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Questão 01 - (FUVEST SP/2014/PAS) Em uma aula de laboratório de Química, a professora propôs a realização da eletrólise da água. Após a montagem de uma aparelhagem como a da figura abaixo, e antes de iniciar a eletrólise, a professora perguntou a seus alunos qual dos dois gases, gerados no processo, eles esperavam recol- her em maior volume. Um dos alunos respondeu: “O gás oxigênio deve ocupar maior volume, pois seus átomos têm oito prótons e oito elétrons (além dos nêutrons) e, portanto, são maiores que os átomos de hidrogênio, que, em sua imensa maioria, têm apenas um próton e um elétron”. Observou-se, porém, que, decorridos alguns minutos, o vol- ume de hidrogênio recolhido era o dobro do volume de oxigênio (e essa proporção se manteve no decorrer da eletrólise), de acordo com a seguinte equação química: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) 2 vols. --- 1 vol. a) Considerando que a observação experimental não corresponde à expectativa do aluno, explique por que a resposta dada por ele está incorreta. Posteriormente, o aluno perguntou à professora se a eletról- ise da água ocorreria caso a solução aquosa de Na2SO4 fosse substi- tuída por outra. Em vez de responder diretamente, a professora sugeriu que o estudante repetisse o experimento, porém substituindo a solução aquosa de Na2SO4 por uma solução aquosa de sacarose (C12H22O11). b) O que o aluno observaria ao realizar o novo experi- mento sugerido pela professora? Explique. Questão 02 - (FUVEST SP/2014/PAS) Investigou-se a velocidade de formação de gás hidrogênio proveniente da reação de Mg metálico com solução aquosa de HCl. Uma solução aquosa de HCl foi adicionada em grande excesso, e de uma só vez, sobre uma pequena chapa de magnésio metálico, colo- cada no fundo de um erlenmeyer. Imediatamente após a adição, uma seringa, com êmbolo móvel, livre de atrito, foi adaptada ao sistema para medir o volume de gás hidrogênio produzido, conforme mostra o esquema abaixo. Os dados obtidos, sob temperatura e pressão constantes, estão representados na tabela abaixo e no gráfico do item b. a) Analisando os dados da tabela, um estudante de Química afirmou que a velocidade de formação do gás H2 varia du- rante o experimento. Explique como ele chegou a essa conclusão. Em um novo experimento, a chapa de Mg foi substituída por raspas do mesmo metal, mantendo-se iguais a massa da substância metálica e todas as demais condições experimentais. b) No gráfico abaixo, esboce a curva que seria obtida no experimento em que se utilizou raspas de Mg. Questão 03 - (FUVEST SP/2014/PAS) Ésteres podem reagir com álcoois ou com aminas, como ex- emplificado a seguir: 52 EXERCÍCIOS FUVEST 2ªFASE 3ºDIA KIT FUVEST a) Escreva as fórmulas estruturais dos produtos da reação entre acetato de etila (CH3CO2CH2CH3) e metilamina (CH3NH2). Considere o seguinte esquema de reação: O composto intermediário B se transforma no produto final C, por meio de uma reação intramolecular que resulta na formação de um novo ciclo na estrutura molecular do produto C. b) Escreva, nos espaços indicados na página de respos- tas, as fórmulas estruturais dos compostos A e C. Questão 04 - (FUVEST SP/2014/PAS) Para estudar a variação de temperatura associada à reação entre Zn(s) e Cu2+(aq), foram realizados alguns experimentos inde- pendentes, nos quais diferentes quantidades de Zn(s) foram adiciona- das a 100 mL de diferentes soluções aquosas de CuSO4. A tempera- tura máxima (Tf) de cada mistura, obtida após a reação entre as sub- stâncias, foi registrada conforme a tabela: *Quantidade de matéria total = soma das quantidades de matéria iniciais de Zn(s) e Cu2+(aq). a) Escreva a equação química balanceada que repre- senta a transformação investigada. b) Qual é o reagente limitante no experimento 3? Ex- plique. c) No experimento 4, quais deveriam ser os valores de X e Y para que a temperatura T4 seja a maior possível? Justifique sua resposta. Questão 05 - (FUVEST SP/2013/PAS) Um recipiente contém 100 mL de uma solução aquosa de H2SO4 de concentração 0,1 mol/L. Duas placas de platina são inseri- das na solução e conectadas a um LED (diodo emissor de luz) e a uma bateria, como representado abaixo. A intensidade da luz emitida pelo LED é proporcional à con- centração de íons na solução em que estão inseridas as placas de platina. Nesse experimento, adicionou-se, gradativamente, uma so- lução aquosa de Ba(OH)2, de concentração 0,4 mol/L, à solução aqu- osa de H2SO4, medindo-se a intensidade de luz a cada adição. Os resultados desse experimento estão representados no gráfico. Sabe-se que a reação que ocorre no recipiente produz um composto insolúvel em água. a) Escreva a equação química que representa essa reação. b) Explique por que, com a adição de solução aquosa de Ba(OH)2, a intensidade de luz decresce até um valor mínimo, aumen- tando a seguir. c) Determine o volume adicionado da solução aquosa de Ba(OH)2 que corresponde ao ponto x no gráfico. Mostre os cálcu- los. Questão 06 - (FUVEST SP/2013/PAS) Uma estudante de Química elaborou um experimento para investigar a reação entre cobre metálico (Cu) e ácido nítrico (HNO3(aq)). Para isso, adicionou o ácido nítrico a um tubo de ensaio (I) e, em seguida, adicionou raspas de cobre metálico a esse mesmo tubo. Observou que houve liberação de calor e de um gás marrom, e que a solução se tornou azul. A seguir, adicionou raspas de cobre a dois outros tubos (II e III), contendo, respectivamente, soluções aquo- sas de ácido clorídrico (HCl(aq)) e nitrato de sódio (NaNO3(aq)). Não observou qualquer mudança nos tubos II e III, ao realizar esses tes- tes. Sabe-se que soluções aquosas de íons Cu2+ são azuis e que o gás NO2 é marrom. a) Escreva, nos espaços delimitados na página de respos- tas, as equações que representam a semirreação de oxidação e a semir- reação de redução que ocorrem no tubo I. b) Qual foi o objetivo da estudante ao realizar os testes com HCl (aq) e NaNO3(aq)? Explique. Questão 07 - (FUVEST SP/2013/PAS) Uma vela foi colocada dentro de um recipiente cilíndrico e com raio igual a 10 cm, sem tampa, ao qual também foi adicionado hidrogenocarbonato de sódio sólido, NaHCO3. A vela foi acesa e adicionou-se ao recipiente, lentamente, solução aquosa de ácido acé- tico, C2H4O2, de tal forma que o nível da solução atingiu somente a parte inferior da vela, ficando distante da chama. Após 3 segundos, observou-se que a chama apagou. a) Apresente a fórmula estrutural do ácido acético. b) Escreva a equação química balanceada da reação entre o sólido e a solução aquosa de ácido acético. c) O experimento foi repetido com outra vela de mesma altura e com as mesmas quantidades de reagentes utilizadas anterior- 53 mente. Mudou-se apenas o recipiente, que foi substituído por outro, de mesma altura que o anterior, mas com raio igual a 20 cm. Dessa vez, após os mesmos 3 segundos, observou-se que a chama não apa- gou. Proponha uma explicação para esse fato, considerando a densi- dade das substâncias gasosas presentes. Dados: Massa molar (g/mol) C .... 12 N .... 14 O .... 16 Questão 08 - (FUVEST SP/2013/PAS) Os chamados “compostos de Grignard” foram preparados, pela primeira vez, por Victor Grignard no final do século XIX. Esses compostos podem ser obtidos pela reação de um haleto de alquila ou haleto de arila com magnésio metálico, utilizando um éter como sol- vente, conforme representado pelas seguintes equações químicas: Os compostos de Grignard são muito úteis, por exemplo, para preparar alcoóis a partir de cetonas ou aldeídos, conforme repre- sentado abaixo: Os compostos de Grignard também reagem com aminas, alcoóis e ácidos carboxílicos, conforme representado pelas seguintes equações químicas: RNH2 + R'MgBr → R'H + RNHMgBr ROH + R'MgBr → R'H + ROMgBr RCO2H + R'MgBr → R'H + RCOOMgBr Assim sendo, para prepararum composto de Grignard, é preciso escolher corretamente o haleto orgânico, que não deve conter grupos funcionais que reajam com o composto de Grignard que se pretende preparar. a) Dentre os cinco compostos representados abaixo, apenas dois são adequados para reagir com magnésio e preparar com- postos de Grignard. Indique esses dois compostos, justificando sua escolha. b) Escreva a fórmula estrutural do produto orgânico da reação representada abaixo. Questão 09 - (FUVEST SP/2012/PAS) Ao misturar acetona com bromo, na presença de ácido, ocorre a transformação representada pela equação química Dentre as substâncias presentes nessa mistura, apenas o bromo possui cor e, quando este reagente for totalmente consumido, a solução ficará incolor. Assim sendo, a velocidade da reação pode ser determinada medindo-se o tempo decorrido até o desaparecimento da cor, após misturar volumes definidos de soluções aquosas de ace- tona, ácido e bromo, de concentrações iniciais conhecidas. a) Considerando que a velocidade da reação é dada por complete a tabela apresentada abaixo. b) A velocidade da reação é independente da concen- tração de uma das substâncias presentes na mistura. Qual é essa sub- stância? Justifique sua resposta. Questão 10 - (FUVEST SP/2012/PAS) Um aluno efetuou um experimento para avaliar o calor envol- vido na reação de um ácido com uma base. Para isso, tomou 8 tubos de ensaio e a cada um deles adicionou 50 mL de uma mesma solução aquosa de HCl e diferentes volumes de água. Em seguida, acondi- cionou esses tubos em uma caixa de isopor, para minimizar trocas de calor com o ambiente. A cada um desses tubos, foram adaptados uma rolha e um termômetro para medir a temperatura máxima atingida pela respectiva solução, após o acréscimo rápido de volumes diferen- tes de uma mesma solução aquosa de NaOH. O volume final da mis- tura, em cada tubo, foi sempre 100 mL. Os resultados do experimento são apresentados na tabela. a) Construa um gráfico, no quadriculado apresentado abaixo, que mostre como a temperatura máxima varia em função do volume de solução aquosa de NaOH acrescentado. 54 b) A reação do ácido com a base libera ou absorve calor? Justifique sua resposta, considerando os dados da tabela. c) Calcule a concentração, em mol L-1, da solução aqu- osa de HCl, sabendo que a concentração da solução aquosa de NaOH utilizada era 2,0 mol L-1. Questão 11 - (FUVEST SP/2012/PAS) Dois tipos de reação, bastante utilizados na síntese e trans- formação de moléculas orgânicas, são: • Ozonólise - reação química em que cada carbono da ligação dupla de um composto orgânico forma uma ligação dupla com oxigênio, como exemplificado: • Condensação aldólica - reação química em que dois compostos carbonílicos se unem e perdem água, formando um novo composto carbonílico com uma ligação dupla adjacente ao grupo car- bonila, como exemplificado: Em 1978, esses dois tipos de reação foram utilizados na sín- tese do hormônio progesterona, de acordo com a sequência ao lado, em que A’ e A identificam, respectivamente, partes das fórmulas estru- turais dos produtos I e II, cujas representações, abaixo, não estão com- pletas. Abaixo, complete as fórmulas estruturais a) do composto I; b) do composto II, em que A é um anel constituído por 6 átomos de carbono, e em que o anel B não possui grupo carbonila. 55 Questão 12 - (FUVEST SP/2012/PAS) A determinação da carga do elétron pode ser feita por método eletroquímico, utilizando a aparelhagem representada na figura abaixo. Duas placas de zinco são mergulhadas em uma solução aqu- osa de sulfato de zinco (ZnSO4). Uma das placas é conectada ao polo positivo de uma bateria. A corrente que flui pelo circuito é medida por um amperímetro inserido entre a outra placa de Zn e o polo nega- tivo da bateria. A massa das placas é medida antes e depois da passagem de corrente elétrica por determinado tempo. Em um experimento, utili- zando essa aparelhagem, observou-se que a massa da placa, conec- tada ao polo positivo da bateria, diminuiu de 0,0327 g. Este foi, também, o aumento de massa da placa conectada ao polo negativo. a) Descreva o que aconteceu na placa em que houve perda de massa e também o que aconteceu na placa em que houve ganho de massa. b) Calcule a quantidade de matéria de elétrons (em mol) envolvida na variação de massa que ocorreu em uma das placas do experimento descrito. c) Nesse experimento, fluiu pelo circuito uma corrente de 0,050 A durante 1920 s. Utilizando esses resultados experimen- tais, calcule a carga de um elétron. Dados: massa molar do Zn = 65,4 g mol-1 constante de Avogadro = 6,0 x 1023 mol-1 56 1) Gab: a) A resposta está incorreta porque o volume ocupado por gases em mesmas condições de temperatura e pressão depende do número de moléculas do gás, independendo de tamanho, massa ou composição dos átomos que formam as moléculas desse gás. b) O aluno não observaria a liberação dos gases porque a solução aquosa de C12H22O11 não é eletrolítica, não conduz corrente elétrica porque a quantidade de íons (provenientes da autoionização da água) é insuficiente para permitir a eletrólise. 2) Gab: a) Chegou a esta conclusão observando a tabela e verifi- cando que a variação de volume a cada intervalo de tempo não é a mesma. Exemplo: Intervalo de 0 min – 1 min: 15 cm3 – 0cm3 = 15 cm3 velocidade = cm3/min Intervalo de 1 min – 2 min: 36 cm3 – 27 cm3 = 9 cm3 velocidade = 9 cm3/min b) 3) Gab: a) Reação entre acetato de etila e metilamina: b) 4) Gab: a) CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq) ou Cu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq) b) Pela tabela, pode-se observar que no experimento 3 há um excesso de Zn. Se há um excesso de Zn, o reagente limitante é o Cu2+, na forma de CuSO4. c) A quantidade estequiométrica, sem que haja excesso de nenhum dos reagentes, assegura maior liberação de calor e, por isso, maior temperatura (T4). Nessas condições, temos a maior quanti- dade em mols dos reagentes reagindo: X = 0,5 mol e Y = 0,5 mol, garantindo maior liberação de calor. 5) Gab: a) H2SO4(aq) + Ba(OH)2(aq) → BaSO4(s) + 2H2O(l) b) A intensidade de luz é proporcional à concentração de íons na solução. No início, a solução de H2SO4 produz um brilho intenso pois, como ele é um ácido forte, temos íons H+(aq) e SO (aq) livres. A intensidade luminosa diminui pois o Ba(OH)2(aq) adicio- nado irá reagir com esses íons, formando o BaSO4(s), que precipita, e a água. A retirada dos íons da solução diminui a intensidade luminosa até o ponto da proporção estequiométrica, representado pelo ponto x no gráfico dado. A partir desse ponto começa a haver excesso de Ba(OH)2(aq) no sistema, o que aumenta a concentração de íons na solução (Ba2+(aq) e OH–(aq)). Isso faz a intensidade luminosa aumentar. c) O ponto x é atingido quando ácido e base estão em proporção estequiométrica, que é de 1:1, em mol. Assim: MA⋅VA = MB⋅VB ∴ 0,1 ⋅ 100 = 0,4 ⋅ VB ∴ VB = x = 25 mL 6) Gab: a) Semirreação de oxidação: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e– Semirreação de redução: HNO3(aq) + H+(aq) + e– → NO2(g) + H2O(l) b) O objetivo era testar o agente oxidante do metal co- bre, já que poderia ser somente o H+(aq), somente o NO (aq) ou am- bos. Como não ouve oxidação do cobre metálico somente com o H+(aq) ou com o NO (aq), o agente que oxida o metal é o conjunto H+(aq) com NO (aq). 7) Gab: a) A fórmula estrutural é: b) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g) c) Para as mesmas condições de pressão e temperatura, a densidade dos gases é proporcional à massa molar. Assim: À medida que ocorre a reação, o CO2(g) formado, que é mais denso que o N2(g) e O2(g), concentra-se na região mais próxima da superfície da solução até atingir a chama, quando então ela apaga. Para as mesmas quantidades de reagentes, num frasco de maior raio, esse fato demora mais para acontecer. 57 KIT FUVEST EXERCÍCIOS FUVEST 2ªFASE 3ºDIA 8) Gab: a) Os compostos adequados são I e IV: pois, de acordo com o texto, essescompostos não podem possuir, em sua estrutura, as seguintes funções orgânicas: amina, ál- cool, ácido carboxílico, cetona e aldeído. b) 9) Gab: a) b) A velocidade dessa reação não depende da concen- tração do bromo (Br2). Nos experimentos 1 e 4, as concentrações para a acetona e para o H+ permaneceram constantes, variando apenas a concentração do Br2. Como a velocidade da reação é a mesma nesses dois experi- mentos, conclui-se que ela não depende da concentração do bromo. 10) Gab: a) b) A reação do ácido com a base libera calor (exo- térmica), pois ocorre elevação da temperatura da solução à medida que se dá a neutralização. c) 1mol/L 11) Gab: a) b) 12) Gab: a) No recipiente com eletrodos de zinco, ocorre uma oxirredução não espontânea provocada pela energia elétrica fornecida pela bateria. Placa de zinco ligada ao polo positivo Funciona como ânodo; há oxidação com emissão de elétrons para o circuito externo. A massa de zinco sólido diminui: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- Placa de zinco ligada ao polo negativo Haverá redução de íons zinco com elétrons provenientes do circuito externo Zn2+(aq) + 2e- → Zn(s) Essa placa de zinco sofre aumento de massa de mesmo valor ao da diminuição da placa positiva. b) 0,001mol ou 1 ⋅ 10-3mol c) 1,6 ⋅ 10-19 coulomb 58