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– 81 Q U ÍM IC A A 1. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Água e etanol mis turam-se com - pletamente, em quaisquer proporções. Observa-se que o volume final da mistura é menor do que a soma dos volumes de etanol e de água empregados para prepará-la. O gráfico a seguir mostra como a densi - dade varia em função da porcentagem de etanol (em volume) empregado para preparar a mistura (densidades medidas a 20°C). Se 50 mL de etanol forem misturados a 50 mL de água, a 20°C, o volume da mistura resultante, a essa mesma temperatura, será de, aproximadamente: a) 76 mL b) 79 mL c) 86 mL d) 89 mL e) 96 mL RESOLUÇÃO: Cálculo das massas de álcool e de água na mistura de 100 mL: A densidade do álcool puro é 0,79 g/mL. d = 0,79 g/mL = málcool = 39,5 g A densidade da água pura é 1 g/mL. d = 1 g/mL = mágua = 50 g Cálculo do volume da mistura: mmistura = 39,5 g + 50 g = 89,5 g De acordo com o gráfico, para 50% de álcool, a densidade da mistura é 0,93 g/mL. d = 0,93 g/mL = V � 96 mL Resposta: E 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 D en si da de ( g/ m L) % de etanol (em volume) empregado para preparar a mistura m ––– V m –––––– 50 mL 89,5 g –––––– V m ––– V m –––––– 50 mL m ––– V MÓDULO 15 SOLUÇÕES (II): CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES FRENTE 1 – FÍSICO-QUÍMICA C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 81 2. (UNICAMP-SP) – Na readequação de alguns estádios de futebol, por conta de uma atitude ecológica coerente, milhares de assentos serão produzidos a partir de garrafas PET. Para cada as sento serão necessárias cerca de 100 garrafas PET de capacidade de 600 mL e massa de 18 g cada uma. Pode-se afirmar que a redução de volume do material reapro veitado para a fabricação dos assentos será aproxima - damente igual a a) 2,3% b) 33,3% c) 97,7% d) 66,6% Dados: Densidade do PET = 1,3 g . cm–3. Considere que no rea - proveitamento do PET não ocorre perda de massa, e que o volume externo da garrafa é de 600 mL. Resolução Volume total das 100 garrafas de 600 mL: V = 100 x 600 mL = 60 000 mL = 60 000 cm3 Massa total das 100 garrafas de PET para confecção de um assento: m = 100 x 18 g = 1 800 g Cálculo do volume de um assento de PET cuja densidade é igual a 1,3 g . cm–3: 1 cm3 –––––––– 1,3 g x –––––––– 1 800 g x = 1 385 cm3 Redução do volume: 60 000 cm3 – 1 385 cm3 = 58 615 cm3 Redução percentual: 60 000 cm3 –––––– 100% 58 615 cm3 –––––– y y = 97,7% Resposta: C 3. (UNIFESP) – Na queima do cigarro, há a liberação dos gases CO, CO2 e de outras substâncias tóxicas, como alcatrão, nicotina, fenóis e amônia (NH3). Para a conscientização sobre a toxicidade do cigarro, a campanha antifumo do estado de São Paulo mostrava o uso do mo - noxímetro, “bafômetro do cigarro”, que mede a concentração de mo nó - xido de carbono, em ppm (partes por milhão), no ar exalado dos pul mões do indivíduo. A figura representa o resultado da aplicação do teste. Dado que 1 ppm de CO se refere ao teor de 1 L de CO em 106 L de ar e que a densidade do CO é 1,145 g/L nas condições do teste, qual deve ser o valor de XX, indicado no visor do monoxímetro, se dois litros de ar exalado por aquele indivíduo contêm 4,58 x 10–2 mg de monóxido de carbono? RESOLUÇÃO: Cálculo do volume de CO exalado em 2 L de ar: 1,145 g –––––– 1 L 4,58 . 10–5 g –––––– x Cálculo do volume de CO em 106 L de ar: 2 L de ar –––––– 4 . 10–5 L de CO 106 L de ar –––––– y Cálculo do valor XX (ppm): 1 ppm –––––– 1 L de CO z –––––– 20 L de CO x = 4 . 10–5 L y = 20 L de CO z = 20 ppm 82 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 82 1. (MEDICINA-ALBERT EINSTEIN-2016) – O náilon 6,6 e o polies - tireno são polímeros que apresentam diversas aplicações na indústria. Um técnico misturou inadvertidamente amostras desses polímeros. Dados: densidade do náilon 6,6 = 1,14 g.cm–3 densidade do poliestireno = 1,05 g.cm–3 massa molar do NaCl = 58,5 g.mol–1 Conhecendo a densidade desses materiais, ele decidiu preparar uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl) para separar as amostras. Para tanto, ele utilizou um balão volumétrico de 5,0 L. A massa de NaCl adequada para essa preparação é a) 120 g. b) 300 g. c) 600 g. d) 1300 g. RESOLUÇÃO: A densidade da solução aquosa de NaCl deve ser maior que 1,05 g/cm3 e menor que 1,14 g/cm3. Cálculo da massa de NaCl para preparar uma solução de densidade 1,05 g/cm3: d = 1,05 g/cm3 → M = 1,25 mol/L M = ∴ 1,25 mol/L = m = 365,6 g Cálculo da massa de NaCl para preparar uma solução de densidade 1,14 g/cm3: d = 1,14 g/cm3 → M = 3,7 mol/L M = ∴ 3,7 mol/L = m = 1082,2 g A massa de NaCl adequada para essa preparação é 600 g, pois é maior que 365,6 g e menor que 1082,2 g. Resposta: C MÓDULO 16 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES (CONTINUAÇÃO) poliestireno solução aquosa de NaCl náilon m –––––––––––––– 58,5 g/mol . 5 L m –––––– M . V m –––––––––––––– 58,5 g/mol . 5 L m –––––– M . V – 83 Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 83 2. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Um estudante utilizou um progra - ma de computador para testar seus conhecimentos sobre concentração de soluções. No programa de simulação, ele deveria escolher um soluto para dissolver em água, a quantidade desse soluto, em mol, e o volume da solução. Uma vez escolhidos os valores desses parâmetros, o programa apresenta, em um mostrador, a concentração da solução. A tela inicial do simulador é mostrada a seguir. O estudante escolheu um soluto e moveu os cursores A e B até que o mostrador de concentração indicasse o valor 0,50 moI/L. Quando esse valor foi atingido, os cursores A e B poderiam estar como mostrado em: RESOLUÇÃO: A concentração da solução no mostrador, 0,5 mol/L, deve obedecer à fórmula M = . Aplicando a fórmula nas alternativas, temos, aproximadamente: a) M = = 1 mol/L b) M = = 2,67 mol/L c) M = = 0,22 mol/L d) M = = 0,5 mol/L e) M = = 2,5 mol/L Resolução alternativa: O estudante deveria posicionar os cursores A e B visando obter a concentração de 0,5 mol de soluto por 1,0 L de solução. As alternativas A, B e E podem ser eliminadas imediatamente, pois nelas o valor da quantidade em mols de soluto é superior ao do volu - me, o que da ria uma concentração, em mol/L, maior ou igual a 1. A alternativa c pode ser excluída em função da discrepância evidente dos valores indicados pelos cursores. O cursor A foi posicionado muito próximo ao zero e o cursor B muito próximo ao 1,0. Logo, a razão entre os valores aproximados indicados pelos cursores deve ser menor que 0,5. Resposta: D nA ––––––– VB (L) 0,8 mol –––––––– 0,8 L 0,8 mol ––––––– 0,3 L 0,2 mol ––––––– 0,9 L 0,4 mol –––––––– 0,8 L 0,5 mol ––––––– 0,2 L a) 1,0 mol 0 A 1,0 L 0,2 L B b) 1,0 mol 0 A 1,0 L 0,2 L B c) 1,0 mol 0 A 1,0 L 0,2 L B d) 1,0 mol 0 A 1,0 L 0,2 L B e) 1,0 mol 0 A 1,0 L 0,2 L B Quantidade de soluto Volume da solução 0 A 1,0 mol cursores móveis 1,0 L 0,2L B Soluto: Reiniciar tudo? Concentração da solução mol / L mostrador do valor da concentração0,5 L Arquivo Ajuda Simulador de soluçõesSimulador de soluções 84 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 84 3. (UEL-PR) – O soro fisiológico é uma solução que contém 0,90% (massa/volume) de NaCl em água destilada. Entre os usos dessa solução, destacam-se a limpeza de ferimentos e de lentes de contato, higienização nasal e reposição de íons cloreto e sódio. Assinale a alternativaque corresponde à massa de NaCl, à concentração em mol/L e ao número de íons cloreto em 0,20 litro (L) de soro. Dados: Massa molar do NaCl = 58,5 g/mol Constante de Avogadro = 6,0 . 1023 / mol RESOLUÇÃO: 0,90% (m/V) indica que em 100 mL de solução estão dissolvidos 0,90 g de NaCl: 100 mL ––––––– 0,90 g 0,20 L → 200 mL ––––––– x x = 1,8 g M = M = ∴ M = 1,5 . 10–1 mol/L n NaCl = nCl– n = ∴ n = n = 0,03 mol 1 mol ––––––– 6,0 . 1023 íons Cl– 0,03 mol ––––––––– x x = 1,8 . 1022 íons Cl– Resposta: C 4. (MACKENZIE-SP) – Uma solução aquosa de ácido sulfúrico, com densidade igual a 1,400 g . mL–1, apresenta 70% em massa de soluto. A concentração, expressa em mol por litro, para essa solução será igual a Dado: massa molar (g . mol–1) H = 1, O = 16 e S = 32. a) 8 mol . L–1. b) 9 mol . L–1. c) 10 mol . L–1. d) 11 mol . L–1. e) 12 mol . L–1. RESOLUÇÃO: Utilizando as fórmulas C = 10 d . p, C = M M MM = 10 d . p 98 g/mol . M = (10 . 1,400) g/L . 70 M = 10 mol/L Outra resolução: Em 1 mL, temos 1,400g de solução Em 1 000 mL (1L), temos 1 400 g de solução 1 400 g de solução 980 g M = ∴ M = M = 10 mol/L Resposta: C 70% ––––––––– H2SO4 m ––––––– M . V 980 g –––––––––––––– 98 g/mol . 1 L m –––– M 1,8 g ––––––––––– 58,5 g/mol 1,8 g –––––––––––––––––––– 58,5 g . mol–1 . 0,20 L Massa (g) Concentração (mol L–1) Número de íons cloreto a) 1,8 1,5 x 10–1 6,0 x 1023 b) 9,0 7,7 x 10–1 4,6 x 1023 c) 1,8 1,5 x 10–1 1,8 x 1022 d) 0,9 7,7 x 10–2 4,6 x 1022 e) 1,8 15 x 10–1 9,0 x 1023 m ––––––– M . V – 85 Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 85 1. A varfarina é um fármaco que diminui a agregação pla - quetária, e por isso é utilizada como anticoagulante, des de que esteja presente no plasma, com uma concentração superior a 1,0 mg/L. Entretanto, concen trações plasmáticas superiores a 4,0 mg/L podem desen cadear hemorragias. As moléculas desse fármaco ficam retidas no espaço intravascular e dissolvidas exclusiva mente no plasma, que representa aproximadamente 60% do sangue em volume. Em um medicamento, a varfarina é administrada por via intravenosa na forma de solução aquosa, com concentração de 3,0 mg/mL. Um indivíduo adulto, com volume sanguíneo total de 5,0 L, será submetido a um tratamento com solução injetável desse medicamento. Qual é o máximo volume da solução do medicamento que pode ser administrado a esse indivíduo, pela via intravenosa, de maneira que não ocorram hemorragias causadas pelo anticoagulante? a) 1,0 mL. b) 1,7 mL. c) 2,7 mL. d) 4,0 mL. e) 6,7 mL. RESOLUÇÃO: Varfarina: 3,0 mg/mL = 3,0 . 103 mg/L Volume do medicamento que vai ficar dissolvido num adulto de volume sanguíneo total de 5,0 L. 100% –––––––– 5,0 L 60% ––––––––– x ∴ x = 3,0 L Cálculo do volume da solução do medicamento para evitar que não ocorram hemorragias (4,0 mg/L). C1V1 = C2V2 3,0 . 103 mg/L . V1 = 4,0 mg/L . 3,0 L V1 = 4,0 . 10 –3 L∴ 4,0 mL Resposta: D 2. (UNICAMP-SP -MODIFICADO-MODELO ENEM) – Um dos grandes problemas das navegações do século XVI referia-se à limitação de água potável que era possível transportar numa embarcação. Imagine uma situação de emergência em que restaram apenas 300 litros (L) de água potável (considere-a completamente isenta de eletrólitos). A água do mar não é apropriada para o consumo devido à grande concentração de NaCl (25 g/L), porém o soro fisiológico (10 g NaCl/L) é. Se os navegantes tivessem conhecimento da composição do soro fisiológico, poderiam usar a água potável para diluir água do mar de modo a obter soro e assim teriam um volume maior de líquido para beber. Qual o volume total de soro que seria obtido com a diluição se todos os 300 litros de água potável fossem usados para esse fim? a) 400 L b) 450 L c) 500 L d) 550 L e) 600 L RESOLUÇÃO: Cágua do mar = 25 g/L = Cinicial Csoro = 10 g/L = Cfinal Vfinal = Vinicial + 300 L Cinicial . Vinicial = Cfinal . Vfinal 25 g/L . Vinicial = 10 g/L (Vinicial + 300 L) Vinicial = 200 L Vfinal = 200 L + 300 L = 500 L Resposta: C MÓDULO 17 DILUIÇÃO E MISTURA DE SOLUÇÕES 86 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 86 3. (UFERSA-RN) – Quando 200 mL de uma solução 0,1 mol . L–1 de NaNO3 são misturados com 300 mL de uma solução 0,2 mol . L –1 de Ba(NO3)2, a concentração de íons nitrato na solução resultante, expressa em mol . L–1, será igual a: a) 0,03 b) 0,07 c) 0,14 d) 0,28 RESOLUÇÃO: Cálculo da concentração de íons nitrato em cada solução: NaNO3 ⎯→ Na + + NO–3 0,1 mol/L 0,1 mol/L Ba(NO3)2 ⎯→ Ba + + 2NO–3 0,2 mol/L 0,4 mol/L Cálculo da concentração de íons nitrato na solução final: M1 . V1 + M2 . V2 = M3 . V3 0,1 . 200 + 0,4 . 300 = M3 . 500 20 + 120 = M3 . 500 140 = M3 . 500 M3 = (mol/L) Resposta: D 4. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Uma usina de reciclagem de plástico recebeu um lo te de ras pas de 2 tipos de plásticos, um deles com densidade 1,10 kg/L e ou tro com densidade 1,14 kg/L. Para efetuar a se paração dos dois tipos de plás ticos, foi necessário preparar 1000 L de uma solução de densidade apropriada, misturando-se volumes adequados de água (densidade = 1,00 kg/L) e de uma solução aquosa de NaCl, disponível no almoxarifado da usina, de densidade 1,25 kg/L. Esses volumes, em litros, podem ser, respectivamente, a) 900 e 100. b) 800 e 200. c) 500 e 500. d) 200 e 800. e) 100 e 900. RESOLUÇÃO: A solução aquosa de NaCl deve possuir uma densidade inter - mediária entre 1,10 kg/L e 1,14 kg/L. a) VH2O = 900 L e VNaCl = 100 L d = d = 1,025 kg/L (não serve) b) VH2O = 800 L e VNaCl = 200 L d = d = 1,050 kg/L (não serve) c) VH2O = 500 L e VNaCl = 500 L d = d = 1,125 kg/L (serve, pois é um valor intermediá rio entre 1,10 kg/L e 1,14 kg/L) d) VH2O = 200 L e VNaCl = 800 L d = d = 1,20 kg/L (não serve) e) VH2O = 100 L e VNaCl = 900 L d = d = 1,225 kg/L (não serve) Resposta: C 140 ––––– 500 M3 = 0,28 mol/L 900 L . 1,00 kg/L + 100 L . 1,25 kg/L –––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 000 L 800 L . 1,00 kg/L + 200 L . 1,25 kg/L ––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 000 L 500 L . 1,00 kg/L + 500 L . 1,25 kg/L ––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 000 L 200 L . 1,00 kg/L + 800 L . 1,25 kg/L –––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 000 L 100 L . 1,00 kg/L + 900 L . 1,25 kg/L –––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 000 L – 87 Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 87 1. (UDESC-SC) – Observe as equações a seguir e selecione aquelas nas quais a água (H2O) comporta-se como um ácido de Brönsted-Lowry. I) HNO2 + H2O →← H3O + + NO2 – II) H– + H2O →← OH – + H2 III) NH2 – + H2O →← NH3 + OH – IV) CO2– 3 + H3O + →← HCO – 3 + H2O a) I e II b) II e III c) III e IV d) II e IV e) I e III RESOLUÇÃO: Nas reações II e III a água é doadora de prótons enquanto nas reações I e IV é receptora de prótons. Resposta: B 2. (UFSM-RS) – Observe as equações: I) H3O + + CN– →← HCN + H2O II) NH3 + CO 2– 3 →← NH2 – + HCO–3 III) C2H5O – + NH3 →← C2H5OH + NH2 – De acordo com Brönsted-Lowry, os compostos destacados são, respectivamente: a) base – ácido – ácido. b) base – base – ácido. c) ácido – ácido – base. d) ácido – base – ácido. e) base – ácido – base. RESOLUÇÃO: O HCN é um doador de próton, o íon carbonato recebe o próton e o NH3 é doador de próton. Resposta: D 3. Indique os ácidos e bases pela teoria de Brönsted-Lowry, e os respectivos pares conjugados nas reações abaixo equacionadas: a) HCO–3 + H2O →← H3O + + CO2– 3 b) HCO–3 + H2O →← H2CO3 + OH – c) HF + HNO3 →← H2F + + NO–3 d) H2SO4 + HClO4 →← H3SO4 + + ClO–4 RESOLUÇÃO: a) HCO–3 + H2O →← H3O + + CO2– 3 ácido base ácido base b) HCO–3 + H2O →← H2CO3 + OH – base ácido ácido base c) HF + HNO3 →← H2F + + NO– 3 base ácido ácido base d) H2SO4 + HClO4 →← H3SO4 + + ClO–4 base ácido ácido base 4. (UFG-GO) – A histidina, um aminoácido, é utilizada pelo organismo para a síntese da histamina, por meio de uma reação de descar boxilação. a) Explique qual das duas substâncias é mais solúvel na água. b) Explique, de acordo com a teoria de Brönsted-Lowry, por que a histi - dina apresenta caráter anfótero em meio aquoso, enquanto seu deri - vado, a histamina, não. RESOLUÇÃO: a) A histidina é mais solúvel em água que a histamina, pois apresenta o grupo carboxila a mais (histamina não possui) que faz ligação de hidrogênio com a molécula de água tornando a substância mais polar. b) A histidina pode reagir como ácido de Brönsted-Lowry (cedendo prótons), pois possui grupo carboxila, ou como base de Brönsted-Lowry (recebendo prótons), pois os átomos de nitrogênio podem aceitar prótons. Já a hista mina só reagirá como base, pois possui átomos de nitrogênio que podem receber prótons em meio aquoso, pois esses átomos de nitrogênio têm um par de elétrons livre.. NHN NH2 Histidina OH O Histamina NHN NH2 MÓDULO 18 CONCEITOS DE ÁCIDOS E BASES (I): AS TEORIAS DE ARRHENIUS E BRÖNSTED E LOWRY 88 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 88 – 89 Q U ÍM IC A A 1. (ITA-MODIFICADA) – Considere os compostos orgânicos metilfenil - ce tona e propanona. Apresente a equação química que representa o equi líbrio tautomérico para cada um dos compostos. RESOLUÇÃO: As equações químicas que representam os equilí brios tautoméricos são: 2. (FUVEST-SP) – A substância A, na presença de luz solar, transforma- se na substância B que por sua vez, no escuro, se transforma em A. Pelo esquema acima, pode-se afirmar que a) há uma interconversão de isômeros. b) a transformação de A em B libera energia. c) a luz converte uma cetona em um aldeído. d) na ausência da luz, o caráter aromático é destruído. e) no escuro, um ácido carboxílico é reduzido a uma cetona. RESOLUÇÃO: Resposta: A C CH H H O C CH H OH Metilfenilcetona Enol C CH H OH Propanona Enol C CH H H O H C3 H C3 MÓDULO 15 ISOMERIA PLANA (CONTINUAÇÃO) C R O OH C R OH O LUZ SOLAR NO ESCURO A B C R O OH C R OH O LUZ ESCURO cetona fenol enol cetona RC H O13 9 2 RC H O13 9 2 isômeros FRENTE 2 – QUÍMICA ORGÂNICA C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 89 90 – Q U ÍM IC A A 3. Dada a fórmula molecular C5H10, sugerir pelo menos cinco compostos diferentes com suas respectivas fórmulas estruturais e nomes oficiais (IUPAC). RESOLUÇÃO: 1. (UFSCar-SP) – O resveratrol é uma substância orgânica en contrada em casca de uva vermelha e é associada à redução da incidência de doenças cardiovasculares entre os habi tantes de países nos quais ocorre consumo moderado de vinho tinto. Mais recen te mente, foi encontrada outra substância com propriedades seme lhantes, denominada pterostilbeno na fruta blueberry (conhecida no Brasil como mirtilo). As fórmulas estruturais do resveratrol e do pterostilbeno são fornecidas a seguir: a) Escreva o nome de todas as funções químicas oxi genadas presentes no resveratrol e no pterostilbeno. b) Identifique o tipo de isomeria e escreva as fórmulas estruturais dos isômeros que o pterostilbeno pode formar, considerando que as posições dos substi tuintes em seus anéis aromáticos não se alteram e que esses anéis não estão ligados a um mesmo átomo de carbono. RESOLUÇÃO: I H C2 CH CH2 CH2 CH3 II H C3 CH CH CH2 CH3 IV H C2 III C CH2 CH3 CH3 H C2 CH CH CH3 CH3 VI CH2 H C2 H C2 CH2 CH2 ou H C3 V C CH CH3 CH3 H C2 VII CH2 CHH C2 CH3 H C3 VIII C CH3 CH2 CH2 IX HC CH3 CH2 CH CH3 X CH2 CHH C2 CH2 CH3 pent-1-eno pent-2-eno 2-metilbut-1-eno 3-metilbut-1-eno 2-metilbut-2-eno ciclopentano metilciclobutano 1,1-dimetilciclopropano 1,2-dimetilciclopropano etilciclopropano MÓDULO 16 ISOMERIA ESPACIAL: ISOMERIA GEOMÉTRICA OH HO C C H OH Resveratrol H3CO OCH3 C C H OH H H Pterostilbeno HO C C H Resveratrol H CO3 OCH3 C C H OH H H Pterostilbeno fenol a) fenol éter OH fenol fenol OH éter C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/04/16 13:42 Página 90 – 91 Q U ÍM IC A A b) Isomeria geométrica ou isomeria cis-trans. 2. O citral, substância de odor fortemente cítrico, é obtido a partir de algumas plantas, como o capim-limão, cujo óleo essencial possui aproximadamente 80%, em massa, da substância. Uma de suas aplicações é na fabricação de produtos que atraem abelhas, especialmente do gênero Apis, pois seu cheiro é semelhante a um dos feromônios liberados por elas. Sua fórmula molecular é C10H16O, com uma cadeia alifática de oito carbonos, duas insaturações, nos carbonos 2 e 6 e dois grupos substi tuintes metila, nos carbonos 3 e 7. O citral possui dois isômeros geométricos, sendo o trans o que mais contribui para o forte odor. Para que se consiga atrair um maior número de abelhas para uma determinada região, a molécula que deve estar presente em alta concentração no produto a ser utilizado é: RESOLUÇÃO: O citral, de fórmula molecular C10H16O, apresenta uma cadeia alifática (não aromática) de oito carbonos, duas insaturações, nos carbonos 2 e 6; e dois grupos substituintes metila, nos carbonos 3 e 7. O citral possui dois isômeros geométricos, sendo o trans o que mais contribui para o forte odor que irá atrair as abelhas. Para a existência da isomeria geométrica em cadeias abertas, deve existir dupla-ligação entre átomos de carbono e cada carbono da dupla deve ter ligantes diferentes. No carbono 2, o H é o ligante de menor massa molar, e no carbono 3, o metila é o ligante de menor massa molar. Os 2 ligantes de menor massa molar, de lados opostos da ligação dupla, originam o isômero trans. A fórmula estrutural em bastão é: Resposta: A H CO3 OCH3 C C H OH H cis H CO3 OCH3 C C OH H trans H O a) Ob) O c) Od) O e) OH3 CH3 CH3 H2 H H2 H H C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 O C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 91 92 – Q U ÍM IC A A 3. (MACKENZIE-SP) – Pesquisadores de um famoso centro de pesquisa na Califórnia – EUA – anunciaram o desenvolvimento de uma nova pílula que “engana” o corpo: ela faz com que o organismo ache que houve ingestão de alimentos e passe a queimar calorias. O medicamento, segundo os resultados, freou o ganho de peso e reduziu os níveis de colesterol e de diabetes nos testes realizados em ratos. Diferente da maioria dos medicamentos de dieta no mercado, a pílula, denominada fexaramine, não se dissolve no sangue como os inibidores de apetite e como os remédios para emagrecer à base de cafeína. Ela permanece nos intestinos, causando menos efeitos colaterais. De acordo com a fórmula estrutural da fexaramine, representada acima, são feitas as seguintes afirmações. I. Estão presentes os grupos funcionais, amina terciária, éster e cetona. II. Possui isomeria geométrica cis-trans, sendo a molécula acima a representação do isômero trans. III. Possui fórmula molecular C32H36N2O3. IV. Possui característica apolar e 7 carbonos terciários. Estão corretas a) I e III, apenas. b) I e IV, apenas. c) I e II, apenas. d) II e IV, apenas.e) II e III, apenas. RESOLUÇÃO: T: terciários 5 carbonos terciários Fórmula molecular: C32H36N2O3 Corretas: II e III Resposta: E 1. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – O neurotransmissor sero to nina é sin tetizado no or ganismo humano a partir do trip tofano. As fórmulas estruturais do triptofano e da serotonina são fornecidas a seguir. Com respeito a essas moléculas, pode-se afirmar que a) apenas a molécula do triptofano apresenta atividade óptica. b) ambas são aminoácidos. c) a serotonina é obtida apenas por hidroxilação do anel benzênico do triptofano. d) elas são isômeras. e) as duas moléculas apresentam a função fenol. N O O O N T T T T T Aproximadamente apolar Amida Éster Amina terciária H H N O O O N MÓDULO 17 ISOMERIA ESPACIAL: ISOMERIA ÓPTICA N — H C — C — C — — — H NH2 H — H O — OH C — C — NH2 — — — H H H — HHO Triptofano Serotonina — — N — H O O H H trans C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 92 – 93 Q U ÍM IC A A RESOLUÇÃO: O triptofano, um aminoácido, possui carbono assimétrico (quiral) e apresenta atividade óptica. A serotonina é obtida por hidroxilação do anel benzênico e por descarboxilação do triptofano. Não são compostos isômeros, pois não possuem a mesma fórmula molecular (triptofano: C11H12N2O2 e serotonina: C10H12N2O). Resposta: A 2. O estudo de compostos orgânicos permite aos analistas definir propriedades físicas e químicas responsáveis pelas características de cada substância descoberta. Um laboratório investiga moléculas quirais cuja cadeia carbônica seja insaturada, heterogênea e ramificada. A fórmula que se enquadra nas características da molécula investigada é a) CH3 — (CH)2 — CH(OH) — CO — NH — CH3. b) CH3 —(CH)2 — CH(CH3) — CO — NH — CH3. c) CH3 — (CH)2 — CH(CH3) — CO — NH2. d) CH3 — CH2 — CH(CH3) – CO — NH — CH3. e) C6H5 — CH2 — CO — NH — CH3. RESOLUÇÃO: A molécula quiral (que possui átomo de carbono assimétrico, com 4 ligantes diferentes) cuja cadeia carbônica é insaturada, heterogênea e ramificada é: • As demais moléculas são: Resposta: B 3. A talidomida é um sedativo leve e foi muito utilizado no tratamento de náuseas, comuns no início da gravidez. Quando foi lançada, era considerada segura para o uso de grávidas, sendo administrada como uma mistura racêmica composta pelos seus dois enantiômeros (R e S). Entre tanto, não se sabia, na época, que o enantiômero S leva à malformação congênita, afetando principalmente o desen volvimento normal dos braços e pernas do bebê. COELHO. F. A. S. Fármacos e quiralidade. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, São Paulo. n. 3, (adaptado). Essa malformação congênita ocorre porque esses enantiô meros a) reagem entre si. b) não podem ser separados. c) não estão presentes em partes iguais. d) interagem de maneira distinta com o organismo. e) são estruturas com diferentes grupos funcionais. RESOLUÇÃO: Os enantiômeros apresentam as mesmas propriedades físicas, exceto o desvio do plano da luz polarizada. Podem ser separados e suas estruturas apresentam grupos funcionais iguais. Essa malformação congênita ocorre porque esses enantiômeros interagem de maneira distinta com o organismo, isto é, os enantiômeros apresentam ação fisiológica diferente. A mistura racêmica é mistura em partes iguais dos dois enan - tiômeros. Resposta: D N — H C — C — NH2 — — — H H H — HHO Amina Amina Fenol H O | || CH3 — CH = CH — C* — C — NH — CH3 | CH3 CH3 CH CH C* H OH C O NH CH3a) insaturada, heterogênea e reta (normal) CH3 CH3 CH CH2 CH CH2 C* C* H H CH3 CH3 C C C O O O NH2 NH NH CH3 c) d) e) insaturada, homogênea e ramificada saturada, heterogênea e ramificada insaturada, heterogênea e não é quiral CH3 N — H C — C — C — — — H NH2 H — H = O — OH Amina Amina Ácido carboxílico * C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 93 94 – Q U ÍM IC A A 4. (UNESP-2016-MODELO ENEM) – A bioluminescência é o fenô - meno de emissão de luz visível por certos organismos vivos, resultante de uma reação química entre uma substância sintetizada pelo próprio organismo (luciferina) e oxigênio molecular, na presença de uma enzima (luciferase). Como resultado dessa reação bioquímica é gerado um produto em um estado eletronicamente excitado (oxiluciferina*). Este produto, por sua vez, desativa-se por meio da emissão de luz visível, formando o produto no estado normal ou fundamental (oxiluciferina). Ao final, a concentração de luciferase permanece constante. luciferase Luciferina + O2 ⎯⎯⎯⎯→ Oxiluciferina* → Oxiluciferina + h�(450–629nm) O esquema ilustra o mecanismo geral da reação de bioluminescência de vagalumes, no qual são formados dois produtos diferentes em estados eletronicamente excitados, responsáveis pela emissão de luz na cor verde ou na cor vermelha. (Etelvino J. H. Bechara e Vadim R. Viviani. Revista virtual de química. 2015. Adaptado.) De acordo com o texto, assinale a alternativa que apresenta a massa molar, em g . mol–1, e o tipo de isomeria presente na luciferina do vagalu - me. a) 274,3 e óptica. b) 279,3 e óptica. c) 279,3 e geométrica. d) 274,3 e geométrica. e) 279,3 e tautomeria. Dado: massas molares em g/mol: H: 1,01, C: 12,0, O: 16,0, N: 14,0, S: 32,1. RESOLUÇÃO: Fórmula molecular: (C11H7O3N2S2) – M = (11 . 12,0 + 7 . 1,01 + 3 . 16,0 + 2 . 14,0 + 2 . 32,1)g/mol M = 279,27 g/mol Aproximadamente, 279,3 g/mol A isomeria que ocorre na luciferina é a isomeria óptica, pois esse composto apresenta carbono quiral (C*) ou assimétrico. Resposta: B 1. (FATEC-MODELO ENEM) – A história do seriado Breaking Bad gira em torno de um professor de Química do ensino médio, com uma esposa grávida e um filho adolescente que sofre de paralisia cerebral. Quando é diagnosticado com câncer, ele abraça uma vida de crimes, produzindo e vendendo metan fetaminas. O uso de drogas pode desestabilizar totalmente a vida de uma pessoa, gerando consequências devastadoras e permanentes. Muitas vezes, toda a família é afetada. As metanfetaminas são substâncias relacionadas quimi camente com as anfetaminas e são um potente estimulante que afeta o sistema nervoso central. (http://tinyurl.com/pffwfe6l. Adaptado) A metanfetamina, N-metil-1-fenilpropano-2-amina, fórmula , apresenta os isômeros representados pelas fórmulas estruturais: A análise das estruturas nos permite concluir, corretamente, que os compostos são isômeros a) de cadeia. b) de posição. c) de função. d) geométricos. e) ópticos. RESOLUÇÃO: A metanfetamina apresenta carbono assimétrico ou quiral (átomo de carbono ligado a quatro grupos diferentes), assinalado com asterisco. Os isômeros apresentados são enantiomorfos, isômeros ópticos, um imagem especular do outro (dextrogiro e levogiro). Resposta: E O S N N S COOH - H luciferina luciferase O2 O S N N S - O O O CO 2 CO 2 oxiluciferina (ceto) O S N N S O*- oxiluciferina (enolato) O S N N S O*- - O S N N S O- O S N N S O- - O S N N S COOH- C* H carbono quiral MÓDULO 18 ISOMERIA ÓPTICA (CONTINUAÇÃO) C10H15N H H N N H C3 H H C3 H CH3 CH3 C H H C* H C3 H N H CH3 C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 94 – 95 Q U ÍM IC A A 2. (POUSO ALEGRE) – Os pares de estruturas representam, respectivamente: a) enantiômeros, isômeros de cadeia, isômeros geométricos e isô - meros de função. b)enantiômeros, isômeros de posição, estruturas iguais, isômeros de posição. c) estruturas idênticas, isômeros de cadeia, isômeros de posição, isô - meros cis-trans. d) estruturas iguais, isômeros de cadeia, isômeros geométricos, isômeros geométricos. e) enantiômeros, isômeros de cadeia, tautômeros, isômeros de po - sição. RESOLUÇÃO: I. Os compostos são imagens especulares, enantiômeros, enantio morfos ou antipodas ópticos. II. São isômeros de cadeia, a primeira é ramificada e a segunda normal ou reta. III. São isômeros geométricos (no ciclo há dois átomos de carbono com ligantes diferentes). IV. Resposta: A 3. (UNESP) – O adoçante artificial aspartame tem fórmula estrutural Sobre o aspartame, são feitas as seguintes afirmações: I. Apresenta as funções éster e amida. II. Não apresenta isomeria óptica. III. Sua fórmula molecular é C14H13N2O5. Das afirmações apresentadas, a) apenas I é verdadeira. b) apenas I e II são verdadeiras. c) apenas I e III são verdadeiras. d) apenas II e III são verdadeiras. e) I, II e III são verdadeiras. RESOLUÇÃO: I) Verdadeira. II) Falsa. Possui 2 carbonos assimétricos. III) Falsa. Sua fórmula molecular é C14H18N2O5. Resposta: A 4. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) POLÍCIA CIVIL APREENDE NOVO TIPO DE DROGA EM SÃO PAULO A Polícia Civil de São Paulo fez, na quarta-feira (11), a primeira apreensão das chamadas “cápsulas do medo”, apontadas como uma das drogas sintéticas mais potentes usadas por jovens em danceterias e festas raves. Segundo o diretor do Denarc (De par tamento de Investigações sobre Narcóticos), Ivaney Cayres de Souza, a nova droga é trazida da Europa. “Cada cápsula provoca pelo menos 80 horas de alu cinação”, afirmou. Além das cápsulas, os investiga dores também apreenderam o chamado ice, uma dro ga em forma de cristal. [...] No total, foram apreendidos 34 comprimidos de ecstasy, 74 cáp sulas de ice, 77 micropontos de LSD, 31 “cápsulas do medo” e 1,2 quilo de haxixe. Se gundo as investigações, as drogas eram vendidas para universitários, para frequentadores de dance terias e de festas raves. (Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u108947.shtml>. Adaptado.) Dados: nomes e sinônimos: Cápsula do medo = DOB = 2,5-dimetoxi-4-bromoanfetamina Ecstasy = MDMA = 3,4-metilenodioxi-N-metilanfetamina LSD = dietilamida do ácido D-lisérgico I H C3 C COOH II (CH ) C3 4 CH2 CH2 CH3 Cl H e HOOC C CH3 Cl H e CH3 CH2 III HO Cl e HO Cl IV eCH3CH3 C O O CH3CH2 CH CH2 CH2 CH3H C3 CH2CH3 eH C3 C CH3 CH3 HO H TRANSCIS H HO Cl H Cl H CH3H C3 C O O CH3H C2 CH cetona éter São isômeros de função C — C — C — C — N — C — C — CH2 — H — H — H — H — NH2 — H — — O — OCH3 —— O —HO —O— C — C — C — C — N — C — C — CH2 — H — H — H — H — NH2 — H — — O — OCH3 —— O — HO ——O ** ácido carboxílico amina amida éster C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 19/02/16 10:28 Página 95 96 – Q U ÍM IC A A Haxixe = resina extraída da cannabis = maconha = delta-9-te traidroca - nabinol Ice = N-metilanfetamina = N-alfadimetilbenze noetanamina Estruturas químicas: Qual(is) dessas substâncias apresenta(m) isomeria óp tica? Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO: Todas. N O N — CH3 H N H LSD I N O O H CH3 CH3 II Ecstasy O H H OH Haxixe III Br NH2 CH3 IV Cápsula do medo CH3O OCH3 N H CH3 CH3 V Ice C N O N — CH3 N H I) C — H* * N O O H CH3 CH3 II) C* H O H OH III) C C* * H Br NH2 CH3 IV) H3C — O OCH3 C* H N H CH3 CH3 V) C * H H C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 96 – 97 Q U ÍM IC A A 1. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – Um estudante desejava estudar, experimen talmente, o efeito da temperatura sobre a velocidade de uma transformação química. Essa transformação pode ser representada por: catalisador A + B ⎯⎯⎯⎯⎯→ P Após uma série de quatro experimentos, o estudante representou os dados obtidos em uma tabela: Que modificação deveria ser feita no procedimento para obter resul - tados experimentais mais adequados ao objetivo proposto? a) Manter as amostras à mesma temperatura em todos os expe - rimentos. b) Manter iguais os tempos necessários para completar as transformações. 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 velocidade da reação, os demais fatores (catalisador, concentração de A e B iniciais) devem permanecer constantes. Como as concentrações de A e B já estão constantes, basta manter constante também a massa do catalisador. Resposta: C 2. (PASUSP-MODELO ENEM) – O hipoclorito de sódio (NaClO) é mui - to usado na for mulação de desinfetantes. Em condições experimentais ade quadas, soluções aquosas dessa substância se decompõem com certa faci lidade, 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 realizados 4 ex perimentos com soluções de hipoclorito de sódio. O gráfico a seguir mostra o volume de oxigênio coletado no processo de de com posição 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 reação. 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 aproxima da mente 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 experimento C, após 4 minu tos, será de 15 mL. RESOLUÇÃO: Comentando as afirmações: a) Incorreta. Nas experiências C, A e B, a concen tração é constante e a tem pe ratura aumenta na ordem C (15°C), A (25°C), B (35°C). O volume de O2 produzido em 2 minutos aumenta na ordem C (15 mL), A (30 mL), B (45 mL). b) Correta. Nas experiências C e B, a concentração é igual e a tem - peratura aumenta de 15°C (C) para 35°C (B). Depois de 2 minutos, o volume de O2 obtido em C é 15 mL e em B é 45 mL. Portanto, a velocidade triplicou. c) Incorreta. Em 4 minutos, o volume de O2 obtido é 60 mL, dando uma velocidade média de 15 mL/min no experimento A. d) Incorreta. Nas experiências A e D, a temperatura é constante. A concen tração em D é metade da concentração em A. O volume de O2 obtido em A depois de 4 minutos é 60 mL e em D é menor (aproximadamente 22,5 mL). e) Incorreta. O volume de O2 obtido é 30 mL. Resposta: B MÓDULO 15 CINÉTICA QUÍMICA II: FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES (C0NTINUAÇÃO) 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 FRENTE 3 – FÍSICO-QUÍMICA C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 97 3. (UFPA) – No diagrama abaixo estão representados os caminhos de uma reação na presença e na ausência de um catalisador. Com base neste diagrama, é correto afirmar:01) A curva II refere-se à reação catalisada e a curva I refere-se à reação não catalisada. 02) Se a reação se processar pelo caminho II, ela será mais rápida. 04) A adição de um catalisador à reação diminui seu valor de ΔH. 08) O complexo ativado da curva I apresenta a mesma energia do complexo ativado da curva II. 16) A adição do catalisador transforma a reação endotérmica em exotérmica. RESOLUÇÃO: 01) Correto. A energia de ativação da reação II é menor que a energia de ativação da reação I. 02) Correto. A reação II tem menor energia de ativação. 04) Incorreto. Não altera o valor de ΔH. 08) Incorreto. O complexo ativado da curva II tem menor energia. 16) Incorreto. Não altera o ΔH. Corretos: 01 e 02 Soma: 01 + 02 = 03 4. (UFPI-MODELO ENEM) – Entre as substâncias presentes nos organismos vivos, as enzimas se destacam por desempenharem o papel de catalisadores biológicos. O gráfico abaixo representa a variação da energia potencial de uma reação que ocorre em duas etapas, catalisada por uma enzima (E) que age no substrato S. Somente com base neste gráfico, é correto afirmar que a) a energia de ativação para a etapa I é maior do que para a etapa II. b) a velocidade da reação para a etapa II tende a ser menor do que para a etapa I. c) a reação geral S + E → P + E absorve energia. d) a função da enzima é aumentar o conteúdo energético dos reagentes. e) as enzimas somente atuam aumentando a energia de ativação das reações. RESOLUÇÃO: Quanto maior a energia de ativação (etapa II) menor será a velocidade da reação. A reação S + E → P + E é exotérmica (entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes). A função de uma enzima é acelerar as reações, diminuindo a energia de ativação. Resposta: B S + E SE Etapa I Etapa II P + E Coordenada de reação Energia 98 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 98 – 99 Q U ÍM IC A A 1. (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. RESOLUÇÃO: A etapa I (lenta) é determinante para o cálculo da velocidade. Trata- se de uma reação de primeira ordem. Resposta: B 2. (UNESP-SP-MODELO ENEM) – O gás cloreto de carbonila, COCl2 (fosgênio), extre ma mente tóxico, é usado na síntese de muitos compostos orgânicos. Conhecendo-se os seguintes dados coletados a uma dada temperatura: a expressão da lei de velocidade e o valor 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 RESOLUÇÃO: Comparando os resultados das experiências 1 e 2, temos a con - centração de Cl2 mantida constante e a concentração de CO dupli - cada, o que acarretou a du plicação da velocidade; logo, a ve lo cidade é pro porcional à concentração de CO: ordem 1. Comparando os resultados das experiências 2 e 3, temos a con - centração de CO mantida constante e a concentração de Cl2 du - plicada, fazendo a velocida de quadruplicar; logo, a velocidade é propor cional ao quadrado da concentração 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 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 v = k . [CO]1 . [Cl2]2 k = 18,75 . L2 . mol–2 . s–1 MÓDULO 16 REAÇÕES EM ETAPAS C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 99 100 – Q U ÍM IC A A 3. (PUC-SP-MODIFICADO) – O ânion bromato reage com o ânion brometo em meio ácido gerando a substância simples bromo segundo a equação: BrO–3 (aq) + 5 Br – (aq) + 6 H+ (aq) → 3 Br2(aq) + 3 H2O(l) A cinética dessa reação foi estudada a partir do acom pa nhamento dessa reação a partir de diferentes concen trações iniciais das espécies BrO–3 (aq), Br – (aq) e H+ (aq). Escreva a lei cinética dessa reação. RESOLUÇÃO: Experimentos 1 e 2: [Br–] e [H+] constantes [BrO–3] dobra v dobra Conclusão: 1.a ordem em relação ao BrO–3 Experimentos 1 e 3: [BrO–3] e [H +] constantes [Br–] triplica v triplica Conclusão: 1.a ordem em relação ao Br– Experimentos 2 e 4: [BrO–3] e [Br –] constantes [H+] dobra v quadruplica Conclusão: 2.a ordem em relação ao H+ Lei cinética: v = k [BrO–3] [Br –] [H+]2 experimento [BrO–3] (mol . L–1) [Br–] (mol . L–1) [H+] (mol . L–1) Taxa relativa 1 0,10 0,10 0,10 v 2 0,20 0,10 0,10 2v 3 0,10 0,30 0,10 3v 4 0,20 0,10 0,20 8v Exercício Resolvido (UNIRIO) – “O anúncio da construção de uma usina termoelétrica a carvão na ilha da madeira, município de Itaguaí, Baixada Fluminense, acendeu a luz amarela para o que pode representar um novo problema ambiental para o estado do Rio de Janeiro. A con - sequência mais grave seria a chuva ácida, além da emissão de gases que atacam a camada de ozônio”. (JB) A qualidade da água da chuva pode variar em função do tipo de carga poluidora e das condições meteorológicas. O dióxido de nitrogênio é um dos principais poluentes da atmosfera. A reação entre o dióxido de nitrogênio e o ozônio, encontrado na troposfera, foi estudada a 231K. A experiência mostrou que a reação é de primeira ordem em relação ao dióxido de nitrogênio e ao ozônio. 2NO2(g) + O3(g) → N2O5(g) + O2(g) a) Escreva a equação de velocidade da reação. b) Como se altera a velocidade da reação se a concentração de dióxido de nitrogênio for duplicada? Resolução a) v = k [NO2] 1 . [O3] 1 b) Dobrando a concentração de NO2, a velocidade da reação dobra. v = k . (x)1 . (y)1 v’ = k . (2x)1 . (y)1 v’ = 2 . v C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 100 – 101 Q U ÍM IC A A 1. (FUVEST-SP) – Em condições industrialmente apro priadas para se obter amônia, juntaram-se quan ti dades estequiométricas dos gases N2 e H2: N2(g) + 3H2(g) →← 2NH3(g) Depois de alcançado o equilíbrio químico, uma amostra da fase gasosa poderia ser representada cor reta mente por RESOLUÇÃO: No equilíbrio, existem moléculas de N2, H2 e NH3. Resposta: E 2. (UFC-CE) – Um estudante introduziu 0,4mol de NH3 gasoso em um recipiente fechado de 1,0L, a 25oC, e observou as variações de concentração das espécies que participam do equilíbrio químico: 2 NH3(g) →← 3 H2(g) + N2(g), ilustradas no gráfico a seguir. Com base nessas observações, é correto afirmar que o equilíbrio é inicialmente estabelecido no tempo a) t = 10s b) t = 0s c) t = 13s d) t = 16s e) t = 27s RESOLUÇÃO: O equilíbrio é atingido após 16s, pois a partir daí as concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes no decorrer do tempo. Resposta: D MÓDULO 17 EQUILÍBRIO QUÍMICO I: CONCEITO DE EQUILÍBRIO 0,1 0,2 0,3 0,4 10 13 16 27 38 tempo/s [H ]2 [NH ]3 [N ]2 concentração (mol/L) C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 101 3. (FATEC-SP) – Considere o que acontece quando uma amostra do gás N2O4 (um gás incolor) é colocada em recipiente fechado de volume 1 L e sobvácuo à temperatura de 100°C. Ime diatamente surge uma coloração castanho-aver melhada do gás NO2 que se forma nestas con - dições. Após certo tempo, o sistema atinge o equilíbrio. N2O4 (g) →← 2 NO2 (g) O gráfico apresentado a seguir expressa os fatos des critos. Analisando o gráfico, apresentam-se as seguintes afir mações: I. O instante em que se estabeleceu o equilíbrio foi 60 se gundos. II. No equilíbrio, a quantidade de matéria de NO2 for mado é o dobro da quantidade de N2O4 con sumido. III. No equilíbrio, a quantidade de matéria do N2O4 con sumido é 0,040 mol. É correto apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. RESOLUÇÃO: I) Correta. A partir de 60 segundos, as concentrações de NO2 e N2O4 tornam-se constantes, caracterizando o equi líbrio. II) Correta. Como a proporção de N2O4 e NO2 é de 1 mol para 2 mols, a quantidade de matéria de NO2 formada (0,120 mol) é o dobro da quantidade de N2O4 con sumida (0,060 mol). III) Incorreta. Até o equilíbrio, foi consumido 0,060 mol de N2O4. Resposta: D 1. (UECE) – São colocados 8,0 mols de amônia num recipiente fechado de 5,0 litros de capacidade. Acima de 450°C, estabelece-se, após algum tempo, o equilíbrio: 2 NH3 (g) →← 3 H2 (g) + N2 (g) Sabendo que a variação do número de mols dos participantes está registrada no gráfico, podemos afirmar que, nestas condições, a constante de equilíbro, Kc, é igual a: a) 27 b) 5,40 c) 1,08 d) 2,16 RESOLUÇÃO: Pelo gráfico, verifica-se que, no equilíbrio, os números de mols de NH3, H2 e N2 são respectivamente 4, 6 e 2. [NH3] = = 0,8 mol/L [H2] = = 1,2 mol/L [N2] = = 0,4 mol/L Kc= Kc= Kc = 1,08 Resposta: C 1 N2O4(g) →← 2 NO2(g) Início 0,100 mol/L zero Proporção gasta 0,060 mol/L forma 0,120 mol/L Equilíbrio 0,040 mol/L 0,120 mol/L MÓDULO 18 CONSTANTES DE EQUILÍBRIO 4,0 mol ––––––– 5,0 L 6,0 mol –––––––– 5,0 L 2,0 mol –––––––– 5,0 L [H2] 3 . [N2] ––––––––––– [NH3] 2 (1,2)3 . 0,4 –––––––––– (0,8)2 102 – Q U ÍM IC A A Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 102 2. (PUC-MG) – A constante de equilíbrio (Kp) da decomposição do carbonato de cálcio CaCO3(s) →← CaO(s) + CO2(g) vale 0,4 atm a 1100 K. Assinale o gráfico que representa corretamente a evolução da pressão quando é introduzida progressivamente, dentro de um reator vazio (Pressão = 0), mantida a 1100 K, uma certa quantidade de carbonato de cálcio. RESOLUÇÃO: CaCO3(s) →← CaO(s) + CO2(g) Kp = pCO2 = 0,4 atm Atingindo o equilíbrio, a pressão total do sistema é a pressão exercida pelo CO2 igual a 0,4 atm e se mantém inalterada. Resposta: D 3. (UCG) – Uma reação química que ocorre comumente na atmosfera de regiões industrializadas é representada pela seguinte equação: 2SO2(g) + O2(g) →← 2SO3(g) O valor da constante de equilíbrio (KC) dessa reação, a uma dada temperatura, é 249. A análise de uma atmosfera de ar poluído mostrou os seguintes resultados: concentração de SO3 = 2,00 mol L –1 concentração de SO2 = 0,10 mol L– 1 concentração de O2 = 0,50 mol L –1 Esses resultados mostram que o sistema se encontra em equilíbrio. Responda sim ou não. Justifique. RESOLUÇÃO: Não. KC = = 249 Cálculo do quociente reacional na amostra citada. QC = QC = = 800 > KC Como 800 � 249, concluímos que o sistema não se encontra em equilíbrio e está se deslocando no sentido de decomposição do SO3(g). Pressão a) 0,4 Pressão b) 0,4 Pressão c) 0,4 Pressão d) 0,4 Pressão e) 0,4 CaCO (s) adicionado3 CaCO (s) adicionado3 CaCO (s) adicionado3 CaCO (s) adicionado3 CaCO (s) adicionado3 [SO3] 2 –––––––––––– [SO2] 2 . [O2] [SO3] 2 –––––––––––– [SO2] 2 . [O2] (2,00)2 –––––––––––– (0,10)2 . 0,50 – 103 Q U ÍM IC A A Exercício Resolvido (UNESP) – Bicarbonato de sódio é usado como fermento químico por que se decompõe termicamente, formando gás carbônico, de acordo com a reação representada pela equação química: 2 NaHCO3 (s) →← Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g) a) Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio expressa em termos de concentração (Kc). b) A constante de equilíbrio, expressa em termos de pressões parciais (Kp), é igual a 0,25 à temperatura de 125°C, quando as pressões são medidas em atmosferas. Calcule as pressões parciais de CO2 e H2O, quando o equilíbrio for estabelecido nessa temperatura. Resolução a) Kc = [CO2] [H2O] b) Kp = pCO 2 . pH2O 0,25 = x . x x = 0,5 atm pCO2 = pH2O = 0,5 atm 2 NaHCO3(s) Equilíbrio Na CO +2 3(s) CO +2(g) H O2 (g) x x C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 103 104 – 1. Qual o número de oxidação do enxofre nas moléculas e íons a seguir: S8, SO3, K2SO3, (S2O3) 2– e (SO4) 2–. RESOLUÇÃO: +2 + x – 6 = 0 2x – 6 = –2 x – 8 = –2 x = 6 – 2 2x = 6 – 2 x = 8 – 2 2x = 4 2. Qual o número de oxidação do nitrogênio nas substâncias N2, Al(NO2)3 e N2H4? RESOLUÇÃO: 0 3+ 3+ 2– 2– 1+ N2 Al(NO2)3 N2H4 + 3 + 9 – 12 = 0 – 4 + 4 = 0 3. (MACKENZIE-SP) – De acordo com a nova regulamen tação da lei seca brasileira, a ingestão de um bombom de licor ou de um medicamento homeopático que contenha álcool é passível de ser detectada no teste do bafômetro; nesses casos, porém, o motorista pode pedir a contraprova e realizar o teste novamente em 15 minutos, tempo suficiente para que o corpo absorva o etanol presente nesses produtos. A equação química, NÃO BALANCEADA, que ocorre durante a realização do teste do bafômetro está representada abaixo. C2H6O + K2Cr2O7 + H2SO4 → etanol → C2H4O2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O ácido acético Determine o número de oxidação dos elementos carbono, crômio e enxofre. RESOLUÇÃO: 1. Quando uma solução aquosa de permanganato de potássio (KMnO4) de cor violeta, é tratada com ácido clorídrico (HCl), ela sofre uma descoloração, ou seja, torna-se incolor. Todo o manganês presente originou o cloreto de manganês II. O cloro presente no HCl originou cloreto de potássio, cloreto de manganês II e cloro gasoso. Nesta reação formou-se também um produto utilizado para higiene pessoal. Baseado no exposto, forneça: a) equação química balanceada. b) oxidante e redutor da reação. RESOLUÇÃO: a) 2 KMnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 8 H2O + 5 Cl2 b) Oxidante: KMnO4 Redutor: HCl MÓDULO 15 OXIDORREDUÇÃO – NÚMERO DE OXIDAÇÃO: DEFINIÇÃO E REGRAS PRÁTICAS S8 0 x = 4 x = 2 C2H6O + K2Cr2O7 + H2SO4 → C2H4O2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O redução Δ = 3 6+ 3+ –4+6–2 = 0 +2+6–8 = 0 0+4–4 = 0 C2H6O H2SO4 C2H4O2 1+ 2– 1+ 2– 1+2– 2– 6+ 0 +2+12–14 = 0 +6+18–24 = 0 +2+6–8 = 0 K2Cr2O7 Cr2(SO4)3 K2SO4 1+ 2– 6+ 3+ 6+ 2– 1+ 6+ 2– x = 6 +6 –6 = 0 SO3 6+ 2– +2 +x – 6 = 0 K2SO3 1+ 2– 4+ +2x –6 = –2 �S2O3� 2+ 2– +x –8 = –2 �SO4� 6+ 2– MÓDULO 16 REAÇÃO DE OXIDORREDUÇÃO: DEFINIÇÕES E ACERTO DE COEFICIENTES I KMnO4 + HCl ⎯→ KCl + MnCl2 + H2O + Cl2 7+ 2+ redução: �ΔNox� = 5 1– oxidação: �ΔNox� = 1 0 KMnO4 n. o total e– = 5 . 1 = 5 2 Cl2 n.o total e– = 1 . 2 = 2 5 FRENTE 4 – QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 104 2. (FUVEST-SP) – A hidroxicetona (I) pode ser oxidada à dicetona (II), pela ação de ácido nítrico concentrado, com formação do gás N2O4. Utilizando fórmulas moleculares, a) escreva a equação química balan ceada. b) Indique o elemento que sofre oxidação e o oxidante da reação. RESOLUÇÃO: a) I. Hidroxicetona: C14H12O2 II. Dicetona: C14H10O2 1 C14H12O2 + 2 HNO3 → 1 C14H10O2 + 1 N2O4 + 2 H2O b) Sofre oxidação: C Oxidante: HNO3 Outra forma: Equação balanceada da semirreaçãode oxidação da hidro - xicetona. O Nox do carbono da hidroxila do composto (I) vale zero, enquanto o Nox do carbono da cetona do composto (II) vale + 2. Desta forma, houve um aumento do Nox (oxidação: perda de dois elétrons). –8 +12 –4 = 0 –6 +10 –4 = 0 C14H12O2 + HNO3 → C14H10O2 + N2O4 + H2O 1+ 2– 2– redução: �Nox = 1 � 5+ 4+ 2oxidação: �Nox = –––� 14 C14H12O2 n. o total e– = . 14 = 2 1 N2O4 n. o total e– = 1 . 2 = 2 1 8 – ––– 14 6 – ––– 14 2 ––– 14 C14H12O2 n. o total e– = 2 . 1 = 2 1 N2O4 n. o total e– = 1 . 2 = 2 1 – 105 Q U ÍM IC A A Exercício Resolvido (PUC-RS-MODIFICADA) – A análise do ferro em um minério pode ser realizada por método volumétrico, utilizando-se dicromato de potássio. A reação envolvida nesse método, pode ser expressa pela equação a seguir: FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Determine os menores coeficientes inteiros para todas as espécies envolvidas na reação. Resolução 6 FeSO4 + 1 K2Cr2O7 + 7 H2SO4 → → 3 Fe2(SO4)3 + 1 Cr2(SO4)3 + 1 K2SO4 + 7 H2O FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O redução �ΔNox� = 36+ 3+ 2+ oxidação �ΔNox� = 1 3+ FeSO4 n. o total e– = 1 . 1 = 1 6 K2Cr2O7 n. o total e– = 3 . 2 = 6 1 C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 105 1. A água oxigenada (H2O2) tem a capacidade de atuar como oxidante e como redutor. Sendo assim, numa reação química, devemos verificar uma das possibilidades. O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas (H2SO4) de oxidantes, como o permanganato de potássio (KMnO4), esse peróxido decompõe-se, formando oxigênio, sulfato de manganês II, sulfato de potássio e água. Forneça a equação química balanceada. RESOLUÇÃO: 2. Há reações nas quais alguns íons ficam intactos. Esses íons espec - tadores não são escritos na equação iônica. Neste tipo de equação so - mente são escritas as partículas que sofrem alguma trans formação. Balancear a equação iônica a seguir: Cl2 + S2O 2– 3 + H2O → Cl– + SO 2– 4 + H + RESOLUÇÃO: 4 Cl2 + 1 S2O3 2– + 5 H2O → 8 Cl– + 2 (SO4)2– + 10 H+ Carga elétrica do 1.o membro: – 2 Carga elétrica do 2.o membro: – 8 – 4 + 10 = – 2 3. Em uma equação iônica, a carga elétrica se conserva, isto é, a carga elétrica total dos íons no primeiro membro é igual à carga elétrica total dos íons no segundo membro. Balancear a equação iônica a seguir: Al + (OH)– + H2O → Al (OH) – 4 + H2 RESOLUÇÃO: Cl2 + (S2O3)2– + H2O → Cl– + (SO4)2– + H+ redução �ΔNox = 1 � 0 –1 oxidação �ΔNox = 4 � 2+ 6+ Cl2 1 . 2 = 2 8 4 (S2O3) –2 4 . 2 = 8 2 1 Al + (OH)– + H2O → Al (OH) – 4 + H2 0 1+ 3+ 0 redução: recebe 1 e– oxidação: doa 3 e– Al : n.o total de e– = 3 x 1 = 3 2 H2 : n. o total de e– = 1 x 2 = 2 3 2 Al + � (OH)– + H2O → 2 Al (OH) – 4 + 3 H2 carga elétrica do 1.o membro = carga elétrica do 2o membro. 0 – x + 0 = –2 + 0 – x = – 2 x = 2 2 Al + 2 (OH)– + 6 H2O → 2 Al (OH) – 4 + 3 H2 H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 7+ 0 2+ 2 –1– oxidação: doa 1 e– redução: recebe 5 e– possibilidade errada H2O2 = n. o total de e– = 1 . 2 = 2 5 KMnO4 = n. o total de e– = 5 . 1 = 5 2 5H2O2+ 2 KMnO4 + 3H2SO4 → 5 O2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8H2O MÓDULO 17 ACERTO DE COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTRICOS II H2O2 –1 oxidação O2 (nesta transformação, o H2O2 é redutor) 0 redução H2O (nesta transformação, o H2O2 é oxidante) –2 106 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 106 1. Balanceie a equação iônica global da reação do cátion VO+ 2 com Zn em solução ácida: H+ VO+2 (aq) + Zn (s) ⎯⎯→ VO 2+ (aq) + Zn2+ (aq) RESOLUÇÃO: somar: Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2 e– 2 VO+2 (aq) + 4 H + (aq) + 2 e– → 2 VO2+ (aq) + 2 H2O (l) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Zn (s) + 2 VO+2 (aq) + 4 H + (aq) → Zn2+ (aq) + 2 VO2+ (aq) + 2 H2O (l) MÓDULO 18 ACERTO DE COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTRICOS III Método da semirreação (ou do íon – elétron) para soluções ácidas 1. Escreva as semiequações de oxidação e redução e balanceie os átomos oxidados e reduzidos. 2. Balanceie os átomos de O usando H2O. 3. Balanceie os átomos de H usando H+. 4. Adicione elétrons (e–) a cada semiequação ao lado deficiente em carga negativa. 5. Para obter a equação global, some as duas semiequa ções igua lando o número de elétrons cedidos e recebidos. Método da semirreação (ou do íon – elétron) para soluções básicas Balanceie como se fosse solução ácida e, na equação global, junte OH– a ambos os membros da equação para neutralizar o H+ que se converte em H2O. redução: VO+2 (aq) → VO 2+ (aq) redução: VO+2 (aq) → VO 2+ (aq) + H2O (l) redução: VO+2 (aq) + 2 H + (aq) → VO2+ (aq) + H2O (l) redução: VO+2 (aq) + 2 H + (aq) + e– → VO2+ (aq) + H2O (l) (multiplicar por 2) oxidação: Zn (s) → Zn2+ (aq) oxidação: Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2 e– 5+ 0 4+ 2+ – 107 Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 107 2. O íon iodeto (I–) pode ser oxidado a iodo elementar (I2) pela reação com solução de íon permanganato MnO–4, que é reduzido a íon Mn 2+ em meio ácido. a) Escreva a equação química que representa as semiequações de oxidação e de redução. b) Escreva a equação química global balanceada da reação. RESOLUÇÃO: I) Esboço da reação: a) II) Montando a semiequação de oxidação: 2 I– → I2 + 2 e – III) Montando a semiequação de redução: MnO–4 → Mn 2+ MnO–4 → Mn 2+ + 4 H2O 8 H+ + MnO–4 → Mn 2+ + 4 H2O 5 e– + 8 H+ + MnO–4 → Mn 2+ + 4 H2O b) IV) Montando a equação global: 10 I– → 5 I2 + 10 e – 10 e–+ 16 H+ + 2 MnO–4 → 2 Mn 2+ + 8 H2O –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 10 I– + 16 H+ + 2 MnO–4 → 5 I2 + 2 Mn 2+ + 8 H2O 3. O alumínio metálico é oxidado em solução básica, com a água atuando como agente oxidante. Os produtos da reação são Al(OH)–4 (aq) e H2 (g). Escreva uma equação iônica global balanceada para essa reação. OH– Al (s) + H2O (l) ⎯⎯→ Al(OH) – 4 (aq) + H2 (g) RESOLUÇÃO: Al (s) + H2O (l) → Al (OH) – 4 (aq) + H2 (g) Oxidação: Al (s) → Al (OH)–4 (aq) Al (s) + 4 H2O (l) → Al (OH) – 4 (aq) Al (s) + 4 H2O (l) → Al (OH) – 4 (aq) + 4 H + (aq) Al (s) + 4 H2O (l) → Al (OH) – 4 (aq) + 4 H + (aq) + 3 e– Redução: H2O (l) → H2 (g) H2O (l) → H2 (g) + H2O (l) H2O (l) + 2 H+ (aq) → H2 (g) + H2O (l) 2 H+ (aq) + 2 e– → H2 (g) Somar: 2 Al (s) + 8 H2O (l) → 2 Al (OH) – 4 (aq) + 8 H + (aq) + 6 e– 6 H+ (aq) + 6 e– → 3 H2 (g) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 Al (s) + 8 H2O (l) → 2 Al (OH) – 4 (aq) + 2 H + (aq) + 3 H2 (g) Neutralizar H+: 2 Al (s) + 8 H2O (l) + 2 OH –(aq) → → 2 Al (OH)–4 (aq) + 2 H+ (aq) + 2 OH– (aq) + 3 H2 (g) 2 H2O (l) 2 Al (s) + 6 H2O (l) + 2 OH– (aq) → 2 Al (OH) – 4 (aq) + 3 H2 (g) I– + MnO–4 → I2 + Mn 2+ oxi dação: 1– doa 1 e – 0 redução: 7+ recebe 5 e– 2+ 108 – Q U ÍM IC A A C4_QUIMICA_A_EXERCICIOS_ALICE_2016 18/02/16 17:35 Página 108
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