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Página 1 de 13 18ª OLIMPÍADA DE QUÍMICA DO RIO DE JANEIRO – 2023 MODALIDADE EM2 Leia atentamente as instruções abaixo: ▪ Esta prova destina-se exclusivamente aos alunos da segunda 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 13 páginas, sendo a primeira folha a página de instruções e a décima terceira 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, 01 de setembro de 2023. Realização: 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase 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 O tratamento de esgoto é uma medida de saneamento básico extremamente importante na garantia da qualidade de vida da população. Para realizar esse processo, toda Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) representa uma unidade operacional do sistema de saneamento, responsável por receber o esgoto, tratando-o e devolvendo o efluente devidamente tratado a corpos d`água. Esse processo ajuda a reduzir os eventuais impactos ambientais causados sem o devido tratamento, garantindo que a água retorne para a natureza despoluída, prevenindo doenças e promovendo a saúde e a melhora da qualidade de vida. EXATTA. Estação de tratamento de esgoto: Quais etapas são necessárias? 2021. Disponível em: . Acesso em: 20 mai. 2023. Uma das principais etapas do tratamento de esgoto é o tratamento biológico, que consiste em: a) reter os materiais mais grosseiros – caso do lixo – em um filtro formado por grades. b) remover todos os detritos sólidos presentes no esgoto, e que possam ter escapado ao processo anterior, mediante sedimentação. c) expor o esgoto à ação de seres microscópicos, que promovem reações bioquímicas e condensam em flocos de lodo a matéria orgânica que, até então, estava dissolvida no efluente. d) submeter o lodo formado a um processo que o leva para o fundo do tanque, separando-o da parte líquida, que já está livre de impurezas. e) desidratar o Iodo produzido e levá-lo para um aterro sanitário especializado para receber esse produto de descarte. 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 3 de 13 QUESTÃO 02 Num mundo cada vez mais digital, surge uma necessidade de melhoria na composição das baterias. Atualmente, o modelo mais promissor desse sistema é a bateria de íon-lítio, que segue a reação simplificada abaixo: 6 C (s) + LiCoO2 (s) → LiC6 (s) + CoO2 (s) Sobre essa reação, podemos afirmar que: a) o íon que flui pela bateria é o Co4+. b) o carbono é o agente oxidante. c) a reação ocorre em meio aquoso. d) o LiCoO2 sofre redução. e) a reação é não-espontânea. QUESTÃO 03 O Brasil, nos últimos anos, tem batido recordes de utilização de agrotóxicos em sua produção agrícola. Além disso, os preços de alimentos como arroz e feijão têm subido muito para o consumo da população, já que o agronegócio tem produzido mais soja e milho por conta dos valores obtidos em exportação, pagos normalmente em euros ou dólares. Do ponto de vista da química verde, uma boa alternativa para atender os seus princípios seria o estímulo a(o) a) agricultura de rotatividade, produzindo assim mais feijão e arroz, utilizando os métodos de plantio atuais. b) agricultura familiar para a produção de arroz e feijão, mesmo que os agrotóxicos atuais fossem necessários para aumentar essa produção. c) agricultura familiar para atender às demandas de soja e milho para exportação. d) pesquisa e a utilização de defensivos biológicos como alternativa aos agrotóxicos, tanto para atender a produção de soja e milho, quanto a de feijão e arroz. e) plantio de arroz e feijão para atender às demandas de exportação, resolvendo assim o problema dos preços atuais, pelos métodos atuais de cultivo. QUESTÃO 04 O sódio é um metal alcalino bastante reativo. Ao entrar em contato com a água, forma hidróxido de sódio e libera gás hidrogênio, uma reação bastante exotérmica. Para uma experiência de reatividade, 0,125 mol de sódio são necessários. Sabendo que a densidade do sódio é 0,968 g.cm-3, qual o volume de sódio que deve ser adicionado para realizar a experiência? a) 2,96 mL; b) 2,96 dm3; c) 3,00 m3; d) 4,23 L; e) 3,49 cm3. 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 4 de 13 QUESTÃO 05 CO2 limpa água sem precisar de filtro Quando o CO2 se dissolve na água, ele cria partículas carregadas, ou íons. Um desses íons, um átomo de hidrogênio carregado positivamente, se move muito rapidamente através da solução. Outro, o bicarbonato, que possui carga negativa, se move mais lentamente. O movimento dos íons através da água cria um campo elétrico sutil, mas suficiente para atrair partículas presentes na solução – que têm cargas negativas ou positivas próprias – para um lado da corrente de água. É uma autêntica filtragem sem filtro. INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. CO2 limpa água sem precisar de filtro. 2017. Disponível em: . Acesso em: 02 abr. 2023. Um efeito colateral deste método de limpeza é a alteração na acidez da água filtrada. Tal problema pode ser minimizadopela adição da substância: a) cloreto de sódio. b) sulfato ferroso. c) óxido de cálcio. d) dióxido de enxofre. e) monóxido de carbono. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=co2-limpa-agua-sem-precisar-filtro&id=010125170526&ebol=sim#.WSraXOsrKUk 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 5 de 13 QUESTÃO 06 “Nesta terça-feira (4), uma explosão na região portuária de Beirute deixou mais de 100 mortos, de acordo com o governo do Líbano. A causa suspeita é uma explosão de 2,7 mil toneladas de nitrato de amônio, substância utilizada como fertilizante. Os riscos do armazenamento incorreto desse material são conhecidos, de acordo com especialista ouvido pelo G1. O produto já foi responsável por tragédias na França, na China e nos EUA.” G1. Nitrato de amônio: explosão em Beirute pode ter relação com fertilizante que já causou estragos nos EUA, na China e na França. 2020. Disponível em: . Acesso em: 16 mai. 2023. O nitrato de amônio puro não explode facilmente, embora possa ser decomposto termicamente a 230 °C, gerando monóxido de dinitrogênio e água como produto. No entanto, se o nitrato estiver contaminado, ele pode explodir em temperaturas superiores a 260 °C, gerando vapor de água, gás nitrogênio e dióxido de nitrogênio – um gás tóxico de coloração castanho avermelhada. Assinale a alternativa que traz a equação balanceada que representa a explosão do nitrato de amônio juntamente com a respectiva classificação da reação. a) 4 NH4NO3(s) → 2 NO2(g) + 3 N2(g) + 8 H2O(g) ; análise ou decomposição. b) NH4NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(g) ; análise ou decomposição. c) 2 NH4NO3(s) → O2(g) + 2 N2(g) + 4 H2O(g) ; análise ou decomposição. d) 4 NH4NO3(s) → 4 NO2(g) + 2 N2O(g) + 8 H2O(g) ; síntese ou adição. e) 2 NH4NO2(s) → N2O(g) + 2 H2O(g) ; síntese ou adição. QUESTÃO 07 Uma das fontes naturais do elemento químico rênio é o mineral molibdenita, onde está presente em concentrações baixíssimas de 0,002 a 0,02 % em massa. Na recuperação desse elemento químico, a molibdenita é aquecida sob altas temperaturas, levando à formação do óxido de rênio VII (Re2O7). Esse óxido é solubilizado em água: Re2O7(s) + H2O(ℓ) → HReO4(aq) E o ácido produzido, uma vez tratado com amônia, forma o perrenato de amônio, um sal: HReO4(aq) + NH3(g) → NH4ReO4(aq) A última etapa da recuperação é, então, a hidrogenação do perrenato de amônio sob temperaturas de 700 a 800 °C: NH4ReO4(aq) + H2(g) → Re(s) + H2O(g) + NH3(g) Qual a soma dos menores coeficientes inteiros que balanceiam a equação química onde o rênio elementar é produzido? a) 3 b) 4 c) 14 d) 21 e) 28 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 6 de 13 QUESTÃO 08 Como explosivo, o TNT sofre detonação após um processo de iniciação com alta energia de ativação, liberando grande quantidade de energia (calor) e de gases em um curto espaço de tempo. A reação de explosão, não balanceada, é: C7H5N3O6(s) → N2(g) + H2O(g) + CO(g) + C(s) Calcule o volume aproximado de gases produzidos, nas CNTP, a partir da explosão de 22,7 g de TNT. a) 44,8 L. b) 67,2 L. c) 112 L. d) 16,8 L. e) 672 L. QUESTÃO 09 O carbonato de sódio (Na2CO3), cuja massa molar é 106 g.mol-1, quando em contato com um ácido apropriado, sofre transformação química e produz um gás de caráter ácido. Uma amostra impura desse sal, contendo 60,00 gramas, foi colocada para reagir com uma solução aquosa de ácido clorídrico em excesso. Ao fim da reação, foram coletados 5,60 litros do gás de caráter ácido, medidos nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP). Sabendo que as impurezas são inertes ao ácido, a pureza aproximada da amostra é de: a) 10,20%. b) 44,17%. c) 60,00%. d) 75,33%. e) 90,50%. QUESTÃO 10 Para a realização de análises titulométricas de substâncias ácidas, é comum a utilização de soluções diluídas de hidróxido de sódio, preparadas a partir de soluções estoque concentradas. Uma técnica de laboratório precisa preparar 1 litro de solução de hidróxido de sódio 0,1 mol/L a partir de uma solução estoque de hidróxido de sódio a 50 % (m/m). Sabendo que a densidade da solução estoque de hidróxido de sódio é de 1,5 g/mL, marque a alternativa que apresenta o volume aproximado da solução estoque, em mL, que será necessário para o preparo desejado. a) 75 b) 33 c) 20 d) 5 e) 2 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 7 de 13 QUESTÃO 11 Um dos alvos no estudo de fármacos é o controle da dor. Historicamente, muitas civilizações utilizavam e utilizam plantas medicinais para aliviar a dor. Os antigos povos egípcios usavam extrato de salgueiro para aliviar dores e sofrimentos. Hipócrates, na Grécia antiga, recomendava e prescrevia chá de folha de salgueiro às gestantes para aliviar a dor do parto. Em 1763, a Royal Society publicou resultados sólidos que comprovaram que o salgueiro seria um potencial analgésico. Porém, apenas em 1800, um grupo de pesquisadores conseguiu isolar seu princípio ativo, responsável pelo alívio do desconforto da dor, o ácido acetilsalicílico, dando origem à aspirina, o medicamento mais utilizado no mundo. A síntese da aspirina, C9H8O4, está descrita abaixo: Em um procedimento de preparo da aspirina, 345 gramas de ácido salicílico e 300 gramas de anidrido acético foram adicionados a um balão. Admitindo-se que a massa de aspirina formada tenha sido de 425 g, qual a massa do reagente em excesso e o rendimento aproximado da reação, respectivamente? a) 45 g de reagente em excesso; 100% de rendimento. b) 54 g de reagente em excesso; 94% de rendimento. c) 45 g de reagente em excesso; 94% de rendimento. d) 45 g de reagente em excesso; 80% de rendimento. e) 45 g de reagente em excesso; 50% de rendimento. QUESTÃO 12 Metais preciosos, como o ouro e a platina, são comercializados em “onças troy”, de modo que 1 onça troy corresponde a 31,1 gramas. Admitindo que a platina esteja cotada em R$ 5.381,00/onça troy. Calcule o número de átomos de platina que podem ser comprados com R$ 1.000.000,00 de reais. a) 185 átomos b) 5779 átomos c) 1,78 x 1025 átomos d) 5,78 x 1025 átomos e) 9,75 x 1025 átomos 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 8 de 13 QUESTÃO 13 As cadeias carbônicas podem ser classificadas quanto ao fechamento, a natureza dos átomos e suas disposições na cadeia e ao tipo de ligação. Com base no conhecimento dessas classificações, a resposta CORRETA sobre a classificação das cadeias carbônicas das moléculas a seguir é: (a) (b) (c) a) “a” e “b” são cadeias acíclicas, saturadas e heterogêneas. b) Das três moléculas apresentadas, somente “a” é homogênea. c) “c” apresenta uma cadeia cíclica, aromática, polinuclear-isolada. d) “b” apresenta uma cadeia acíclica, insaturada, heterogênea e não-ramificada. e) “a” e “b” possuem a mesma classificação, diferenciando-se somente quanto à presença de heteroátomo, sendo “a” uma cadeia homogênea e “b” uma cadeia heterogênea. QUESTÃO 14 Uma grande vantagem das fórmulas estruturais é que elas nos permitem classificar um grande número de compostos orgânicos em subgrupos menores. Esses subgrupos podem ser organizados pela presença de grupos funcionais, ou pelo tipo de ligação entre os átomos, a hibridização deles, a presença de heteroátomos, a presença de carbonos assimétricos, a possibilidade de deslocamento eletrônico, dentre outros critérios. Baseado nisso, observe a estrutura ao lado e assinale a opção CORRETA a seguir: a) Quatro dos carbonos numerados acima sãoassimétricos. b) 1, 2 e 7 são carbonos secundários e de hibridização sp2. c) 1, 3 e 5 são carbonos secundários e de mesma hibridização. d) A molécula apresenta três carbonos assimétricos, sendo todos eles carbonos terciários. e) 1, 6 e 7 apresentam, respectivamente, hibridizações sp2, sp3 e sp. 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 9 de 13 QUESTÃO 15 Produtos químicos concentrados são soluções ricas em solutos e servem de princípio para o preparo de soluções mais diluídas. Um detergente neutro que possui concentração 20 g em 500 mL é diluído em um balde com 4,5 L de água. Ao final do processo de diluição, a solução final apresenta concentração de: a) 2 g/L b) 20 g/L c) 200 g/L d) 4 g/L e) 40 g/L QUESTÃO 16 A quiralidade é um termo utilizado em química orgânica para designar moléculas que não se sobrepõem às suas imagens espelhadas. Uma das formas mais comuns de quiralidade em moléculas orgânicas é a presença de carbonos assimétricos (ou quiral) em sua estrutura. Baseado nisso, analise as moléculas abaixo e assinale a opção correta a seguir. I II III IV a) Todas as moléculas acima são quirais. b) O carbono 2 de II, III e IV são assimétricos. c) Somente III apresenta carbono assimétrico. d) II, III e IV apresentam, cada uma, apenas um carbono quiral. e) Somente II e III apresentam carbono assimétrico. 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 10 de 13 QUESTÃO 17 Os smartphones estão por toda parte e se tornaram indispensáveis para a vida na pós-modernidade. Entretanto, poucos têm consciência de quais elementos químicos estão envolvidos na composição desses aparelhos. Sendo assim, observe a figura abaixo: Adaptado de: CLUBE DA QUÍMICA. Os elementos químicos nos smartphones. Disponível em: . Acesso em: 03 abr. 2023. Marque a afirmativa incorreta quanto à localização desses elementos nos blocos da tabela periódica: a) Todos os componentes da parte eletrônica que pertencem ao bloco f são actinídeos. b) Nenhum elemento componente da parte eletrônica pertence ao bloco s. c) Apenas um elemento componente da bateria pertence ao bloco d. d) Nenhum elemento componente da capa pertence ao bloco f. e) Na composição da tela, existem elementos pertencentes aos blocos s, p, d e f. QUESTÃO 18 Isômeros são compostos estruturalmente diferentes que possuem a mesma fórmula molecular. O quadro a seguir traz a fórmula estrutural de cinco isômeros com a fórmula molecular C2H4O2: I II III IV V Um desses isômeros é denominado 1,3-dioxetano. Sobre a estrutura desse composto, sabe-se que possui: i. Oito pares de elétrons compartilhados; ii. Apenas ligações simples; iii. Todas as ligações feitas como hidrogênio tendo o mesmo comprimento. Assinale a alternativa que corresponde à estrutura do 1,3-dioxetano: a) Estrutura I b) Estrutura II c) Estrutura III d) Estrutura IV e) Estrutura V 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 11 de 13 QUESTÃO 19 A condutividade elétrica de um metal é função da sua estrutura, a qual possui núcleos imersos em uma espécie de “mar de elétrons”. Devido à baixa energia de ionização dos átomos metálicos, os elétrons podem se movimentar com facilidade pela estrutura dos sólidos metálicos. Ocorre que, com o aumento da temperatura, temos um aumento no grau de agitação dos núcleos metálicos em torno de suas posições originais, aumentando assim a resistividade do metal. Com base nessas informações, assinale a alternativa que traz um gráfico que mostra como a condutividade elétrica de um metal varia com a temperatura. a) d) b) e) c) 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 12 de 13 QUESTÃO 20 A tabela abaixo mostra os valores da primeira energia de ionização (EI1) e da segunda energia de ionização (EI2) de alguns átomos isolados no estado gasoso. Átomo EI1 (kJ.mol-1) EI2 (kJ.mol-1) Li 520 7298 Na 496 4562 Mg 738 1451 Com relação às possíveis justificativas para os dados apresentados, é correto afirmar que: a) Nota-se que todos os átomos têm facilidades semelhantes em perder 2 elétrons. b) A EI2 do magnésio é bastante inferior à dos demais átomos devido ao fato do magnésio ter maior número de prótons. c) As diferenças de EI1 entre o lítio e o sódio se devem ao fato do átomo de lítio ter maior raio atômico. d) A EI2 é maior que a EI1 apenas para metais alcalinos e alcalinos terrosos. e) Os valores de EI para os átomos de sódio e lítio ajudam a entender o porquê desses íons serem normalmente encontrados com carga +1 na natureza. 18ª Olimpíada de Química do Rio de Janeiro | Setembro 2023 Modalidade EM2 | 1ª Fase Página 13 de 13 FOLHA DE RESPOSTA EM2 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: ______