Concentração das soluções

Química – Concentração das soluções
Vestibular - FUVEST
1. (Fuvest 2014) Nos anos de 1970, o uso do inseticida DDT, também chamado de 1,1,1tricloro-2,2-bis (para-clorofenil)etano, foi proibido em vários países.
Essa proibição se deveu à toxicidade desse inseticida, que é solúvel no tecido adiposo dos
animais. Para monitorar sua presença em um ambiente marinho do litoral canadense, amostras
de ovos de gaivotas, recolhidos nos ninhos, foram analisadas. O gráfico abaixo mostra a
variação da concentração de DDE (um dos produtos gerados pela degradação do DDT) nos
ovos, ao longo dos anos.
a) No período de 1970 a 1985, foi observada uma diminuição significativa da concentração de
DDE nos ovos das gaivotas. A partir de 1970, quanto tempo levou para que houvesse uma
redução de 50% na concentração de DDE?
b) O DDE é formado, a partir do DDT, pela eliminação de HC . Escreva, usando fórmulas
estruturais, a equação química que representa a formação do DDE a partir do DDT.
c) Um estudo realizado no litoral dos EUA mostrou que a concentração total de DDT e de seus
derivados na água do mar era cerca de 5  105 ppm; no fitoplâncton, 4  102 ppm; em
peixes pequenos, 0,5 ppm; em peixes grandes, 2 ppm; e, em aves marinhas, 25 ppm.
Dê uma explicação para o fato de a concentração dessas substâncias aumentar na ordem
apresentada.
2. (Fuvest 2015) Nas águas das represas de regiões agrícolas, o aumento da concentração de
íons nitrato, provenientes de sais contidos em fertilizantes, pode levar ao fenômeno da
eutrofização. Tal fenômeno provoca a morte de peixes e de outros organismos aquáticos,
alimentando um ciclo de degradação da qualidade da água.
a) Explique a relação entre o aumento da concentração de íons nitrato, a eutrofização e a
diminuição de oxigênio dissolvido na água.
b) Considere um material compostado com teor de nitrogênio de 5% em massa e o nitrato de
amônio (NH4NO3 ), que é um fertilizante muito utilizado na agricultura convencional. Se
forem utilizadas massas iguais de cada um desses dois fertilizantes, qual deles fornecerá
maior teor de nitrogênio por hectare de solo? Mostre os cálculos.
Dados: Massa Molar (g / mol)
1
H ..... 1
N ..... 14
O ..... 16
3. (Fuvest 2014) O observatório de Mauna Loa, no Havaí, faz medições diárias da
concentração de dióxido de carbono na atmosfera terrestre. No dia 09 de maio de 2013, a
concentração desse gás atingiu a marca de 400 ppm. O gráfico abaixo mostra a curva de
crescimento da concentração de dióxido de carbono ao longo dos anos (curva B) e, também, a
curva que seria esperada, considerando o CO 2 gerado pelo consumo de combustíveis fósseis
(curva A).
a) Escreva a equação química balanceada que representa a reação que ocorre no motor de um
carro movido a gasolina (C8H18), e que resulta na liberação de CO 2 e vapor de água para a
atmosfera.
b) A concentração de CO2 na atmosfera, na época pré-industrial, era de 280,0 ppm. Adotando
o valor de 400,4 ppm para a concentração atual, calcule a variação percentual da
concentração de CO2 em relação ao valor da época pré-industrial.
c) Dê uma explicação para o fato de os valores observados (representados na curva B) serem
menores do que os valores esperados (representados na curva A).
4. (Fuvest 2012) Um aluno efetuou um experimento para avaliar o calor envolvido na reação
de um ácido com uma base. Para isso, tomou 8 tubos de ensaio e a cada um deles adicionou
50 mL de uma mesma solução aquosa de HC e diferentes volumes de água. Em seguida,
acondicionou esses tubos em uma caixa de isopor, para minimizar trocas de calor com o
ambiente. A cada um desses tubos, foram adaptados uma rolha e um termômetro para medir a
temperatura máxima atingida pela respectiva solução, após o acréscimo rápido de volumes
diferentes de uma mesma solução aquosa de NaOH. O volume final da mistura, em cada tubo,
foi sempre 100 mL. Os resultados do experimento são apresentados na tabela.
Tubo
1
2
3
4
5
6
7
8
Volume
(aq)
(mL)
50
50
50
50
50
50
50
50
de
HCl
Volume
H2O
(mL)
50
45
40
35
30
25
20
15
de
Volume
(aq)
(mL)
0
5
10
15
20
25
30
35
de
NaOH
Temperatura
máxima
(ºC)
23,0
24,4
25,8
27,2
28,6
30,0
30,0
30,0
2
a) Construa um gráfico, no quadriculado apresentado na página de resposta, que mostre como
a temperatura máxima varia em função do volume de solução aquosa de NaOH
acrescentado.
b) A reação do ácido com a base libera ou absorve calor? Justifique sua resposta,
considerando os dados da tabela.
c) Calcule a concentração, em mol L-1, da solução aquosa de HC , sabendo que a
concentração da solução aquosa de NaOH utilizada era 2,0 mol L-1.
5. (Fuvest 2010) Determinou-se o número de moléculas de água de hidratação (x) por
molécula de ácido oxálico hidratado (H2C2O4 xH2O), que e um ácido dicarboxílico. Para isso,
foram preparados 250 mL de uma solução aquosa, contendo 5,04 g de ácido oxálico hidratado.
Em seguida, 25,0 mL dessa solução foram neutralizados com 16,0 mL de uma solução de
hidroxido de sodio, de concentração 0,500 mol/L.
a) Calcule a concentração, em mol/L, da solução aquosa de ácido oxálico.
b) Calcule o valor de x.
Massas molares (g/mol)
H
1
C
12
O
16
6. (Fuvest 2010) Uma substância pode apresentar solubilidades diferentes em solventes
diversos. Assim, por exemplo, o ácido butanodioico e mais solúvel em água do que em éter. Ao
misturar ácido butanodioico, éter e água, agitar a mistura e deixa-la em repouso por alguns
minutos, separam-se duas fases, uma de eter e outra de água. Ambas contem ácido
butanodioico, em concentrações diferentes e que não mais se alteram, pois o sistema atingiu o
equilíbrio.
ácido butanodioico (água)
ácido butanodioico (éter)
Para determinar a constante desse equilíbrio, também chamada de coeficiente de partição,
foram efetuados cinco experimentos. Em cada um, foi adicionado ácido butanodioico a uma
mistura de 25 mL de água e 25 mL de éter. Após a agitação e separação das fases, as
concentrações de ácido butanodioico, em cada fase, foram determinadas.
Experimento
1
2
3
4
5
Concentração de
equilíbrio do ácido
butanodioico na
água (moℓ/L)
0,152
0,182
0,242
0,300
0,349
Concentração de
equilíbrio do ácido
butanodioico no
éter (moℓ/L)
0,023
0,028
0,036
0,044
0,051
a) No quadriculado da folha de respostas, construa um gráfico da concentração de ácido
butanodioico em éter versus a concentração de ácido butanodioico em água.
3
b) Calcule o valor do coeficiente de partição éter/água do ácido butanodioico.
c) Qual a massa, em gramas, de ácido butanodioico utilizada no experimento 5? Mostre os
cálculos.
d) Em outro experimento, foram utilizadas duas diferentes amostras de ácido butanodioico.
Uma dela continha, em suas moléculas, apenas o isótopo oxigênio-18, e a outra continha
apenas oxigênio-16. A primeira (com oxigênio-18) foi adicionada a água, e a segunda (com
oxigênio-16) foi adicionada ao éter.
Após misturar as soluções, agitar a mistura e separar as fases, onde foi detectado o oxigênio18? Explique.
Dado: massa molar do acido butanodioico.........118 g/moℓ
4
Gabarito:
Resposta da questão 1:
a) A partir da análise do gráfico, teremos:
3,0 mg / kg
100 %
m
50 %
m  1,5 mg / kg
Conclusão: levou oito anos para que houvesse uma redução de 50% na concentração de
DDE.
b) A equação química que representa a formação do DDE, pela eliminação de HC , a partir do
DDT é a seguinte:
c) O DDT é uma substância não biodegradável e não pode ser excretado pelos seres vivos.
Dessa forma, o inseticida de acumula ao longo das cadeias alimentares a partir dos produtores,
aparecendo em maiores concentrações nos predadores finais.
Resposta da questão 2:
a) O excesso da proliferação de algas devido à grande quantidade de nutrientes, incluindo
os nitratos, é conhecido como eutrofização. Este excesso de biomassa consome gás
oxigênio dissolvido na água e este fenômeno pode levar à morte e a decomposição de
muitos organismos.
b) Utilizando-se massas iguais de cada um desses dois fertilizantes, teremos:
5
NH4NO3  80 g / mol
2N  28 g / mol
80 g (NH4NO3 )
28 g de N
m
mnitrogênio
mnitrogênio 
28
m  0,35m g
80
100 g (material compostado)
m
5 g de N
m'nitrogênio
5
m  0,05m g
100
0,35m g  0,05m g
m'nitrogênio 
35 % de nitrogênio  5 % de nitrogênio
Conclusão: a porcentagem de nitrogênio no nitrato de amônio (35 %) é maior do que no adubo
compostado (5 %).
Resposta da questão 3:
a) Equação química balanceada que representa a reação que ocorre no motor de um carro
movido a gasolina (C8H18): 2C8H18 ( )  25O2 (g)  16CO2 (g)  18H2O(v) .
b) Cálculo da variação percentual da concentração de CO2 em relação ao valor da época préindustrial:
ΔC  Catual  Cpré industrial
ΔC  400,4 ppm  280,0 ppm  120,4 ppm
100 %
280,0 ppm
p
120,4 ppm
p  43,0 %
c) A concentração de CO2 (curva B) é menor, pois com o passar do tempo este gás foi retirado
da atmosfera pelo processo da fotossíntese e precipitação de chuvas.
Resposta da questão 4:
a) Gráfico:
6
b) De acordo com a tabela, após o acréscimo de volumes diferentes de uma mesma solução
aquosa de NaOH, a temperatura sofre elevação até o volume de 25 mL, ou seja, ocorre
liberação de calor. Isto significa que a reação do ácido com a base é exotérmica.
c) De acordo com o gráfico, a temperatura máxima atingida é de 30 o C para um volume de 25
mL de base (NaOH).
Então, para uma concentração de 2,0 molL1 , teremos:
1 L  1000 mL
2 mol (NaOH)
1000 mL
n mol (NaOH)
25 mL
nNaOH  0,05 mol
HC
(aq)
1 mol
 NaOH(aq)  H2O( )  NaC
(aq)
1 mol
0,05 mol
00,5 mol
nHC  0,05 mol
[HC ] 
nHC
0,05 mol

 1,0 molL1
V
50 mL
A concentração da solução aquosa de HC é de 1,0 molL1 .
Resposta da questão 5:
a) Têm-se 16,0 mL de uma solução de hidróxido de sódio, de concentração 0,500 mol/L,
então:
1000 mL
0,500 mol
16 mL
nNaOH
nNaOH  0,008 mol
Como a proporção de ácido para base é de 1 para 2, teremos:
H2C2O4 + 2NaOH  Na2C2O4 + 2H2O
ácido
1 mol
nH C O
2 2 4
base
2mol
0,008 mol
nH C O  0,004 mol
2 2 4
Como 25 mL foram neutralizados, vem:
n
[H2C2O 4 ] 
V
0,004 mol
[H2C2O 4 ] 
 0,16 mol / L
25  10-3 L
b) Foram preparados 250 mL de uma solução aquosa, então:
V= 250 mL = 0,25 L
[H2C2O4 ] 
0,16 
m
M V
5,04
 M  126 g / mol
M  0,25
7
H2C2O4 .xH2O
126 = (2 + 2  12 + 4  16) + 18x
x=2
A fórmula será dada por: H2C2O 4 .2H2O.
Resposta da questão 6:
a) Teremos:
b) O valor do coeficiente de partição éter/água do ácido butanodioico será dado por:
K
ácido bu tanodioico (éter)
[ácido bu tanodioico (água)]
Pelo gráfico:
[ácido butanodioico (éter)] = 0,015 e [ácido butanodioco (água)] = 0,100. Então,
K
0,015
 0,15
0,100
c) Experimento 5:
(Em 1 L)
1 moℓ ––––– 118 g
0,349 moℓ ––––– c  c = 41,18 g/L
41,18 g ––––– 1 L
m’ ––––– 0,025 L  m’ = 1,029 g (ácido butanodioico)
(Em 1 L)
1 moℓ ––––– 118g
8
0,051 moℓ ––––– c’  c’ = 6,018 g/L
6,018g ––––– 1 L
m'’ ––––– 0,025 L  m’’ = 0,150 g (ácido butanodioico)
m(TOTAL) = 1,029 g + 0,150 g = 1,179 g de ácido butanodioico.
d) Ao misturar-se as soluções, as moléculas do ácido butanodioico (com oxigênio-18) em água
entrarão em equilíbrio com as moléculas do ácido butanodiocio (com oxigênio-16) em éter,
logo, será detectado oxigênio-18 nas duas fases.
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