordem. d) A etapa IV é determinante para o cálculo da velocidade. � (PUC-SP-MODELO ENEM) – Os dados abaixo refe - rem-se à ciné tica da reação en tre o monóxido de dinitrogênio (N2O) e o oxigênio (O2), produzindo o dióxido de nitrogênio (NO2). 2 N2O + 3 O2 → 4 NO2 Analisando a tabela, é correto afirmar que a) a expressão da velocidade da reação é v = k [N2O] . [O2]. b) a temperatura no último experimento é maior que 400°C. c) a velocidade da reação independe da concentração de O2. d) o valor da constante de velocidade (k) a 400°C é 1 L/mol. e) o valor da constante de velocidade (k) é o mesmo em todos os experimentos. (MACKENZIE-SP) – O estudo cinético de um processo químico foi realizado por meio de um experimento de laboratório, no qual foi analisada a velocidade desse determinado processo em função das concentrações dos reagentes A e B2. Os resultados obtidos nesse estudo encontram-se tabelados abaixo. Com base nos resultados obtidos, foram feitas as seguin tes afirmativas: I. As ordens de reação para os reagentes A e B2, respec - tivamente, são 2 e 1. II. A equação cinética da velocidade para o processo pode ser representada pela equação v = k . [A]2 . [B2]. III. A constante cinética da velocidade k tem valor igual a 200 L2 . mol–2 . min–1. Considerando-se que todos os experimentos realizados tenham sido feitos sob mesma condição de temperatura, é correto que a) nenhuma afirmativa é certa. b) apenas a afirmativa I está certa. c) apenas as afirmativas I e II estão certas. d) apenas as afirmativas II e III estão certas. e) todas as afirmativas estão certas. [N2O] (mol/L) [O2] (mol/L) Velocidade da reação (mol/L . s) Temperatura (°C) 0,020 0,010 1,0 x 10–4 400 0,040 0010 4,0 x 10–4 400 0,020 0,040 4,0 x 10–4 400 0,020 0,040 16,0 x 10–4 ??? Experimento [A] (mol . L–1) [B2] (mol . L–1) v inicial (mol . L–1 . min–1) X 1 . 10–2 1 . 10–2 2 . 10–4 Y 5 . 10–3 1 . 10–2 5 . 10–5 Z 1 . 10–2 5 . 10–3 1 . 10–4 [H2O2] (mol/L) Velocidade inicial (mol/L . h) 1.a experiência 0,35 0,1 2.a experiência 0,70 0,2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 105 106 QUÍMICA � (UEPG) – Uma das reações que podem ocorrer no ar poluído é a reação do dióxido de nitrogênio com o ozônio. NO2 (g) + O3 (g) → NO3 (g) + O2 (g) Dados experimentais mostraram que, em determinada temperatura, a velocidade da reação duplica com a duplicação da concentração do dióxido de nitrôgenio, mas não depende da concentração do ozônio. Assim, assinale o que for correto. 01) A expressão da le i de velocidade da reação apresentada é v = k . [NO2]. 02) A reação é de primeira ordem em relação ao NO2. 04) O aumento da concentração de ozônio aumenta a velocidade da reação apresentada. 08) A reação apresentada é uma reação elementar. � (UNESP-SP) – O gás cloreto de carbonila, COCl2 (fos - gênio), extrema mente tóxico, é usado na síntese de muitos compostos orgânicos. Conhecendo os seguintes dados coletados a uma dada temperatura: a expressão da lei de velocidade e o valor aproximado da constante k de velocidade para a reação que produz o cloreto de carbonila, CO (g) + Cl2 (g) → COCl2 (g), são, respectivamente: a) v = k [CO(g)]1 + [Cl2 (g)] 2, k = 0,56 L2.mol–2.s–1 b) v = k [CO(g)]2 [Cl2 (g)] 1, k = 31,3 L2.mol–2.s–1 c) v = k [Cl2(g)] 2 , k = 2,25 L2.mol–2.s–1 d) v = k [CO(g)]1 [Cl2 (g)] 2, k = 18,8 L2.mol–2.s–1 e) v = k [CO(g)]1 [Cl2 (g)] 1, k = 0,28 L2.mol–2.s–1 Módulo 16 – As reações não se completam. Conceito de equilíbrio químico � Assinale os itens corretos acerca de um equilíbrio químico numa dada temperatura. 01) As concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio não variam mais. 02) Ambas as reações direta e inversa continuam ocor rendo com velocidades iguais. 04) Todas as reações reversíveis caminham espon tanea mente para o equilíbrio e assim permanecem a menos que um fator modi fique tal situação. 08) O equilíbrio existe num sistema fechado e a energia armazenada é a menor possível, daí o equilíbrio ser procurado esponta nea mente. 16) São iguais as concentrações de cada substân cia pre sente no equilíbrio. Soma dos números dos itens corretos: � (UEL-PR-MODELO ENEM) – Num reci piente fechado mistu ram-se 2,0 mols de A2(g) com 3,0 mols de B2(g). Ocor - rem as reações 1 A2(g) + B2(g) ⎯→←⎯ 2 AB(g)2 Sendo v1 e v2 as velocidades das reações indi cadas, em mol/L.s, [A2] e [B2] as concen trações dos reagentes em mol/L, pode-se afir mar que o sistema atinge o equilíbrio quando: a) v1 = v2 b) v1 = 2 v2 c) [A2] = 0 d) [B2] = 0 e) [A2] = [B2] � (UFPB) – Numa reação química, o equilí brio é observado quando: a) O número de mols dos reagentes é igual ao número de mols do produto. b) A temperatura do sistema reacional fica constante. c) As velocidades das reações direta e inversa são iguais. d) Os reagentes são totalmente consumidos. e) As reações direta e inversa ocorrem simulta neamente. � Analisando-se o equilíbrio N2O4(g) →← 2 NO2(g), constata-se que a 25°C predo mina N2O4(g). Esboce um gráfico (concen tração x tem po) des de o início (recipiente contendo apenas N2O4) até o atingimento desse equilíbrio. � (FATEC-SP-MODELO ENEM) – Nas condições ambientes, é exem plo de sistema em estado de equilíbrio uma a) xícara de café bem quente. b) garrafa de água mineral gasosa fechada. c) chama uniforme de bico de Bunsen. d) porção de água fervendo em temperatura constante. e) tigela contendo feijão cozido. Concentração inicial (mol. L–1) Velocidade inicial (mol COCl2.L –1.s–1) Experimento CO (g) Cl2 (g) 1 0,12 0,20 0,09 2 0,24 0,20 0,18 3 0,24 0,40 0,72 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 106 107QUÍMICA � (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Em condições industrial - mente apropriadas para se obter amônia, juntaram-se quantidades este quio métricas dos gases N2 e H2. N2(g) + 3 H2(g) →← 2 NH3(g) Depois de alcançado o equilíbrio químico, uma amostra da fase gasosa poderia ser representada corretamente por: � FATEC-SP) – Para que uma transformação química esteja em estado de equilíbrio dinâmico, é necessário, entre outros fatores, que a) reagentes e produtos sejam incolores. b) reagentes e produtos estejam em estados físicos diferentes. c) haja liberação de calor do sistema para o ambiente. d) haja coexistência de reagentes e produtos no sistema. e) as concentrações dos produtos aumentem com o tempo. Qual dos modelos é mais adequado para representar um sistema no qual há o equilíbrio H2 (g) + Cl2 (g) →← 2 HCl (g)? � (UFPR) – Os gases hidrazina (N2H4) e dióxido de nitro gênio reagem, produzindo vapor d’água e gás dinitrogênio (nitrogênio molecular). O processo da reação de 0,4 mol de hidrazina e 0,4 mol de dióxido de nitrogênio em um recipiente fechado, à tempe ratura ambiente, pode ser representado pelo gráfico a seguir. a) Escreva a equação química balanceada para a reação entre a hidrazina e o dióxido de nitrogênio. b) Qual das curvas do gráfico representa as varia ções da concentração de vapor d’água no tem po? Justifique-o. c) Qual a coordenada de tempo em que o sistema gasoso atinge o estado de equilíbrio? Justifique-o. � Assinale a alternativa falsa acerca de um equilíbrio químico numa dada temperatura. a) Ambas as reações direta e inversa continuam ocorrendo com velocidades iguais. b) Todas as reações reversíveis caminham espon taneamente para o equilíbrio e assim permanecem,a menos que um fator modifique tal situação. c) O equilíbrio existe num sistema fechado e a ener gia armazenada é a menor possível, daí o equi líbrio ser procurado espontaneamente. d) As concentrações de todas as substâncias pre sentes no equilíbrio não variam mais. e) São iguais as concentrações de cada substância presente no equilíbrio. A B C D = H = Cl Legenda: Concentração (mol/L) produto y produto x reagentes tempo 0,4 0,3 0,2 0,1 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 107 108 QUÍMICA FRENTE 1 Módulo 9 – Estrutura das substâncias e propriedades físicas (continuação) � a) intermolecular b) polar c) apolar d) água � CCl4, apolar � C � água: polar óleo: apolar Resposta: B � I – I: apolar hexano: apolar Resposta: B � Os grupos OH da sacarose fazem liga ções de hidrogênio com as moléculas de água. Resposta: B � O princípio ativo, presente no oleorresina (capsaicina), está dissolvido em etanol ou isopropanol. A água é mais polar que esses álcoois e, portanto, o oleorresina apresenta uma solubilidade em água muito baixa, dificultando a sua remoção. Resposta: B As vitaminas hidrossolúveis devem ser incluídas na dieta diária por serem substâncias polares que se dis solvem em água e, portanto, mais facilmente eli mi nadas pelo organismo. Quanto maior a quantidade de grupos hidroxila (— OH), maior a polaridade da molécula e maior a quantidade de liga ções de hidrogênio (pontes de hidro gê nio) que serão estabelecidas com a água. Dentre as alternativas, a vitamina repre sentada pelo ítem III é a mais polar e, a mais hidrossolúvel e, portanto, a que requer maior necessidade de suple men tação diária. Resposta: C � Tensoativo apresenta uma parte apolar (lipofílica) e uma parte polar (hidro fílica). A água é uma molécula polar. Ao adicio nar o tensoativo na água, a parte polar interage com ela resultando o esquema C. Resposta: C � I) Quando se referem a moléculas mo vendo-se livre - mente, estamos carac te rizando uma substância molecular no estado gasoso. Entre as opções citadas temos o gás nit rogênio (N2) e o gás metano (CH4). II) Íons positivos imersos em um “mar” de elétrons caracterizam o conceito de ligação metálica. Entre as opções citadas o único metal é o ferro sólido. III) Íons positivos e negativos consti tuindo uma rede cristalina tridimen sional estão no modelo da ligação iônica (metal e não metal). O único cristal iônico citado é o cloreto de sódio (Na+Cl–). Resposta: A Módulo 10 – A química do elemento carbono � Corretos: 2, 4, 8 H | � H2C C — C CH2 | NH2 Resposta: B � C9H8 Resposta: B � Resposta: C H3C — C — CH C — CH — C — N — CH — CH3 — — CH3 CH3 P P P Q S T — CH3P — OH S — CH3 P S — H — H S P — CH3 P —— Resolução dos Exercícios-Tarefa C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 108 109QUÍMICA H H | | � Br — C — C — H | | H H � Na fórmula estrutural, há cinco átomos de carbono, quatro átomos de hidrogênio, quatro átomos de nitrogênio e três átomos de oxigênio. Portanto, a fórmula molecular é C5H4N4O3. Resposta: A � Carbono secundário é todo átomo de carbono ligado diretamente a dois átomos de carbono. Os átomos de carbono , � e � são átomos de carbono secundário. Logo, resposta c. Resposta: C Todos são átomos de carbono secun dário. � 0 – 0 Verdadeiro. 1 – 1 Verdadeiro. 2 – 2 Verdadeiro. 3 – 3 Falso. Os compostos orgânicos, em ge ral, são formados por ametais, portanto há predominância de liga ções cova lentes. 4 – 4 Verdadeiro. � 01) Verdadeiro. 02) Verdadeiro. 04) Falso. Baixa resistência ao calor. 08) Falso. Carbono tetravalente. 16) Verdadeiro. 32) Falso. O sal é o cianato de amônio. 64) Falso. Estuda os compostos derivados do carbono. Módulo 11 – Cadeias carbônicas � D � Resposta: E � B � E � I. Correta. II. Incorreta. C16H10O2N2 III. Correta. Resposta: C � Mista (parte fechada e parte aberta), in saturada, heterogênea. Resposta: D � C A cadeia carbônica é cíclica não aro mática (não contém o núcleo benzênico), heterogênea (há um átomo de nitrogênio entre átomos de carbono) e saturada (somente ligações simples entre átomos de carbono). Resposta: 04 � A cadeia é aberta ou alifática, normal, saturada (somente ligações simples entre átomos de carbonos) e heterogênea (apresenta heteroátomo). Item correto: 1 � A cadeia é aberta ou alifática, insaturada, homogênea e ramificada. Resposta: E Módulo 12 – Funções orgânicas. Hidrocarbonetos de cadeia aberta � No modelo da foto, está representada a molécula do etino. H — C C — H Resposta: A � D � a) CH4 b) C2H6 c) C2H4 d) C2H2 e) C3H4 Resposta: D � a) but-2-eno b) hex-1-eno c) hexano � a) CH3 — CH2 — CH2 — CH2 — CH3 b) CH3 — CH CH — CH3 c) CH3 — C C — CH2 — CH3 � � � � O∖∖ H3C — C — C C — C H2 | | ∖H H OH Q T— C C — C — C — C — C — C — C S— C — C — C Q C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 109 110 QUÍMICA � O átomo de carbono é tetravalente. Portanto, o gás é o metano. H | H — C — H CH4 | H Massa molecular = 12u + 4 . 1u = 16u. Resposta: D � 1e – IId – IIIa – IVc – Vf – VIb Alcanos: CnH2n+2 Alcinos: CnH2n–2 Resposta: D � a) Hidrocarboneto I: massa 116 g em 12 . 1023 molé cu - las, ou seja, 116 g em 2 mol, portanto 58 g/mol (58 u). Hidrocarboneto II: massa 126 g em 18 . 1023 molé cu - las, ou seja, 126 g em 3 mol, portanto 42 g/mol (42 u). Podemos afirmar então que a diferença entre as massas moleculares é de 58 u – 42 u = 16 u. b) Menor massa molecular 42 u. Se for um alcano: CnH2n+2 = 42 12n + 2n + 2 = 42 12n = 40 n = 2,857 Não é possível. Se for um alceno: CnH2n = 42 12n + 2n = 42 n = 3 Possível: C3H6 Teremos então H2C C — CH3 propeno | H Se for alcino: CnH2n–2 = 42 12 + 2n – 2 = 42 14n = 44 n = 3,14 Não é possível. � O gás apresenta 4 carbonos e duas ligações duplas. É um alcadieno: H H H2C C — C CH2 Fórmula C4H6 Resposta: B Módulo 13 – Alcanos com cadeia ramificada � 2,2,4-trimetilpentano Resposta: D � Resposta: C CH3 1 2 3 | � H3C — CH2 — C — CH3 4 | CH2 5 | CH3 3,3-dimetilpentano Resposta: C � Cadeia principal: 7 átomos de carbono. Resposta: D Módulo 14 – Alcenos, alcinos e alcadienos com cadeia ramificada � 2-metilbut-1-eno Resposta: E � T = terciário I e IV: corretas Resposta: A CH3 — C — CH — CH — CH — CH3 — CH3 — CH3 — CH3 — CH3 — CH2 — CH3 CH3 1 2 | 3 4 5 CH3 — C — CH2 — CH — CH3 | | CH3 CH3 CH3 6CH3 | | H3C — 3C — 4CH2 — 5CH2 | H — 2C — CH3 | 1CH3 2,3,3-trimetil-hexano CH3 4 3 2 | 1 CH3 — CH2 — C CH2 CH3 metil T | T H3C — CH — CH — C CH2 metil | T | CH2 TCH — CH3 | | CH3 CH3 isopropil alceno: C11H22 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 110 111QUÍMICA � PV = RT 1atm . 3,0 L = 0,082 . 300 K M = 82g/mol alcino: CnH2n – 2 82 = 12n + 2n – 2 n = 6 C6H10 CH3 | HC C — C — CH3 | CH3 Resposta: D � a) 1 : 12 . 1023moléc ––––––– 116g 6 . 1023moléc ––––––– 58g 2 : 18 . 1023moléc ––––––– 126g 6 . 1023moléc ––––––– 42g diferença: 16, (58g – 42g) b) CnH2n 42 = 12n + 2n n = 3 CH2 = CH — CH3 propeno Considerando a fórmula de alcano (CnH2n+2) ou de alcino (CnH2n–2), resulta n fracionário. CH3 | � CH3 — C — CH CH2 | CH3 Resposta: A � 6,6-dimetil-hept-1-eno � 3-metilbut-1-eno Série homóloga: alceno Resposta: E Resposta: C Módulo 15 – Hidrocarbonetos cíclicos � a) ciclopropano b) ciclobuteno c) ciclopentano � a) 1,2-dimetilciclo-hexano b) 1-isopropil-3-metilbenzeno c) 1-metilciclobuteno d) 3-metilciclopenteno � � C14H10 � a) 1-metilnaftaleno ou α-metilnaftaleno b) 2-metilnaftaleno ou β-metilnaftaleno � a) I: C5H10 II: C5H6 III: C8H18 IV: C13H16 b) I. cicloalcano II. cicloalcadieno III. alcano IV. aromático Módulo 16 – Fórmulas de compostos orgânicos � � Resposta: A m ––– M 10,0 g –––––– M atm . L ––––––– mol . K — CH3 — CH2 — CH2 H — C — CH2 — CH = CH2 — CH3 4-metil-hept-1-enoCH3 a) CH2 — CH3b) c) CH3 I) II) III) IV) 3 4 2 6 5 1 Me Et C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 111 112 QUÍMICA � � Resposta: E � Propilbenzeno FRENTE 2 Módulo 9 – Energia nas transformações químicas: calor de reação � 16 g –––––– 212 kcal 80 g –––––– x x = 1060 kcal Resposta: A � 2 . 27 g ––––––– 1653 kJ 1 g ––––––– x x = 30,6 kJ � 22,4 dm3 de CH4 –––––––– 890 kJ 100 dm3 de CH4 ––––––––– x x = 3973,2 kJ � 12g de C –––––– 58kcal x –––––– 116kcal x = 24g Resposta: D � 100g da mistura contêm 10g de enxofre e 90g de carbono. 12g de C –––––– 94kcal 90g de C –––––– x x = 705kcal 32g de S –––––– 70kcal 10g de S –––––– y y = 22kcal x + y = 705kcal + 22kcal = 727kcal Resposta: E clorofila � 6CO2(g) + 6H2O(l) ⎯⎯⎯→ C6H12O6(s) + 6O2(g) 6 mol λ 1 mol 3,0 . 106J ––––––––––––– 6 . 44g de CO2 3,0 . 1016J ––––––––––––– x x = 264 . 1010g = 2,64 . 106t Resposta: D � Cálculo da massa de etanol: ⇒ x = 7,9 . 103 g Cálculo da quantidade de calor: ⇒ y = 56,88 . 103 g Resposta: C Cálculo do volume de metanol para 5 vol tas: ⇒ ⇒ Cálculo da massa de metanol: ⇒ Cálculo da massa molar do metanol (CH4O): 12 + 4 (1) + 16 → 32 g/mol Cálculo da quantidade de calor liberada: ⇒ ⇒ Resposta: C H3C H3C5 C3 C2 CH3 CH31 2,3-dimetilpent-2-eno CH24 CH = CH2 vinilbenzeno �1L ––––––––––– 7,9 . 102 g 10 L ––––––––––– x �7,2 kcal ––––––––– 1 g y –––––––––– 7,9 . 103 g y � 5,7 . 104 kcal x = 40 000 mLx = 40 L�8L –––––––– 1 voltax –––––––– 5 voltas y = 31 600 g�0,79 g ––––––––– 1 mLy ––––––––– 40 000 mL �libera32 g ––––––– 173,6 kcal31 600 g ––––––– z 1 mol –– z � 1,71 . 105 kcal C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 112 113QUÍMICA � a) Cálculo da massa molar do C4H10: 4 (12) + 10 (1) → 58 g/mol Cálculo da quantidade de calor: ⇒ b) Cálculo do volume de C4H10 consumido: ⇒ � A solução originou em uma diminuição da temperatura do meio, ou seja, a solução absorveu calor do meio externo (processo endotérmico). Resposta: E Módulo 10 – A Lei de Hess � Invertendo a equação I e multiplicando a equação II por 3 e somando, temos: 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) → C6H6 (l) + O2 (g) ΔHI = + 1115 kJ 3 C2H2 (g) + O2 (g) → 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔHII = – 1944 kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3 C2H2 (g) → C6H6 (l) ΔH = – 829 kJ � 1 L de água → 1000 g de água Manter a primeira equação e inverter a segunda equação e somando, temos: H2 (g) + O2 (g) → H2O (g) ΔH = –58 kcal H2O (l) → H2 (g) + O2 (g) ΔH = 68 kcal –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– H2O (l) → H2O (g) ΔH = 10 kcal 18 g –––––––– 10 kcal 1000 g ––––––– x x � 555 kcal � Mantendo a primeira equação, invertendo a segunda equação, invertendo e multi plicando por dois a terceira equação e somando, temos: C12H26 (l) + O2 (g) → 12 CO2 (g) + 13 H2O (l) ΔH = – 7513,0 kJ/mol 6 CO2 (g) + 7 H2O (l) → C6H14 (l) + O2 (g) ΔH = + 4163,0 kJ/mol 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)→ 2 C3H6 (g) + 9 O2 (g) ΔH = + 4440,0 kJ/mol C12H26 (l) → C6H14 (l) + 2 C3H6 (g) ΔH = + 1.090,0 kJ/mol Resposta: C � 4 NH3 (g) → 2 N2 (g) + 6 H2 (g) ΔH = + 184 kJ 2 N2 (g) + 2 O2 (g) → 4 NO (g) ΔH = + 360 kJ 6 H2 (g) + 3 O2 (g) → 6 H2O (l) ΔH = – 1716 kJ –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (l) ΔH = – 1172 kJ Repostas: a) 4 b) 4 c) 6 d) ΔH = – 1172kJ � Usando o diagrama, temos: ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 – 94 kcal = – 26,5 kcal + ΔH3 ΔH3 = – 67,5 kcal/mol de CO Resposta: D � Mantendo a primeira equação, invertendo a segunda, multipli cando a terceira por dois e somando-as, temos: C2H2 (g) + O2 (g)→ 2 CO2 (g) + H2O (l) ΔH = – 1 301 kJ 2 CO2 (g)+ 3 H2O (l) → C2H6 (g) + O2 (g) ΔH = + 1 561 kJ 2 H2 (g) + 1 O2 (g) → 2 H2O (l) ΔH = – 572 kJ –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C2H2 (g) + 2 H2 (g) → C2H6 (g) ΔH = – 312 kJ/mol Resposta: B � A energia envolvida na reação de defesa do besouro é calculada por meio da Lei de Hess. Mantendo a primeira equação, invertendo a segunda e a terceira equações e somando-as, temos: 15 ––– 2 1 ––– 2 1 –– 2 37––– 2 15 ––– 2 19––– 2 �58 g –––––––– 24,5 L1 000 g –––––––– y 1 mol ––– y � 422,4 L x = 50 000 kJ �libera58 g ––––––– 2 900 kJ1 000 g ––––––– x 1 mol –– 5 –– 2 7––2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 113 114 QUÍMICA C6H4(OH)2 (aq) → C6H4O2(aq) + H2 (g) ΔH = + 177 kJ/mol H2O2 (aq) → H2O (l) + 1/2 O2 (g) ΔH = – 95 kJ/mol H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l) ΔH = – 286 kJ/mol ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) → C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l) ΔH = – 204 kJ/mol Resposta: B As equações termoquímicas fornecidas pelos gráficos são: I. C6H6 (l) + O2 (g) → 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔH = – 3266 kJ II. H2 (g) + O2 (g) → H2O (l) ΔH = – 286 kJ III. C (gr) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = – 393 kJ Utilizando a Lei de Hess, temos de inverter a equação I, multiplicar a equação II por 3 e multiplicar a equação III por 6: I. 6 CO2 (g) + 3 H2O (l) → C6H6 (l) + O2 (g) ΔH = + 3266 kJ II. 3 H2 (g) + O2 (g) → 3 H2O (l) ΔH = – 858 kJ III. 6 C (gr) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) ΔH = – 2358 kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 6 C (gr) + 3 H2 (g) → C6H6 (l) ΔH = + 50 kJ Resposta: D � Resposta: A � Resposta: A Módulo 11 – Velocidade (rapidez) de uma reação � a) I, maior Δ [H2O2] (0,3 – 0,5) mol/L b) VmH2O2 = ––––––––––––––– (20 – 10) min VmH2O2 = 0,02 mol /L . min c) 2 H2O2 → 2 H2O+ 1 O2 VmH2O2 VmO2–––––––– = ––––––– 2 1 0,02 VmO2 = ––––– mol/L . min 2 VmO2 = 0,01 mol/L . min vC3H8 vO2� a) –––––– = –––– 1 5 vO210 L/min = –––– 5 vO2 = 50 L/min vC3H8 vCO2 b) –––––– = ––––– 1 3 vCO2 10 L/min = ––––– 3 vCO2 = 30 L/min � 2CO + 2NO → 2CO2 + N2 2 . 30g –––––––––– 28g 30g –––––––––– x x = 14g 20 minutos ––––––– 14g 1 minuto ––––––– y y = 0,7g 0,7g/min Resposta: C 3 ––– 2 ΔH = –101 kcal 15 ––– 2 Inverte I) x 4 II) mantém III) CH4 (g) → C (s) + 2 H2 (g) ΔH = + 20,3 kcal 2 H2(g) + 2Cl2(g) → 4HCl(g) ΔH = – 88 kcal C (s) + 2 Cl2 (g) → CCl4 (l) ΔH = – 33,3 kcal ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CH4 (g) + 4 Cl (g) → CCl4 (l) + 4 HCl (g) ΔH = 20,37 + (–88) + (– 33,3) Inverte I) mantém II) 2NO2(g) → N2(g) + 2O2(g) ΔH = – 67,6 kJ N2(g) + 2O2(g) → N2O4(g) ΔH = 9,6 kJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 NO2 (g) → N2O4 (g) ΔH = – 67,6 + 9,6 ⇒ ⇒ ΔH = – 58 kJ 15 ––– 2 1 ––– 2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 114 115QUÍMICA � v = ∴ v = 1,7 mol/min massa consumida em 1 minuto 10 mol – 7,2 mol = 2,8 mol 1 mol –––––– 46g 2,8 mol –––––– x x = 128,8g Resposta: C � As transformações químicas das alterna tivas b, c, d, e e ocorrem em um tempo muito maior. Resposta: A � vH2= = = = 0,30mol . L–1 . min–1 N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 = ∴ = vNH3 = 0,20 mol . L–1 min–1 Resposta: B � C8H18 + O2 → 8 CO2 + 9 H2O 1 mol ––––––––––– 8 mol x ––––––––––– 36 mol x = 4,5 mol v = v = → v = 0,05 mol/min Resposta: E A equação iônica da reação pode ser assim repre sentada: MgCO3 (s) + 2 H + (aq) → → Mg2+ (aq) + H2O (l) + CO2 (g) A concentração de íons Mg2+ na solução aumenta com o decorrer do tempo. A concentração de íons Cl– na solução per manece inalterada. A formação de CO2 (g) em sistema aberto não altera a pressão do sistema. Como o carbonato de magnésio sólido é consumido durante o processo e, ocor rendo a formação de gás carbônico que escapa do sistema, podemos medir a di mi - nuição de massa total no decorrer do tempo para determinar a velocidade da reação. Resposta: C � CH4 + 2 O2 → 2 CO2 + 2 H2O 1 mol 2 mol Quantidade em mols de CH4 consumida em 1 hora: 0,01 mol de CH4 ––––– 1 min x ––––– 60 min (1 h) x = 0,6 mol de CH4 Massa de H2O produzida: produz 1 mol de CH4 –––––––– 2 mol de H2O ↓ ↓ 1 mol de CH4 –––––––– 2 x 18 g de H2O 0,6 mol de CH4 ––––––– y y = 21,6 g de H2O Resposta: E � Cálculoda quantidade de matéria de NaN3 necessária para produzir 42 g de N2: 6 NaN3 (s) + 2 Fe2O3 (s) → Na2O2 (s) + 4 Fe (s) + 9 N2 (g) 6 mol 9 mol 6 NaN3 (s) 9 N2 (g) 6 mol _____________________________________ 9 x 28 g x _______________________________________ 42,0 g x = 1 mol de NaN3 20 mol de NaN3 __________ 1 s 1 mol de NaN3 ____________ y y = 0,05 s Resposta: A Módulo 12 – Teoria das colisões � A � a) 30 b) 50 c) – 20 d) + 20 � a) ΔH = 40 kcal – (– 20 kcal). ΔH = 60 kcal para 2 mol de AB. ΔH = 30 kcal. b) Ea = ECA - ER Ea = + 60 kcal – (– 20 kcal) Ea = + 80 kcal 1Δn –– –– Δt 4,5 mol ––––––– 90 min 25 ––– 2 – (0,4 – 7,2) mol –––––––––––––––– (5 – 1) min � Δconcentração� –––––––––––––––– Δt vH2 –––– 3 vNH3 ––––– 2 0,30 mol L–1 . min–1 ––––––––––––––––– 3 �(0,40 – 1,00) mol . L–1� ––––––––––––––––––––– 2 min vNH3 ––––– 2 C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 115 116 QUÍMICA � � Ea = ECA – EP Ea = 30 kcal – 2 kcal Ea = 28 kcal � Na situação I, a geometria da colisão é favorável à formação dos produtos, mas a energia é insuficiente para a produção do complexo ativado, não ocorrendo reação. Na situação II, houve uma colisão com geometria favorável e energia suficiente para formar os produtos. Na situação III, não ocorreu a reação, pois não houve colisão em posição favorável. Resposta: B � A gasolina é um derivado volátil do pe tró leo, misturando- se homoge nea mente com o ar. Por esse motivo, pode - mos, mesmo estando a uma certa distância desse combustível, sentir o seu odor. Sobre as afirmações do enunciado, observamos que: A afirmação I está errada, pois as moléculas de gasolina e as do oxigênio têm afinidade química. A afirmação II está correta, pois, para ocorrer reação, as moléculas devem ter energia suficiente para iniciar a combustão (energia de ati vação). A afirmação III está errada, pois, estando misturadas, pode ocorrer colisão entre as moléculas. Resposta: B Ea = HCA – HR Ea = (30 – 10) kcal/mol = 20 kcal/mol Reação exotérmica, pois HP < HR. ΔH < 0 Resposta: C � ΔH = – 226 kJ/mol ⇒ reação exotérmica Ea = 360 – 226 (kJ/mol) = 134 kJ/mol Resposta: C � A questão se refere a uma transfor mação química que se processa em duas etapas: 1.a etapa (reação rápida) – menor energia de ativação. 2.a etapa (reação lenta) – maior energia de ativação. Quanto maior a velocidade da reação, menos energia será necessária para atingir o complexo ativado (C.A.). R: reagentes I: intermediários P: produtos Resposta: D Módulo 13 – Fatores que influem na velocidade das reações � B � A ⎯→ 2 B ⎯→ 1 Caminho da reação E CA2 CA1 1.ª etapa R I P 2.ª etapa C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 116 117QUÍMICA � I. Correta. II. Incorreta. Velocidade aumenta. III. Correta. Métodos 1 e 4 (estado do compri mi do) 50s ⎯→ 30s Métodos 1 e 3 (temperatura) 50s ⎯→ 25s Resposta: B � A reaçãoa 25°C é mais rápida e chega ao seu final em um tempo menor. � Aumentando a temperatura, aumenta a velocidade de qualquer reação química, diminuindo o tempo necessário para que esta ocorra. Resposta: A � Quanto maior a temperatura, maior a energia cinética das partí culas, maior o número de choques entre as moléculas do peróxido e do éster e, portanto, mais rápida a reação. Desta forma, maior será a intensidade da luz emitida no mesmo intervalo de tempo. Numa temperatura mais baixa, a velo cidade da reação será menor, demorará mais tempo para as moléculas reagirem. Logo, teremos uma luz menos intensa e um maior tempo de duração. Resposta: C � Zinco em pó ⇒ maior superfície de con tato com o ácido ⇒ maior velo ci dade de rea ção ⇒ maior volume de hidrogênio pro duzido num mesmo in ter valo de tempo Resposta: B I. Errada. O alimento dentro da geladeira sempre estará em contato com o oxigênio do ar. II. Correta. Todas as reações químicas ficam mais lentas com a diminuição da temperatura. III. Errada. Há certos micro-organismos que so bre vivem em temperaturas inferio res a 10°C. Resposta: A � Quanto maior a temperatura maior a velocidade da reação v2 > v1. Em solução aquosa a superfície de contato fica maior, v4 > v3. Resposta: C � Nos experimentos C e D o volume de H2 liberado é maior, maior quantidade de H2SO4. O experimento B tem maior velocidade que A, pois tem maior superfície de contato. O experimento C tem maior velocidade que D pois sua temperatura maior. Resposta: E Módulo 14 – Influência do catalisador e da concentração dos reagentes � I : SO3 (produto) II : O2 (reagente) III : SO2 (reagente) IV : NO2 (catalisador) Resposta: C � B � I. Correta. ΔH > 0 II. Incorreta. Diminui a energia de ativação. III. Incorreta. Ea = 100 kJ Resposta: E � Quanto menor a superfície de contato en tre os reagentes (em lâmina), quanto me nor a concentração dos reagentes (0,5 mol/L), e quanto menor a temperatura (25ºC), menor será a rapidez da reação. Resposta: C teor de vitamina C (4°C) (25°C) tempo C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 117 118 QUÍMICA � v = k [X] . [Y]2 3 = k 1 . 22 k = 0,75 0,75L2/mol2 . min Resposta: D � 1. Temperatura 2. Superfície de contato 3. Catalisador Resposta: C � Os catalisadores diminuem a energia de ativação da reação no sentido da forma ção dos produtos, dimi nuem a energia de ativação da reação no sentido dos reagentes e não interferem na variação de entalpia (ΔH). Resposta: B I. Verdadeira. De acordo com o gráfico, a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes, portanto, a reação A + B → C é endotérmica. II. Falsa. A presença de catalisador aumenta a velocidade da reação devido a uma diminuição da energia de ativação. III. Falsa. A energia de ativação é a energia necessária para atingir o complexo ativado: Ea = 140 kJ – 40 kJ = 100 kJ. Resposta: E � O aumento de pressão aumenta apenas a velocidade de reações que apresentam os reagentes no estado gasoso. Resposta: A � Caminho A → reação não catalisada Caminho B → reação catalisada Corretas: II e III Resposta: B Módulo 15 – Mecanismo de uma reação química � II para I : [B] dobra → v dobra III para I : [A] dobra → v quadruplica v = k . [A]2 . [B] � [A] dobra → v quadruplica com [B] cons tante [B] dobra → v não se altera com [A] cons tante v = k [A]2 � a) [H2O2] dobra → v dobra → v = k[H2O2] b) 0,1 mol/L . h = k 0,35 mol/L k = 0,3/h c) v = 0,3/h . 2 mol/L v = 0,6 mol/L . h � Etapa lenta v = k [NO2] � a) A + B ⎯→ AB AB + B ⎯→ AB2 b) x (lenta) c) v = k [A] [B] � A etapa I (lenta) é determinante para o cálculo da velocidade. Trata-se de uma reação de primeira ordem. Resposta: B � Mantendo-se [O2] constante e dobran do-se [N2O], a velocidade quadruplica ⇒ rea ção de 2.a ordem em relação a N2O (ex perimentos I e II). Mantendo-se [N2O] constante e quadru plicando-se [O2], a velocidade qua dru plica ⇒ reação de 1.a ordem em relação a O2 (experimentos I e III). ∴ Expressão da velocidade: v = k [N2O] 2 . [O2] 1 Nos dois últimos experimentos, as con cen trações de N2O e O2 são mantidas cons tantes. Como a velocidade da reação no último experimento é maior, a tem peratura em que ele foi realizado é maior que 400°C e apresenta maior constante de velocidade. Cálculo da constante de velocidade a 400°C: v = k [N2O] 2 . [O2] 1 1,0 . 10–4 = k (0,020)2 . 0,010 k = 25 L2/mol2 . s Resposta: B Experimentos X e Y: [B2] constante � Conclusão: com relação à substância A, a reação apresenta ordem 2. [A] dobra (5 . 10–3 para 1 . 10–2) v quadruplica (5 . 10–5 para 2 . 10–4) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 118 119QUÍMICA Experimentos Z e X: [A] constante � Conclusão: com relação à substância B2, a reação apresenta ordem 1. Equação cinética da velocidade: v = k [A]2 [B2] Experimento X: 2 . 10–4 = k �1 . 10–2 � 2 . 1 . 10–2 mol/L k = 200 Todas corretas (I, II e III) Resposta: E � Se dobrando a concentração de NO2 a velocidade duplica, trata-se de uma reação de primeira ordem em relação a NO2. Se a velocidade nãodepende da concentração de O3, trata-se de uma reação de ordem zero em relação a O3. v = k . [NO2] 1 A reação ocorre em etapas, isto é, reação não elementar. Corretos: 01, 02 Soma: 01 + 02 = 03 � Comparando-se os resultados das expe riências 1 e 2, temos a concentração de Cl2 mantida constante e a concentração de CO duplicada, o que acarretou a du - plicação da velocidade; logo, a velo cidade é pro porcional à concentração de CO: ordem 1. Comparando-se os resultados das expe riências 2 e 3, temos a concentração de CO mantida constante e a concen tração de Cl2 duplicada, fazendo a velocida de quadruplicar; logo, a velocidade é propor cional ao quadrado da concen tração de Cl2: ordem 2. Substituindo na expressão os dados da experiência 1, temos: 0,09 mol . L–1 . s–1 = k . 0,12 mol . L–1 . (0,20 mol . L–1)2 Resposta: D Módulo 16 – As reações não se completam. Conceito de equilíbrio químico � 01) Correto 02) Correto 04) Correto 08) Correto 16) Falsa Soma: � O equilíbrio é atingido quando as velocidades ficam iguais. Resposta: A � C � � O único que corresponde a um sistema fechado é o da alternativa b. CO2(g) →← CO2(aq) CO2(aq) + H2O(l) →← H +(aq) + HCO–3 (aq) Resposta: B � Alcançando o equilíbrio químico, iremos encontrar no sistema mo léculas dos reagentes N2 ( ) e H2 ( ) e do produto NH3 ( ). Resposta: E � No equilíbrio dinâmico, as reações direta e inversa ocorrem simul ta neamente e as concentrações de reagentes e produtos ficam constantes; logo, há a coexis - tência de produtos e reagentes. Resposta: D 15 k = 18,75 . L2 . mol–2 . s–1 v = k . [CO]1 . [Cl2] 2 mol –––––– L . min L2 ––––––––– mol2 . min mol ––– L [B2] dobra (5 . 10–3 para 1 . 10–2) v dobra (1 . 10–4 para 2 . 10–4) C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 119 120 QUÍMICA O sistema D, pois temos todas as subs tâncias presentes (H2, Cl2 e HCl). Resposta: D � a) 2 N2H4 + 2 NO2 → 4 H2O + 3 N2 b) Produto y. Vapor d’água e gás dinitrogênio são pro du zidos, respectiva mente, na pro porção de 4 mol para 3 mol. c) Instante t6. As concentrações das substâncias, a par tir desse instante, per manecem cons tan tes. � A concentração de cada substância no equilíbrio permanece constante. Resposta: E C22A_VERMELHO_QUIMICA_ALICE_2021 19/02/2021 09:12 Página 120