PROVA FUVEST

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PROVA FUVEST

  1. 1. PROVA FUVEST 2002 SEGUNDA FASE
  2. 2. Fuvest 2002 – Segunda Fase <ul><li>1- O transporte adequado de oxigênio para os tecidos de nosso corpo é essencial para seu bem funcionamento. Esse transporte é feito através de uma substância chamada oxi-hemoglobina, formada pela combinação de hemoglobina (Hb) e oxigênio dissolvidos no nosso sangue. Abaixo estão representados, de maneira simplificada, os equilíbrios envolvidos nesse processo: </li></ul><ul><li>O 2 (g) + H 2 O (liq)  O 2 (aq) </li></ul><ul><li>Hb (aq) + 4 O 2 (aq)  Hb(O 2 ) 4 (aq) </li></ul><ul><li>100 ml de sangue contém por volta de 15 g de hemoglobina e 80 g de água. Essa massa de hemoglobina (15 g) reage com cerca de 22,5 ml de oxigênio, medidos nas condições normais de pressão e temperatura. Considerando o exposto acima: </li></ul><ul><li>Calcule a quantidade, em mols, de oxigênio que reage com a massa de hemoglobina contida em 100 ml de sangue. </li></ul><ul><li>Calcule a massa molar aproximada da hemoglobina. </li></ul><ul><li>Justifique, com base no princípio de Le Chátelier, aplicados aos equilíbrios citados, o fato de o oxigênio ser muito mais solúvel no sangue do que na água. </li></ul><ul><li>Dado: Volume molar de O 2 , Nas CNTP: 25 L/mol </li></ul>
  3. 3. Solução <ul><li>Volume de O 2 = 25 L/mol  CNTP </li></ul><ul><li>Em 100 ml de sangue temos = 15 g de Hb que reage com 22,5 ml de O 2 (CNTP) </li></ul><ul><li>80 g de H 2 O </li></ul><ul><li>a) Vamos primeiro calcular quanto em mols de oxigênio correspondem a 22,5 ml </li></ul><ul><li>25 litros de O 2 -------------- 1 mol de O 2 </li></ul><ul><li>22,5 x 10 -3 litros--------------- x mols= 9 x 10 -4 mols de O 2 </li></ul><ul><li>-b) Montando a reação dada temos: </li></ul><ul><li>Hb + 4 O 2  Hb(O 2 ) 4 </li></ul><ul><li>x gramas ----------------4 mols O 2 </li></ul><ul><li>15 gramas---------9 x 10 -4 mols de O 2 </li></ul><ul><li>x gramas = 6,66 x 10 4  6,7 x 10 4 gramas </li></ul><ul><li>c) Na água só temos a dissolução de O 2 gasoso; no sangue temos a dissolução do O 2 gasoso e do O 2 aquoso para formar a oxi-hemoglobina. Sempre com o equilíbrio se deslocando à direita favorecendo o segundo equilíbrio. </li></ul>
  4. 4. <ul><li>2- Pedaços de fio de cobre, oxidados na superfície pelo ar atmosférico, são colocados em um funil com papel filtro. Sobre este metal oxidado, despeja-se solução aquosa concentrada de amônia. Do funil, sai uma solução azul, contendo o íon Cu(NH 3 ) 4 +2 , e que é recebida num béquer. </li></ul><ul><li>Escreva as equações químicas balanceadas representado as transformações que ocorrem desde o cobre puro até o íon Cu(NH 3 ) 4 +2 . </li></ul><ul><li>Faça um esquema da montagem experimental e indique nele os materiais de laboratório empregados, os reagentes utilizados e os produtos formados. </li></ul>
  5. 5. Solução <ul><li>Aqui chamamos a atenção para um fato importante: geralmente quando em qualquer prova de vestibular falar em sal de cor azul , quase sempre trata-se de uma solução de sal de cobre; isto pode ajudar você! </li></ul><ul><li>a) Para mondar as reações não podemos esquecer que o cobre sofre oxidação: </li></ul><ul><li>Cu (s) + ½ O 2 (g)  CuO (s) </li></ul><ul><li>CuO (s) + 4 NH 3 (aq) + H 2 O (liq)  Cu(NH 3 ) 4 (OH) 2  Cu(NH 3 ) 4 +2 (aq) + 2 OH - (aq) </li></ul><ul><li>Reparem na formação de um íon complexo  hidróxido de tetraamincobre </li></ul><ul><li>b) </li></ul>Solução aquosa de amônia Solução aquosa contendo íons Cu(NH 3 ) 4 +2 Funil c/papel filtro – fio de cobre oxidado dentro do funil Bastão vidro Suporte de ferro c/ garra de ferro O cobre ao sofrer oxidação na presença de oxigênio umidade do ar e CO 2 , forma uma substância esverdeada conhecida como azinhavre, que é CuCO 3 .
  6. 6. 3- O ferro-gusa, produzido pela redução do óxido de ferro em alto-forno, é bastante quebradiço, tendo baixa resistência a impactos. Sua composição média é a seguinte: Elemento Fe C Si Mn P S outros %em massa 24,00 4,40 0,56 0,39 0,12 0,18 0,35 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 - - - - - - - -5 -4 -3 -2 -1 -0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Carbono Manganês Silício Fósforo -Para transformar o ferro-gusa em aço, é preciso mudar sua composição, eliminado alguns elementos e adicionando outros. Na primeira etapa desse processo, magnésio pulverizado é adicionado à massa fundida de ferro-gusa, ocorrendo a redução de enxofre. O produto formado é removido. Em uma segunda etapa, a massa fundida recebe, durante cerca de 20 minutos, um intenso jato de oxigênio, que provoca a formação de CO, SIO 2 , MnO e P 4 O 10 , os quais também são removidos. O gráfico anterior mostra a variação da composição do ferro, nessa segunda etapa, em função do tempo de contacto com o oxigênio. Para o processo de produção do aço: a)Qual equação química representa a transformação que ocorre na primeira etapa?Escreva-a b)Qual dos três elementos, Si, Mn ou P, reage mais rapidamente na segunda etapa do processo?Justifique c)Qual a velocidade média de consumo de carbono, no intervalo 8 a 12 minutos?
  7. 7. Solução -a) Mg + S  MgS Enquanto o magnésio sofre oxidação de O  +2 o enxofre sofre redução de 0  -2 -b) Prestando atenção no gráfico vamos verificar que a variação em % de consumo do silício é maior que a dos outros elementos, isso se verificarmos para um mesmo intervalo de tempo. -c)
  8. 8. <ul><li>-4 Vinho contém ácidos carboxílicos, como o tartárico e o málico, ambos ácidos fracos. Na produção de vinho, é usual determinar a concentração de tais ácidos. Para isto, uma amostra de vinho é titulada com solução aquosa de hidróxido de sódio de concentração conhecida. Se o vinho estiver muito ácido, seu pH poderá ser corrigido pela adição de uma bactéria que transforma o ácido málico em ácido láctico. Além disso, também é usual controlar a quantidade de dióxido de enxofre , caso tenha sido adicionado como germicida. Para tanto, uma amostra de vinho é titulada com solução aquosa de iodo de concentração conhecida. </li></ul><ul><li>Qual dos indicadores da tabela abaixo deverá ser utilizado na titulação ácido-base?Justifique. </li></ul><ul><li>Por que a transformação de ácido málico em ácido láctico contribui para o aumento do pH do vinho? Explique. </li></ul><ul><li>Qual a equação balanceada que representa a reação entre dióxido de enxofre e iodo aquoso, em meio ácido, e na qual se formam íons sulfato e iodeto? Escreva essa equação. </li></ul>Indicador pH de viragem Azul de bromofenol 3,0 – 4,6 Púrpura de bromocresol 5,2 – 6,8 Fenolftaleína 8,2 – 10,0 Constantes de ionização: Ácido málico: K 1 = 4x10 -4 ; K 2 = 8x10 -6 Ácido láctico: K 1 = 1 x 10 -4
  9. 9. Solução -a) Devemos recordar que ao reagir um ácido fraco com base forte, teremos a formação de um sal de cátion forte (base) e ânion fraco(ácido). O íon fraco desse sal (ânion) vai sofrer hidrólise liberando da água o íon de mesmo sinal (OH - ); como conseqüência a solução terá pH > 7 (básica), portanto vamos precisar de um indicador que tenha um pH de viragem em meio básico, no nosso caso será a fenolftaleína. -b) comparando-se as duas constantes de ionização ácido málico e láctico, verificamos que o ácido málico por ter maior constante, gera mais íons H + , deixando a solução mais ácida; por sua vez o ácido láctico por ter menor constante, gera menos íons H + , solução menos ácida, portanto de pH maior. -c) SO 2 + I 2 + 2H 2 O  SO 4 -2 + 2I - + 4 H + Prestem atenção na igualdade na soma das cargas positivas nos produtos. A presença de H + é importante para poder manter essa neutralidade. Quando vamos acertar hidrogênio fazemos uso de moléculas de água.
  10. 10. 5- As equações abaixo representam, de maneira simplificada, o processo de tingimento da fibra de algodão. Certo corante pode ser preparado pela reação de cloreto de benzenodiazônio com anilina: A fixação deste corante ou de outro de mesmo tipo, à fibra de algodão (celulose), não se faz de maneira direta, mas, sim, através da triclorotriazina. Abaixo está representada a reação do corante com a triclorotriazina. Corante - O produto orgânico dessa ultima reação é que se liga aos grupos OH da celulose, liberando HCl. Dessa maneira: a) Escreva a fórmula estrutural do composto que, ao reagir com o cloreto de benzenodiazônio, forma o corante crisoidina, cuja fórmula estrutural é: triclorotriazina
  11. 11. -b) Escreva a fórmula estrutural do produto que se obtém quando a crisoidina e a triclorotriazina reagem na proporção de 1:1. -c) mostre como uma molécula de crisoidina se liga à celulose, um polímero natural, cuja estrutura molecular está representada esquematicamente abaixo: CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH OH OH OH OH OH OH Fibra de algodão
  12. 12. Solução -a) Se olharmos com atenção para a fórmula da crisoidina e compararmos com a equação dada verificaremos que o composto é: -b) Tendo como base a equação semelhante que foi dada anteriormente: + + HCl
  13. 13. -c) A Associação entre a crisoidina e a triclorotriazina se dá através da hidroxila do grupo - OH; podendo também ocorrer através do grupo – CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH OH OH OH OH OH OH HCl
  14. 14. 6- A oxidação de íons ferro II, por peróxido de hidrogênio, H 2 O 2 + 2 Fe +2 + 2 H +  2 H 2 O + 2 Fe +3 , foi estudada, a 25 0 C, com as seguintes concentrações iniciais: peróxido de hidrogênio ( 1,00 x1o -5 mol/L); íons ferro II (1,00x10 -5 mol/L); ácido clorídrico (1,00 mol/L). A tabela seguinte traz as concentrações de íons ferro III, em função do tempo de reação. T minutos 0 10 20 30 40 50 [ Fe +3 ] /10 -5 mol/L 0 0,45 0,67 0,79 0,86 0,91 [ H 2 O 2 ]/10 -5 mol/L .... ..... ...... ....... ........ ..... -a) use a área milimetrada para traçar um gráfico da concentração de íons ferro II, em função de tempo de reação. -b) complete a tabela com os valores da concentração de peróxido de hidrogênio, em função de tempo de reação. -c) use a mesma área milimetrada e a mesma origem para traçar a curva da concentração de peróxido de hidrogênio, em função de tempo de reação.
  15. 15. Solução <ul><li>-Em primeiro lugar vamos completar a tabela para podermos construir o gráfico com tranqüilidade. Para resolver esse tipo de exercício nunca podemos nos esquecer da estequiometria da reação; se raciocinarmos em função da estequiometria não tem como errar. Por exemplo: para cada 2 mols de íons ferro III que são formados, são consumidos 1 mol de peróxido, isto porque a estequiometria é de 1 (H 2 O 2 ) para 2 (Fe +3 ); para cada 0,45 que são formados nos primeiros 10 minutos, são consumidos 0,225 de peróxido. Se no início tínhamos 1,00 x10 -5 de peróxido, após 10 minutos teremos 0,775 aproximadamente; e assim vamos raciocinando para as outras substâncias, nos diferentes intervalos de tempo. </li></ul><ul><li>H 2 O 2 + 2 Fe +2 + 2 H +  2 H 2 O + 2 Fe +3 </li></ul><ul><li>0 1,0 x10 -5 1,00 x10 -5 1,00 0 </li></ul><ul><li>10 0,775 x10 -5 0,45 </li></ul><ul><li>20 0,665 x10 -5 0,67 </li></ul><ul><li>30 0,605x10 -5 0,79 </li></ul><ul><li>40 0,570x10 -5 0,86 </li></ul><ul><li>0,545x10 -5 0,91 </li></ul>OBS: obedecendo a estequiometria podemos calcular também as quantidades de Fe +2 e H +
  16. 16. Solução -Para montarmos o gráfico, basta colocarmos os valores da tabela, que poderão ser aproximados. [H 2 O 2 ] [Fe +3 ] [Fe +3 ]mol/L [H 2 O 2 ]mol/L 0 10 20 30 40 50 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
  17. 17. 7-Aqueles polímeros, cujas moléculas se ordenam paralelamente umas às outras, são cristalinos, fundindo em uma temperatura definida, sem decomposição. A temperatura de fusão de polímeros depende, dentre outros fatores, de interações moleculares, devidas a forças de dispersão, ligações de hidrogênio etc, geradas por dipolos induzidos ou dipolos permanentes. Abaixo são dadas as estruturas moleculares de alguns polímeros.
  18. 18. <ul><li>- 7-(continuando)...Cada um desses polímeros foi submetido, separadamente, a aquecimento progressivo. Um deles fundiu-se a 160 0 C, outro a 330 0 C e o terceiro não se fundiu, mas se decompôs. Considerando as interações moleculares, dentre os três polímeros citados. </li></ul><ul><li>Qual deles se fundiu a 160 0 C? Justifique. </li></ul><ul><li>Qual deles se fundiu a 330 0 C?Justifique. </li></ul><ul><li>Qual deles não se fundiu?Justifique. </li></ul>
  19. 19. Solução <ul><li>Como o enunciado nos mostra que o ponto de fusão dos polímeros depende entre outros fatores das forças intermoleculares, vamos analisar por esse ponto, pois essas forças são rompidas quando um composto se funde. </li></ul><ul><li>polipropileno  não possui forças intermoleculares acentuadamente fortes; suas ligações têm uma polaridade muito pequena, sendo assim, é o que se funde a menor temperatura. Molécula apolar – forças de Van der Walls- funde a 160 0 C </li></ul><ul><li>-poli(ácido-9-aminobutanóico)  possui fortes interações moleculares como conseqüência de ligações fortemente polares: N – H e C = O ; portanto e funde a 330 0 C. Molécula polar – forças dipolo permanente e pontes de hidrogênio- funde a 330 0 C </li></ul><ul><li>baquelite  tipo de polímero que contém ligações entre as cadeias. Esses polímeros são conhecidos como polímeros com ligações cruzadas. As ligações entre as cadeias permitem a formação de estruturas tridimensionais, por isso, materiais como o baquelite são rígidos e completamente insolúveis. Polímeros como baquelite são termofixos, isto é, não podem ser fundidos, pois sofrem mudanças durante a fusão. Um material termorrígido como o baquelite é diferente de um material termoplástico que pode ser refundido várias vezes. </li></ul>
  20. 20. 9- Kevlar é um polímero de alta resistência mecânica e térmica, sendo por isso usado em coletes à prova de balas e em vestimenta de bombeiros. n <ul><li>Quais as fórmulas estruturais dos dois monômeros que dão origem ao Kevlar por reação de condensação?Escreva-as. </li></ul><ul><li>Qual o monômero que, contendo dois grupos funcionais diferentes, origina o polímero Kevlar com uma estrutura ligeiramente modificada? Escreva as fórmulas estruturais desse monômero e o do polímero por ele formado. </li></ul><ul><li>Como é conhecido o polímero sintético, não aromático, correspondente ao Kevlar? </li></ul>
  21. 21. Solução -a) Se repartirmos o Kevlar verificaremos que é formado por um diácido e por uma diamina, sendo assim fica fácil saber os monômeros que dão origem ao mesmo. -b) -c) náilon  poliamida não aromática IMPORTANTE: Na polimerização por condensação temos a eliminação de H 2 O entre um ácido e uma amina, formando uma ligação amida; essa eliminação de água é a responsável pela polimerização. Portanto quebrando a estrutura do Kevlar no meio teremos o representado na Letra a) acima.
  22. 22. 9- A reação representada a seguir produz compostos que podem ter atividade antibiótica: Tal tipo de reação pode ser empregado para preparar 9 compostos, a partir dos seguintes reagentes:
  23. 23. <ul><li>-.....Esses 9 compostos não foram sintetizados separadamente, mas em apenas 6 experimentos. Utilizando-se quantidades corretas de reagentes, foram então preparadas as seguintes misturas: </li></ul><ul><li>M1 = A1B1 + A1B2 + A1B3 </li></ul><ul><li>M2 = A2B1 + A2B2 + A2B3 </li></ul><ul><li>M3 = A3B1 + A3B2 + A3B3 </li></ul><ul><li>M4 = A1B1 + A2B1 + A3B1 </li></ul><ul><li>M5 = A1B2 + A2B2 + A3B2 </li></ul><ul><li>M6 = A1B3 + A2B3 + A3B3 </li></ul><ul><li>Dessas misturas, apenas M2 e M6 apresentaram atividade antibiótica. </li></ul><ul><li>Qual o grupo funcional, presente nos compostos do tipo A, responsável pela formação dos 9 compostos citados? Que função orgânica é definida por esse grupo? </li></ul><ul><li>Qual a fórmula estrutura do composto que apresentou atividade antibiótica? </li></ul>
  24. 24. Solução -a) Para resolver com uma maior probabilidade de acerto, devemos fazer as combinações citadas nas misturas, sempre obedecendo o mecanismo da reação dada no início. Fazendo isso chegamos a conclusão de que o grupo - CHO (carbonila) que está presente nos compostos do tipo A que reage com o grupo –NH 2 (amino) dos compostos tipo B. O grupo funcional –CHO é típico da função aldeído. -b) Comparando as misturas M2 e M6 9 citadas no enunciado, verificamos que somente o composto A2B3 (comum a ambas) não aparece nas outras misturas; seguindo o mecanismo da reação dada sua fórmula é: OBS: De acordo com o texto (reação I) a formação de um composto com atividade antibiótica se dá por retirada de água do grupo aldoxila dos reagentes A e do grupo amina reagentes do grupo B. Como somente nas misturas M2 e M6 apresentam um composto com atividade antibiótica, presente nas duas misturas, teremos no composto A2B3 como o de atividade antibiótica. Montando a reação como dada chegaremos a fórmula do composto final.
  25. 25. <ul><li>10- Em 1999, a região de Kosovo, nos Balçãs, foi bombardeada com projéteis de urânio empobrecido , e que gerou receio de contaminação radioativa do solo, do ar e da água, pois o urânio emite partículas alfa . </li></ul><ul><li>O que deve ter sido extraído do urânio natural, para se obter o urânio empobrecido? Para que se usa o componente retirado? </li></ul><ul><li>Qual a equação da primeira desintegração nuclear do urâni-238? Escreva-a, identificando o nuclídeo formado. </li></ul><ul><li>Quantas partículas alfa emite, por segundo, aproxiamadamente, um projétil de urânio empobrecido de massa 1kg? </li></ul><ul><li>Dados: composição do urânio natural: U-238 – 99,3%; U-235 – 0,7% </li></ul><ul><li>meia-vida do U-238 ...............5 x10 9 anos </li></ul><ul><li>constante de Avogadro...........6 x10 23 /mol </li></ul><ul><li>1 ano ...................................... 3 x 10 7 s </li></ul><ul><li>Elementos e seus respectivos números atômicos: </li></ul><ul><li>88 89 90 91 92 93 94 95 96 </li></ul><ul><li>Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm </li></ul>
  26. 26. Solução -a) O Urânio é formado pelo U-238 e pelo U-235; somente o U-235 é físsil, sendo muito usado em reatores e bombas nucleares. Quando falamos em enriquecimento do Urânio nos referimos a separação do U-235, ou pelos deixar uma amostra com maior quantidade possível de U-235. Ao contrário empobrecer o Urânio, quer dizer que vamos retirar a maior quantidade possível do U-235 e deixar o U-238. Portanto ao empobrecer o Urânio estamos retirando o U-235. -b) -Não esqueça ao emitir 1 partícula alfa o número de massa diminui de 4 unidades e o número atômico diminui de 2 unidades -c) De acordo com a equação sabemos que cada 1 mol de U-238 emite 1 mol de partículas alfa; 1 mol de U-238 tem 238 gramas  em 1000 gramas teremos 4,2 mols de U-238, que irão emitir 4,2 mols de partículas alfa. De acordo com a meia-vida a U-238 gasta 5 x 10 9 anos para reduzir-se à metade, portanto gasta este tempo para emitir 2,1 mols de U-238, que irão emitir 2,1 mols de partículas alfa. 238 U --------------- alfa 1 mol -----------------1 mol partículas alfa 4,2 mols-------------4,2 mols partículas alfa 2,1 mols-------------2,1 mols partículas alfa --------tempo de 5 x10 9 x 3 x10 7 segundos x mols partículas alfa----------- 1 segundo x = 0,14 x 10 -16 mols = 0,14 x 10 -16 x 6 x 10 23 = 8,4 x 10 6 partículas alfa
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