Exame OBQ Mod B - 2019 Com Gabarito - Compressed PDF
Exame OBQ Mod B - 2019 Com Gabarito - Compressed PDF
Exame OBQ Mod B - 2019 Com Gabarito - Compressed PDF
Modalidade
OH
Questão 1 – Analise os itens a seguir: O
Cafeína Teobromina Teofilina
R:
R3 = cocaína.
ou
B = cocaína
4
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
R:
B = Imazapir.
e) Com base nos conhecimentos químicos, quais os fatores que induziram os policiais ao “falso positivo”
no narcoteste?
Questão 12 – Em um recipiente de 1,0 L foram colocados 4,0 mol de H2 e 4,0 mol de Cℓ2,
ambos gasosos. Em seguida, o recipiente foi aquecido a uma temperatura 𝑇, e logo se
estabeleceu o equilíbrio químico H2(g) + Cℓ2(g) ⇌ 2 HCℓ(g), com uma constante de equilíbrio
de 0,25. A partir destas informações, responda o que se pede:
a) Determine as concentrações de todas as espécies químicas no equilíbrio;
:
- Equação química balanceada: H2(g) + Cl2(g) ⇄ 2 HCl(g)
- Base de cálculo: 4 mol para cada gás nos reagentes (H2 e Cl2).
H2(g) Cl2(g) ⇄
2 HCl(g) (mol)
(mol) (mol)
Início 4 4 0
Reage α Α 2α
Equilíb
(4 – α) (4 – α) 2α
rio
!! !
[Cl2] = .
!
!!
[HCl] = .
!
𝐻𝐶𝑙 ²
𝐾! = = 0,25.
𝐻! . 𝐶𝑙!
2𝛼 !
𝑉 = 0,25
4−𝛼 !
𝑉
- Tirando a raiz quadrada da equação acima, tem-se:
2𝛼 !
𝑉 = 0,25
4−𝛼 !
𝑉
2𝛼
= 0,5
4−𝛼
α = 0,80 (80%).
(!!!,!)
[Cl2] = = 3,20 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!!
!
! ! (!,!)
[HCl] = = 1,60 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!!
!
a) Calcule o valor de Kc da equação inversa.
:
- Cálculo da constante de equilíbrio inversa (Kc’):
[𝐻𝐶𝑙]!
𝐾! = = 0,25
[𝐻! ] 𝑥 [𝐶𝑙! ]
b) Calcule o valor de Kp da equação direta.
6
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
nT = (4 – α) + (4 - α) + 2α
nT = 8 mol.
(4 − 𝛼) (4 − 0,8) 3,2
𝑃!! = . 𝑝! = . 𝑝! = . 𝑝! = 0,4. 𝑝!
8 8 8
Pressão Parcial do PCl2: PCl2 = XCl2 x pT
(4 − 𝛼) (4 − 0,8) 3,2
𝑃!"! = . 𝑝! = . 𝑝! = . 𝑝! = 0,4. 𝑝!
8 8 8
Pressão Parcial do PHCl: PHCl = XHCl x pT
- Sabendo que a relação entre Kp e Kc é dado pela seguinte equação química, tem-se:
𝐾! = 𝐾! 𝑥 (𝑅. 𝑇)∆!
Δn = nprodutos – nreagentes = 2 – (1 + 1) = 0.
!!
= (𝑅. 𝑇)! = 1. Ou seja, KP = KC.
!!
c) Mantendo a temperatura constante, descreva o que se observa no valor de 𝐾!, com o aumento da
concentração de Cℓ2(g).
Como a temperatura é constante, a constante de equilíbrio químico (Kc) não muda,
permanecendo constante.
d) Após o equilíbrio ser alcançado, foram inseridos 0,75 mol de gás hidrogênio no sistema. De acordo
com o Princípio de Le Chatelier, o que deve ocorrer com o sistema?
RESPOSTA:
De acordo com esse princípio, qualquer perturbação no sistema promoverá uma reorganização
do mesmo, para alcançar um novo equilíbrio. Como foi adicionada uma quantidade de
7
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
reagente, o sistema reagirá para diminuir essa nova concentração, fazendo a reação deslocar-
se em direção dos produtos, ou seja, aumentando a concentração do produto formado.
O O
NH 2
OH (C) (D)
(A)
(B)
O O O
CH3
OH H O
B = butan-2-ol / álcool
C = butanamida / amida
D = butanona / cetona
F = butanal / aldeído
b) Ordene-as em ordem decrescente de temperaturas de fusão e de ebulição.
c.2 – gasoso: A
c.3 – líquido: B ou D ou E ou F ou G
Considera-se, também, a resposta do aluno, que tentou sugerir uma substância que estivesse nos 3 estados de
agregação ao mesmo tempo.
d) A desidratação intramolecular da substância B pode produzir dois isômeros. Escreva a equação
química balanceada que representa a reação que gera o produto majoritário.
8
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
e)
O produto majoritário é o but-2-eno porque segue a Regra de Saeytzeff: na eliminação de água,
halogenidreto é retirado o H do carbono vizinho menos hidrogenado.
Nós nos equilibramos da maneira usual. Para obter um número par de átomos de nitrogênio na
esquerda, nós multiplicamos a fórmula para C3H5N3O9 por 2, o que nos dá 3 mol de N2, 6 mol de CO2 e
5 mol de H2O. Tudo está equilibrado, exceto pelo oxigênio. Nós temos um número ímpar de oxigênio
átomos à direita. Podemos equilibrar o oxigênio adicionando ½ mol de O2 à direita:
(À temperatura da explosão, a água é um gás. A rápida expansão dos produtos gasosos cria a força de
uma explosão.)
b) Calcule o calor padrão de formação da trinitroglicerina. Use os dados da tabela abaixo.
9
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
A variação de entalpia nesta reação é 4×(–1541,4 kJ mol–1) = –6561,6 kJ mol–1, pois existe 4 mols de
C3H5N3O9(ℓ) na equação balanceada. Essa variação de entalpia é dada pela soma dos calores de
formação dos produtos menos os calores de formação do reagente, cada um multiplicado pelo seu
coeficiente na equação balanceada, logo:
Os valores para N2(g) e O2(g) são zero, por definição. Usando os valores para H2O(ℓ) e CO2(g) da tabela
acima pode-se estimar a variação de entalpia de formação da nitroglicerina:
– 6165,6 kJ = 12× −393,5 kJ mol!! + 10× −258,8 kJ mol!! − 4∆! 𝐻 ! [C! H! N! O! (ℓ)
c) Uma dose padrão de trinitroglicerina para alívio da angina é de 0,60 mg. Se a amostra for
eventualmente oxidada no corpo (não explosivamente!) a gás nitrogênio, gás dióxido de carbono e água
líquida, que número de calorias é liberada?
Dados: Massa Molar (g mol–1): C = 12; H = 1; N = 14 e O = 16. 1 cal = 4,184 J.
: Sabemos que na oxidação 1 mol de C3H5N3O9(ℓ) produz 1541,4 kJ. Precisamos calcular o número de
moles de C3H5N3O9(ℓ) em 0,60 mg:
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶! 𝐻! 𝑁! 𝑂! 1541,4 𝑘𝐽
∆𝐻 = 0,60×10!! 𝑔 𝐶! 𝐻! 𝑁! 𝑂! × ×
227 𝑔 𝐶! 𝐻! 𝑁! 𝑂! 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶! 𝐻! 𝑁! 𝑂!
∆𝐻 = 4,1×10!! 𝑘𝐽 = 4,1 𝑘𝐽
d) Uma forma comum de trinitroglicerina funde-se aproximadamente a 3 oC. A partir dessas
10
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
informações e da fórmula da substância, você esperaria que ela fosse um composto molecular ou
iônico? Justifique sua resposta.
Como a trinitroglicerina se funde abaixo da temperatura ambiente, espera-se que seja um composto
molecular. Com poucas exceções, as substâncias iônicas são geralmente materiais duros e cristalinos que
se fundem a altas temperaturas. (Seções 2.6 e 2.7) Além disso, a fórmula molecular sugere
provavelmente que seja uma substância molecular. Todos os elementos que compõe a trinitroglicerina
são não-metais.
e) Descreva as várias conversões de formas de energia quando a trinitroglicerina é usada como um
explosivo para quebrar os rochedos na construção de rodovias.
A energia armazenada na trinitroglicerina é a energia potencial química. Quando a substância reage
explosivamente, ela forma substâncias como dióxido de carbono, água e gás nitrogênio, que são de
energia potencial menor. No curso da transformação química, a energia é liberada na forma de calor; os
produtos de reação gasosa são muito quentes. Essa energia térmica muito alta é transferida para o
ambiente; os gases se expandem contra o ambiente, que podem ser materiais sólidos. O trabalho é feito
movendo os materiais sólidos e transmitindo energia cinética para eles. Por exemplo, um pedaço de
rocha pode ser impulsionado para cima. Foi-lhe dada energia cinética por transferência de energia dos
gases quentes e em expansão. À medida que a rocha se eleva, sua energia cinética é transformada em
energia potencial. Eventualmente, novamente adquire energia cinética quando cai na Terra. Quando
atinge a Terra, sua energia cinética é convertida em grande parte em energia térmica, embora também
possa ser feito algum trabalho pode ser feito nas vizinhanças também.
Questão 15 – Entre as mais variadas reações que são estudadas em síntese orgânica encontram-se as
substituições nucleofílicas. De acordo com a cinética da reação elas podem ser classificadas em dois
tipos mais comuns, SN1 e SN2. Nessas reações um nucleófilo ataca um eletrófilo, e na estrutura de um
dos reagentes um grupo abandonador está ligado a um carbono eletrofílico. Um bom exemplo para se
entender este tipo de reação, é o observado na reação entre álcoois com HCl, conhecida com Teste de
Lucas. O produto é de fácil observação porque os álcoois com poucos carbonos são solúveis nessa
mistura e os haletos não são, então a mistura fica turva quando o produto se forma. Observe as reações
abaixo:
HCl conc.
OH Cl + H2O V = k[álcool]x[ácido]
ZnCl2
formação depois
de 10 min.
OH HCl conc. Cl
+ H2O V = k[álcool]x[ácido]
ZnCl2
formação
em 5 min.
HCl conc.
+ H2O V = k[álcool]
ZnCl2
OH Cl
formação entre
1 e 2 segundos.
11
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
Os números 1 e 2 que aparecem nas representações SN1 e SN2, respectivamente, correspondem às ordens de
reação conforme as leis de velocidade de Guldberg Waage.
c) Identifique o nucleófilo e o grupo abandonador nas reações representadas.
Nucleófilo é o ânion cloreto, Cl-, e o grupo abandonador é a hidroxila protonada por H+ (ver mecanismo na letra e).
d) Baseado na estabilidade do carbocátion, explique por que o álcool terciário se forma mais rápido.
A energia de ativação para formar o carbocátion terciário é menor quando comparada com a formação de
carbocátions secundário e primário, devido ao impedimento estérico, ou seja, os grupos metil estão protegendo o
carbocátion formado.
e) A reação do 2-metilbutan-2-ol é SN1 e as reações do butan-1-ol e butan-2-ol são SN2. Proponha um
mecanismo para a reação SN1.
+ HCl + H2O
O O
H H H
+ Cl
Cl
Questão 16 (COUCEIRO) – Em 2006, um ex-agente da KGB foi assassinado em Londres. As
investigações demonstraram que a causa da morte foi o envenenamento com o isótopo radioativo
!"#
!"Po, colocado na sua comida/bebida. (Figura abaixo é recorte da tabela periódica em destaque os
elementos polônio e adjacentes)
!"# !"#
(i) O !"Po é preparado pelo bombardeamento de !"Bi com nêutrons. Escreva uma equação para a
reação.
R A equação de bombardeamento é dada por
!"# !"#
!"Bi + !!𝑛 ⟶ !"Po + !!!𝛽
12
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
210
b) O tempo de meia-vida do 84 Po é de 138 d e ele decai com a emissão de uma partícula α.
210
Escreva uma equação para o processo de decaimento. Considere que uma amostra de 84 Po
de altíssima pureza foi preparada, guardada e isolada por 276 dias. Após esse período, quais
elementos químicos estarão presentes na amostra e em que proporção, em número de
átomos?
A reação do processo de decaimento é dada por
!"# !
!"Po ⟶ ! + !"#
!"X
Os elementos químicos presentes são polônio e chumbo, e seus números de átomos são estimados a
seguir:
c) Calcule a energia de uma partícula α emitida. Pressuponha que o núcleo pai e o núcleo filho têm
energia cinética igual a zero.
Dados de massas atômicas (u): 210
Po = 209,98285; 206
Po = 205,97444; !𝛼 = 4,00150;
unidade
atômica, 1 u = 1,66 × 10–24 kg; constante da velocidade da luz, c = 3 × 108 m s–1.
A massa de desintegração no processo de emissão de uma partícula α é
!"! ! !"#
𝑚=𝑚 !"Po − 𝑚 ! +𝑚 !"Pb
1,66×10!!" kg
𝑚 = 6,91×10!! u× = 1,147×10!!" kg
1u
13
XXIV Olimpíada Brasileira de Química – OBQ 2019 Modalidade
d) A ingestão de 1 µg de 210Po pode ser fatal. Qual é a energia total liberada por esta quantidade
210
Po.
! 4,00150 u
m ! = 1×10!! g× = 1,90563×10!! g
209,98285 u
! 205,9744 u
m ! = 1×10!! g× = 9,80911×10!! g
209,98285 u
A massa convertida é
14