ListaExerc_Comp_Oxigenados_2013

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QFL-2143 - QUÍMICA DOS ELEMENTOS – 2013 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS - COMPOSTOS OXIGENADOS 
 
 
1. Qual a natureza da ligação química nos compostos sólidos formados pela reação dos metais do grupo I da Tabela 
Periódica com o oxigênio molecular? Use a teoria dos orbitais moleculares para descrever a estrutura dos ânions 
dos óxidos formados pelo sódio e pelo potássio. 
2. Os elementos do bloco p da Tabela Periódica tendem a formar óxidos covalentes. A estrutura desses compostos 
varia de acordo com a localização do elemento nos grupos ou famílias. Os óxidos de nitrogênio (com exceção do 
N2O5), carbono e flúor são gases à temperatura ambiente, constituídos de moléculas discretas (monômeros). À 
medida que o raio atômico aumenta (elementos dos terceiro, quarto e quinto períodos), os compostos com oxigênio 
passam a mostrar uma estrutura oligomérica (P4O10 ou (SO3)3, por exemplo) ou uma rede polimérica estendida 
(SiO2 ou PbO, por exemplo). Explique por que ocorrem tais variações na estrutura dos compostos oxigenados do 
bloco p. 
3. Uma grande porcentagem da produção dos ácidos nítrico, fosfórico e sulfúrico se destina à produção de 
fertilizantes. O esquema abaixo indica os principais compostos envolvidos na preparação desses oxoácidos, no 
sentido da produção dos fertilizantes NPK. Escreva as equações químicas balanceadas para cada etapa (ou descreva 
sucintamente o processo físico de extração das matérias-primas, onde for o caso), indicando o nome do processo 
(se houver uma denominação específica para o mesmo), a necessidade ou não do emprego de um catalisador e os 
valores aproximados de temperatura e pressão. 
 
 
4. Classifique os óxidos Al2O3, B2O3, BaO, CO2, Cl2O7 e SO3 em ácido, anfótero ou básico. Justifique a sua resposta. 
5. A sílica reage com óxido de cálcio formando metassilicato de cálcio. Escreva a equação química que descreve essa 
reação ácido-base (considere quantidades equimolares dos óxidos). Identifique o ácido e a base e descreva a 
estrutura dos três compostos mencionados. 
6. Escolha o agente secante adequado para o processo de secagem de amônia gasosa: (a) cal sodada; (b) pentóxido de 
fósforo. Justifique a sua resposta. 
7. Escreva a equação química de dissolução do vidro de sílica pelo HF e interprete a reação em termos de conceito 
ácido-base de Brönsted. 
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8. Qual a principal fonte comercial para a preparação do óxido de boro? Como se prepara o ácido ortobórico e qual a 
sua estrutura? Qual a diferença estrutural entre os ortoboratos e os metaboratos? 
9. Descreva o processo Solvay para produção de barrilha. 
10. Como preparar a sílica gel? Relacione a estrutura da sílica gel com as suas principais aplicações. 
11. Predizer, usando as regras de Pauling, as possíveis fórmulas relacionadas com os seguintes valores de pKa: 
H3PO4, 2,12 ; H3PO3, 1,80 ; H3PO2, 2,0. Estime os valores de pKa para as espécies H3PO4, H2PO4
- e 
HPO4
2- e compare o valor encontrado com o experimental. 
12. Desenhe a estrutura e indique a carga dos tetraoxiânions de Si, P, S e Cl. Ordene os seus oxiácidos neutros em 
ordem crescente de pKa, justificando a tendência ou ordem proposta. 
13. O que é água dura? Quais os problemas relacionados à dureza da água e como realizar o abrandamento da água? 
14. O ácido Si(OH)4 é mais fraco que H2CO3. Escreva uma equação química balanceada para mostrar como a 
solubilização de um sólido pouco solúvel M2SiO4 (M=metal alcalino terroso) pode provocar uma diminuição na 
pressão de CO2 sobre a solução aquosa. Explique por que silicatos em sedimentos no oceano podem limitar o 
aumento de CO2 na atmosfera (efeito estufa). 
15. Qual a diferença estrutural entre os ortossilicatos, SiO4
4-, e os metassilicatos, SiO3
2-? 
16. As zeólitas são aluminossilicatos tridimensionais amplamente utilizadas como peneiras moleculares em processos 
de separação de gases ou líquidos e como catalisadores em várias conversões na indústria do petróleo. Descreva a 
estrutura das zeólitas de modo a justificar o emprego desses materiais nos processos citados. 
17. Assim como o AlCl3, a zeólita do tipo ZSM-5 vem sendo empregada como catalisador na produção de etilbenzeno 
a partir de benzeno e eteno. A forma ácida da zeólita ZSM-5 é forte o suficiente para produzir carbocátions 
[CH2CH3]
+
. Um composto somente de sílica análogo à zeólita ZMS-5 pode ser sintetizado. Você acha que esse 
composto seria ativo na alquilação de benzeno? Justifique a sua resposta. 
18. Qual a definição de vidro? Por que se utiliza carbonato de sódio para a fabricação dos vidros comuns à base de 
sílica? 
19. O que são silicones? Qual a importância comercial desses compostos? Compare algumas propriedades dos silicones 
e dos polímeros orgânicos (cadeia carbônica). 
20. Como são preparados os ácidos fracos nitroso e sulfuroso? Podem esses ácidos ser isolados? (Sugestão: utilize o 
Diagrama de Latimer). 
21. Como é preparado o ácido nítrico? Quais as suas principais aplicações (relacione-as com as propriedades do 
composto). 
22. Qual a diferença estrutural entre os ortofosfatos e os metafosfatos? 
23. Como são preparados os ácidos fosfóricos de alta pureza e o de grau agrícola? Quais as suas principais aplicações 
(relacione-as com as propriedades dos compostos). 
24. Qual a função do tripolifosfato nos detergentes comerciais? Por que o Na5P3O10 está sendo substituído por zeólitas? 
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25. Como é preparado o ácido sulfúrico? Quais as suas principais aplicações (relacione-as com as propriedades do 
composto)? 
26. Suponha que você tenha sido contratado por um industrial para desenvolver um catalisador para empregar nos 
processos abaixo em temperatura de aproximadamente 80
o
C (não se deseja empregar energia elétrica): 
(a) decomposição da água em H2 e O2; 
(b) decomposição de CO2 em C e O2; 
(c) combinação de N2 e H2 para produção de NH3; 
(d) hidrogenação de duplas ligações em óleos vegetais. 
Quais desses processos seriam fáceis de serem executados, quais seriam plausíveis para investigação e quais seriam 
impraticáveis? Sugestão: consulte Shriver & Atkins, “Inorganic Chemistry”, Oxford, capítulo intitulado Catalysis. 
 
27. Considere a tabela abaixo que mostra as concentrações usuais de diversos ácidos concentrados comerciais: 
 % (m/m) Densidade (g/mL) Molaridade aproximada (mol/L) 
Ácido clorídrico 38 1,19 12 
Ácido fosfórico 85 1,69 15 
Ácido nítrico 70 1,42 16 
Ácido sulfúrico 98 1,84 18 
 
Escolha um dos ácidos e mostre como a concentração expressa em % (g de ácido/100 g de solução) é convertida em 
concentração expressa em molaridade (número de mols de ácido/1L de solução). Observação: densidade = massa de 
solução/volume de solução (nesses casos, solução = ácido + água). 
 
28. Muitos dos ácidos e sais correspondentes aos números de oxidação positivos dos halogênios não estão listados nos 
catálogos dos maiores fornecedores industriais de produtos químicos. Observa-se que: 
(a) KClO4 e KIO4 estão disponíveis mas KBrO4 não está; 
(b) KClO3, KBrO3 e KIO3 estão todos à venda; 
(c) sais de hipoclorito são fornecidos enquanto que os sais análogos de bromo e iodo não são. 
Dê algumas razões para o não fornecimento de determinados sais de oxiânions (sugestão: utilize o Diagrama de 
Latimer e observe a estabilidade das espécies). 
VRLC/2013