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Página 1 de 13 15ª OLIMPÍADA DE QUÍMICA DO RIO DE JANEIRO – 2020 MODALIDADE EM3 Leia atentamente as instruções abaixo: ▪ Esta prova destina-se exclusivamente aos alunos da terceira série do ensino médio. ▪ A prova contém 20 questões objetivas, cada uma com cinco alternativas, das quais apenas uma é correta. Assinale na folha de respostas, a alternativa que julgar correta. ▪ A prova deve ter um total de 14 páginas, onde a primeira página é a folha de instruções e a décima quarta é a folha de respostas. ▪ Cada questão tem o valor de um ponto. ▪ A duração da prova é de DUAS horas. ▪ O uso de calculadoras comuns ou científicas é permitido. ▪ Fica proibida a consulta de qualquer material. Rio de Janeiro, 28 de março de 2021. Realização: 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 2 de 13 TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 1 18 1 H 1,01 2 N° atômico SÍMBOLO Massa atômica 13 14 15 16 17 2 He 4,00 3 Li 6,94 4 Be 9,01 5 B 10,81 6 C 12,01 7 N 14,01 8 O 16,00 9 F 19,00 10 Ne 20,18 11 Na 22,99 12 Mg 24,30 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Al 26,98 14 Si 28,09 15 P 30,97 16 S 32,06 17 Cl 35,45 18 Ar 39,95 19 K 39,10 20 Ca 40,08 21 Sc 44,96 22 Ti 47,87 23 V 50,94 24 Cr 51,99 25 Mn 54,94 26 Fe 55,85 27 Co 58,93 28 Ni 58,69 29 Cu 63,55 30 Zn 65,38 31 Ga 69,72 32 Ge 72,63 33 As 74,92 34 Se 78,97 35 Br 79,90 36 Kr 83,80 37 Rb 85,47 38 Sr 87,62 39 Y 88,91 40 Zr 91,22 41 Nb 92,91 42 Mo 95,95 43 Tc [98] 44 Ru 101,07 45 Rh 102,91 46 Pd 106,42 47 Ag 107,87 48 Cd 112,41 49 In 114,82 50 Sn 118,71 51 Sb 121,76 52 Te 127,60 53 I 126,90 54 Xe 131,29 55 Cs 132,91 56 Ba 137,33 57 a 71 72 Hf 178,49 73 Ta 180, 95 74 W 183,84 75 Re 186,21 76 Os 190,23 77 Ir 192,22 78 Pt 195,08 79 Au 196, 97 80 Hg 200,59 81 Tl 204,38 82 Pb 207,20 83 Bi 208,98 84 Po [209] 85 At [210] 86 Rn [222] 87 Fr [223] 88 Ra [226] 89 a 103 104 Rf [267] 105 Db [268] 106 Sg [269] 107 Bh [270] 108 Hs [269] 109 Mt [278] 110 Ds [281] 111 Rg [281] 112 Cn [285] 113 Nh [286] 114 Fl [289] 115 Mc [288] 116 Lv [293] 117 Ts [294] 118 Og [294] Série dos lantanídeos 57 La 138,91 58 Ce 140,12 59 Pr 140,91 60 Nd 144,24 61 Pm [145] 62 Sm 150,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,25 65 Tb 158,93 66 Dy 162,50 67 Ho 164,93 68 Er 167,26 69 Tm 168,93 70 Yb 173,05 71 Lu 174,97 Série dos actinídeos 89 Ac [227] 90 Th 232,04 91 Pa 231,04 92 U 238,03 93 Np [237] 94 Pu [244] 95 Am [243] 96 Cm [247] 97 Bk [247] 98 Cf [251] 99 Es [252] 100 Fm [257] 101 Md [258] 102 No [259] 103 Lr [262] QUESTÃO 01 A osmose natural ocorre quando duas soluções contendo sais, de concentrações distintas, estão separadas por uma membrana semipermeável. Esse tipo de membrana tem a finalidade de possibilitar o fluxo de solvente sem permitir a passagem dos sais dissolvidos nas soluções. Já a osmose reversa ocorre quando é aplicada uma pressão no lado da solução com maior concentração de sais, revertendo a tendência natural da osmose. Dentre as principais aplicações da osmose reversa, pode-se destacar a retenção de íons para que a água seja utilizada em caldeiras e torres de resfriamento em parques industriais, dessalinização de água salobra e produção de água ultrapura para hemodiálise, por exemplo. Observando os conceitos de osmose natural e reversa, analise as afirmativas a seguir: 1. Na osmose natural, o solvente da solução menos concentrada tenderá a passar pela membrana no sentido da solução com maior concentração de sais. 2. Para que ocorra a osmose reversa, a pressão aplicada na solução mais concentrada deve ser superior à pressão osmótica. 3. A pressão osmótica está relacionada com a concentração da solução e a temperatura. 4. Na osmose reversa, o fluxo de solvente é dado no sentido do meio hipertônico para o meio hipotônico. Após análise das afirmações acima, marque a alternativa correta. a) Apenas as afirmações 1 e 3 são verdadeiras. b) Apenas as afirmações 2, 3 e 4 são verdadeiras. c) Apenas as afirmações 1, 2 e 3 são verdadeiras. d) Nenhuma das afirmações é verdadeira. e) Todas as afirmações são verdadeiras. 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 3 de 13 QUESTÃO 02 Na indústria metalúrgica, um dos processos empregados para se obter um metal a partir de seu minério sulfurado é a ustulação. A ustulação consiste no aquecimento vigoroso dos minerais sulfurados na presença do gás oxigênio – que, por sua vez, é extraído do ar atmosférico (constituído por, aproximadamente, 80 %v/v de gás nitrogênio e 20 %v/v de gás oxigênio). Como exemplo, considere a equação química da ustulação da calcopirita, um sulfeto de cobre e ferro: CuFeS2(s) + O2(g) → Cu(s) + FeO(s) + SO2(g) Calcule o volume de ar atmosférico, em litros, que deve ser captado (a 1 atm e 27 °C) para a produção de 1,27 toneladas de cobre metálico na ustulação da calcopirita. Dado: Constante ideal dos gases, 0,082 atm·L/mol·K a) 1,12·106 L b) 1,23·106 L c) 2,46·106 L d) 5,60·106 L e) 6,15·106 L QUESTÃO 03 A fim de realizar a síntese total do fosfato de cálcio, foi montada a aparelhagem representada ao lado, onde um funil foi acoplado a um erlenmeyer. No funil, foi depositado água líquida. No erlenmeyer, cálcio, fósforo vermelho e gás oxigênio suficiente. O procedimento experimental consistiu em duas etapas. Na primeira etapa, uma fagulha promoveu a reação de todas as substâncias contidas no erlenmeyer, produzindo uma camada sólida e branca que revestiu toda a parede interna da vidraria. As equações químicas correspondentes constam a seguir: Ca(s) + O2(g) → CaO(s, branco) P4(s, branco) + O2(g) → P4O10(s, branco) Na segunda etapa, o funil foi aberto, promovendo a reação, em meio aquoso, dos sólidos gerados anteriormente. O produto da segunda etapa foi o sal de interesse; vide equação: CaO (aq) + P4O10 (aq) → Ca3(PO4)2 (s) Na síntese de 3,1 g de fosfato de cálcio, foi utilizada uma amostra de 1,5 g de cálcio metálico impuro. Calcule a porcentagem de pureza da amostra de cálcio, assumindo rendimento da reação de 100 %. a) 70 % b) 75 % c) 80 % d) 85 % e) 90 % 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 4 de 13 QUESTÃO 04 Em um estudo com gases ideais, três balões (1, 2 e 3) foram conectados conforme a figura abaixo. O balão 1 tinha metade do volume do balão 2; e o balão 2, metade do volume do balão 3. Desses três, inicialmente, apenas o balão 1 continha uma amostra gasosa (isolada sob pressão P). Os balões 2 e 3 mantinham vácuo. O objetivo do estudo era analisar o comportamento do gás diante de expansões sucessivas e isotérmicas. Assim, abriu-se a válvula que conectava os balões 1 e 2, permitindo a expansão do gás. Num instante A, quando o gás atingiu o equilíbrio, ocupando todo o volume dos balões, aferiu-se a nova pressão. Posteriormente, abriu-se a válvula que conectava os balões 2 e 3. E, mais uma vez, aguardou-se que o gás se expandisse por todos os balões, até o equilíbrio. Num instante B, registrou-se a pressão final. Marque a alternativa que apresenta a variação da pressão do gás ao longo dos instantes A e B. Pressão do gás no InstanteA Instante B a) P/2 P/4 b) P/2 P/6 c) P/2 P/7 d) P/3 P/6 e) P/3 P/7 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 5 de 13 QUESTÃO 05 Cinco soluções aquosas foram reservadas, nas condições ambientes, em tubos de ensaio distintos. Os dados das soluções seguem registrados na tabela: Tubo de ensaio Soluto Concentração (mol.L-1) 1 NaNO3 2,50 2 MgCℓ2 1,00 3 KMnO4 2,00 4 AℓCℓ3 1,00 5 Aℓ2(SO4)3 0,50 A solução que apresenta menor temperatura de solidificação está contida no tubo de ensaio: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 QUESTÃO 06 Barcos e navios são meios de transporte que foram pensados para serem utilizados sobre a água, e é natural que sofram com a umidade do meio em que ocupam. A corrosão é o indesejável desgaste de material que aparece pela ação química do meio ambiente. Ela causa a destruição de estruturas e equipamentos, reduzindo a eficiência e aumentando os custos de manutenção. O processo em que metais não nobres são revestidos por outros mais nobres, geralmente para proteger contra a corrosão ou para fins estético-decorativos é denominado galvanização, galvanoplastia ou eletrodeposição. Consiste no processo de depositar diversas camadas metálicas sobre um objeto através da aplicação dos princípios fundamentais que regem o fenômeno da eletrólise, como reações de oxidação e redução. INEA. Galvanoplastia: Orientações para o controle ambiental. 2. ed. Disponível em: . Acesso em: 21 jun. 2020. Analise as reações de oxirredução a seguir: I. Fe(s) + Pb2+(aq) → Fe2+(aq) + Pb(s) II. Zn(s) + Fe2+(aq) → Zn2+(aq) + Fe(s) Pode-se afirmar que, em condições padrão: a) Na equação I, o ferro metálico é o agente oxidante. b) Na equação II, o íon ferro (II) é o agente redutor. c) Na equação I, o íon chumbo (II) sofre oxidação. d) Na equação II, o íon ferro (II) sofre redução, e forma-se ferro metálico. e) Na equação I, os elétrons são transferidos do íon chumbo (II) para o ferro metálico. 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 6 de 13 QUESTÃO 07 Uma determinada substância orgânica apresenta as características a seguir: 1) Apresenta somente átomos dos elementos C, O e H 2) Possui cadeia aberta, ramificada, saturada e heterogênea 3) Possui dois carbonos terciários, dois carbonos secundários e seis carbonos primários em sua estrutura. Assinale a alternativa que traz a fórmula estrutural que melhor representa as características citadas. a) d) b) e) c) Utilize o texto abaixo para responder as questões 8 e 9. Diferentemente de outros cenários de tragédias, Goiás nada faz para manter viva a memória do acidente com o césio 137. Passados quase 32 anos, nem o governo estadual, nem a prefeitura de Goiânia, onde houve a contaminação, tomaram medidas para contar aos seus cidadãos a história do maior acidente radioativo do Brasil e o maior do mundo ocorrido fora de usinas nucleares. Ao contrário. O Estado tem tentado fazer com que o episódio caia no esquecimento, mudando os nomes das ruas e de órgãos públicos e construindo prédios em lugares que serviram de palco para essa história. CORREIO BRAZILIENSE. Césio 137: Goiás tenta apagar a memória do acidente radioativo. Disponível em: . Acesso em: 15 abr. 2020. 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 7 de 13 O acidente radiológico em Goiânia teve início em 1987, após um dono de ferro-velho, Devair Ferreira, descobrir uma cápsula contendo cerca de 19 g de cloreto de césio-137 em um equipamento de radioterapia abandonado no antigo prédio do Instituto Goiano de Radioterapia. Devair mostrou o sal, que emitia um brilho azul curioso, à família e amigos, que tiveram contato direto com a substância radioativa. A sobrinha de Devair chegou a ingerir o sal, sendo a vítima fatal com maior dose de radiação. O número de vítimas totais e fatais ainda é incerto. O governo federal reconhece 120 vítimas, sendo 4 fatais, enquanto entidades que representam os moradores sugerem 1400 vítimas, sendo 66 fatais. QUESTÃO 08 A curva de solubilidade do cloreto de césio em água é dada ao lado. Com base no texto e no gráfico, marque a alternativa INCORRETA. a) Esse sal é extremamente solúvel em água, o que pode ter facilitado a contaminação de canais hídricos, do meio ambiente e de seres vivos durante o acidente de Goiânia. b) O sal envolvido no acidente possui fórmula 137CsCl. c) A dissolução deste sal em água é endotérmica. d) Uma solução saturada do sal contendo 1 L de água a 90 ºC possui 2,6 kg do sal. e) Uma solução contendo 120 g do sal dissolvidos em 50 mL de água a 50 ºC é insaturada. QUESTÃO 09 Ao dissolver toda a massa de cloreto de césio-137 encontrada na cápsula por Devair em um volume final de 100 mL, obtém-se uma solução com concentração molar de, aproximadamente: a) 0,02 mol·L–1 b) 0,1 mol·L–1 c) 0,2 mol·L–1 d) 1 mol·L–1 e) 2 mol·L–1 QUESTÃO 10 Durante a pandemia de COVID-19, em 2020, uma instituição de ensino e pesquisa desenvolveu uma companha para produção e doação de etanol 70 ºINPM ou 77 ºGL para comunidades e hospitais. Durante o controle de qualidade, percebeu-se que um dos lotes estava com uma concentração de 66 ºGL. Para ajustar o lote, decidiu-se adicionar a ele etanol comercial, cuja concentração é de 96 ºGL. Considerando que o lote incorreto possui um volume de 21 L, qual o volume aproximado de etanol 96 ºGL, em litros, que deverá ser adicionado para que a concentração final fique correta? Dados: ºGL = graus Gay-Lussac = porcentagem em volume ou %(v/v). a) 12 b) 10 c) 8 d) 6 e) 4 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 8 de 13 QUESTÃO 11 Uma das etapas da identificação de um composto orgânico com potencial científico e industrial é a determinação de sua massa molar. Uma das formas de fazê-lo é determinar experimentalmente a densidade do vapor do composto pesquisado. Sob temperatura de 337 °C e pressão reduzida a 0,1 atm, uma amostra do vapor da crisarobina, um fármaco extraído do tronco de uma árvore brasileira e usado no tratamento de diversas doenças de pele, apresentou densidade igual a 0,48 g·L–1. Com base nestes dados, a massa molar da crisarobina é, aproximadamente Dado: Constante ideal dos gases é 0,082 atm·L/mol·K a) 104 g·mol–1 b) 133 g·mol–1 c) 240 g·mol–1 d) 357 g·mol–1 e) 576 g·mol–1 QUESTÃO 12 Em meados do século XIX, o químico escocês Thomas Graham descobriu, através de um série de experimentos, que as moléculas de dois gases distintos, submetidos a uma mesma temperatura, possuem energia cinética média iguais. Para ilustrar esta lei, um professor montou o experimento abaixo fotografado, no qual, em cada extremidade de um tubo de vidro com 1 metro de comprimento, foram colocados dois chumaços de algodão embebidos, respectivamente, em uma solução de ácido clorídrico (HCℓ) e em uma solução de amônia (NH3). Após algum tempo, observou-se a formação de uma névoa branca em forma de anel, indicando a formação de cloreto de amônio. Considerando que os vapores formados neste experimento se comportam como gases ideais, a que distância aproximada do algodão embebido na solução de ácido clorídrico ocorreria a formação da névoa branca ? a) 32 cm b) 40 cm c) 50 cm d) 60 cm e) 68 cm 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 9 de 13 QUESTÃO 13 A hidroxicloroquina e a cloroquina foram amplamente noticiadasdurante a pandemia do COVID-19. No momento da quarentena, muitos tinham a esperança de um remédio para o combate ao vírus, porém, o fator principal para determinar o uso do remédio é a pesquisa científica. UOL. COVID-19 – O que sabemos sobre cloroquina e hidroxicloroquina: Tire dúvidas! Disponível em: . Acesso em: 08 nov. 2020. NCl NH N cloroquina NCl NH N OH hidroxicloroquina A hidroxicloroquina e a cloroquina apresentam um tipo de estereoisomeria muito comum aos fármacos. Marque a opção que contêm o nome da estereoisomeria presente nessas substâncias e a função orgânica que as difere: a) Geométrica e amina b) Óptica e imina c) Geométrica e álcool d) Óptica e álcool e) Geométrica e haleto orgânico QUESTÃO 14 As aminas são compostos derivados da amônia, na qual há a substituição de um, dois ou três átomos de hidrogênio por grupos substituintes orgânicos. CANTO, E. L.; PERUZZO, F. M. Química na abordagem do cotidiano. 4. ed. São Paulo: 2006. Uma amina possui fórmula molecular de C4H11N. Analisando todos os isômeros possíveis de aminas para esta fórmula molecular, marque a opção que contém o número de isômeros com cadeia normal e heterogênea: a) 2 b) 3 c) 7 d) 8 e) 10 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 10 de 13 QUESTÃO 15 O álcool etílico é utilizado como combustível em fogareiros de acampamento, sendo sua reação de queima em oxigênio apresentada a seguir: C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2 CO2(g) + 3H2O(v) ΔH = –327,75 kcal/mol O volume de etanol, aproximado, em mL, necessário para aquecer 0,9 kg de água da temperatura de 20°C até 100°C é: Dados: Densidade do etanol 0,8g/mL; Calor específico da água = 1 cal/g °C a) 1,65. b) 4,20. c) 12,65. d) 20,00. e) 22,40 QUESTÃO 16 Os cicloalcenos podem sofrer hidrogenação catalítica segundo a reação abaixo: A seguir, observa-se os dados de energia de ligação: Entalpias de ligação (kJ.mol–1) H – H 437 C – H 414 C – C 335 C = C 600 Usando as energias de ligação tabeladas, calcule a variação de entalpia, em kJ, que ocorre na hidrogenação de 20,4g do ciclopenteno. Dados: Massa Molar (g/mol): H = 1; C =12 a) – 30,0. b) – 37,8. c) – 68,1. d) + 133,0. e) + 218,8. 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 11 de 13 QUESTÃO 17 A decomposição química de um determinado gás A (g) é representada pela equação: A (g) → B (g) + C (g) A reação pode ocorrer, numa mesma temperatura, por dois caminhos diferentes (I e II), ambos com lei de velocidade de primeira ordem. Sendo v a velocidade da reação, k a constante de velocidade e ΔH a variação de entalpia da reação, é correto afirmar que: a) a variação de entalpia nos dois processos é diferente, pois depende do caminho realizado; b) a energia de ativação nos dois processos é a mesma, pois independe do caminho realizado; c) a constante de velocidade nos dois processos é a mesma, pois ambas são de primeira ordem; d) caso a energia de ativação do caminho I seja maior que a do II, a variação de entalpia do caminho I será maior; e) caso a energia de ativação do caminho I seja maior que a do II, a constante de velocidade do caminho I será menor. QUESTÃO 18 A criação do Proálcool (Programa Nacional de Incentivo à Fabricação de Carros a Álcool), na década de 1970, culminou com o desenvolvimento atual da tecnologia bicombustível (gasolina e álcool) "flex fuel" brasileira, sucesso de vendas e amplamente elogiada pela comunidade internacional. Além disso, apesar da demanda ainda baixa, o carro tricombustível (gasolina, álcool e gás metano) já é uma realidade. A tabela a seguir informa o valor aproximado da energia liberada na queima desses combustíveis orgânicos a 25 ºC. Combustível Fórmula molecular (principal componente) Massa molar (g·mol–1) Calor de combustão (kJ·mol–1) Gasolina C8H18 114 –5400 Álcool combustível C2H6O 46 –1400 Gás Natural CH4 16 –890 Com base nessas informações e nos conhecimentos sobre reações químicas, para a realização do mesmo trabalho de levar um veículo ao longo de certo trajeto, substituindo a gasolina pelo gás natural, calcule a variação percentual de emissão de CO2. a) 16% b) 25% c) 64% d) 75% e) 86% 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 12 de 13 QUESTÃO 19 Em um recente estudo in vitro com o novo corona vírus, SARS-CoV 2, a nitazoxanida inibiu o vírus em concentrações micromolares. Os autores sugerem que devem ser realizados ainda estudos clínicos para a utilização ou não em seres humanos (WANG et al., 2020). Ao ingerir a nitazoxanida, o corpo humano a transforma em tizoxanida, que é eliminada pela urina. A quantidade de tizoxanida no corpo pode ser dada pelo gráfico ao lado, onde a massa é descrita em função do tempo. Qual será a massa eliminada, em mg, de tizoxanida após 30 h em uma pessoa que, inicialmente, possuía 800 mg deste composto em seu corpo? a) 50. b) 100. c) 400. d) 700. e) 750. QUESTÃO 20 No ano de 2018, foram destinados para uso não carburante (cosméticos, bebidas, produtos farmacêuticos etc.) 1,1 bilhão de litros de etanol puro. A produção de etanol é feita pela fermentação de açúcares por leveduras que realizam a reação representada pela equação não-balanceada a seguir: C6H12O6 → CO2 + etanol A velocidade média de consumo de glicose (C6H12O6), em kg/ano, em 2018, para produção de etanol destinado a uso não carburante, levando em conta 100 % de rendimento, é: Dados: Densidade do etanol puro = 0,8 g.mL-1 a) 1,1 bilhão b) 1,7 bilhão c) 3,4 bilhões d) 19 milhões e) 440 milhões 14ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Fevereiro 2021 Modalidade EM3 | Fase Única Página 13 de 13 FOLHA DE RESPOSTA EM3 Nome: _______________________________________________________ Colégio: _________________________________________ Turma: ______ QUESTÃO 01 A B C D E QUESTÃO 02 A B C D E QUESTÃO 03 A B C D E QUESTÃO 04 A B C D E QUESTÃO 05 A B C D E QUESTÃO 06 A B C D E QUESTÃO 07 A B C D E QUESTÃO 08 A B C D E QUESTÃO 09 A B C D E QUESTÃO 10 A B C D E QUESTÃO 11 A B C D E QUESTÃO 12 A B C D E QUESTÃO 13 A B C D E QUESTÃO 14 A B C D E QUESTÃO 15 A B C D E QUESTÃO 16 A B C D E QUESTÃO 17 A B C D E QUESTÃO 18 A B C D E QUESTÃO 19 A B C D E QUESTÃO 20 A B C D E Número de Acertos: ______