9ª OLIMPÍADA DE QUÍMICA DO RIO DE JANEIRO – 2014

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9ª OLIMPÍADA DE QUÍMICA

DO RIO DE JANEIRO – 2014

MODALIDADE EM1

  Leia atentamente as instruções abaixo: a

ƒ Esta prova destina-se exclusivamente aos alunos da 1 série do ensino médio.

  ƒ A prova contém vinte questões objetivas, cada uma com cinco alternativas, das quais apenas uma é correta. Assinale na folha de respostas a alternativa que julgar correta. ƒ A prova deve ter um total de OITO páginas, sendo a primeira folha a página de instruções e a oitava a folha de respostas. ƒ Cada questão tem o valor de um ponto. ƒ A duração da prova é de DUAS horas. ƒ O uso de calculadoras comuns ou científicas é permitido. ƒ Fica proibida a consulta de qualquer material.

  Rio de Janeiro, 05 de setembro de 2014.

  Realização: Apoio:

Página 1 de 8

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ

TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS

1

  1

  18 2 1,0 H He

  2

  13

  14

  15

  16

  17 3 4 n ° atômico 5 6 7 8 9 4,0 10 SÍMBOLO

6,9 9,0 massa 10,8 12,0 14,0 16,0 19,0 20,2

Li Be 11 12 atômica 13 B C N O F Ne 14 15 16 17 18 Na Mg Si P S Ar 23,0 24,3

  Al Cl 28,1 31,0 32,0 39,9 19 20 21

  3 22

  4 23

  5 24

  6 25

  7 26

  8 27

  9

  10 28

  11 29 12 27,0 35,5 30 31 32 33 34 35 36

39,0 40,0 45,0 47,9 50,9 52,0 55,0 55,8 58,9 58,7 63,5 65,4 69,7 72,6 74,9 79,0 79,9 83,8

K Ca Sc Ti 37 38 39 40 V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 85,5 87,6 88,9 91,2 92,9 95,9 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te 55 56 57 – 71 72 73 74 75 98 101,1 102,9 106,4 107,9 112,4 114,8 118,7 121,8 127,6 127,0 131,3 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 I Xe 86 Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Pb Bi Po At Rn

132,9 137,3 178,5 181,0 183,8 186,2 190,2 192,2 195,1 197,0 200,6 204,4 207,2 209,0 209 210 222

87 88 104 105 106 107 108 109 89 –103 Tl 223 226 261 262 263 262 265 266 Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Série dos

  Lantanídeos 138,9 140,1 140,9 144,2 145 150,4 152,0 157,3 159,0 162,5 164,9 167,3 168,9 173,0 174,97 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Série dos Actinídeos Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 227 232,0 231,0 238,0 237 244 243 247 247 251 252 257 258 259 262

  QUESTÕES Texto para as Questões 01 e 02

  Os elementos X e Z são do mesmo período da Tabela Periódica. Sabe-se que o elemento X tem apenas um elétron na camada de valência e que seu estado de oxidação mais estável é +3. Seu raio

  2+

  atômico é menor que o raio atômico do elemento Z. O elemento Z forma apenas o cátion Z e este não apresenta elétrons em subníveis d. 01 – A distribuição eletrônica de X é

  1

  1

  (a) 1s (d) [Kr] 5s

  2

  1

  14

  10

  1

  (b) [Ne] 3s 3p (e) [Xe] 4f 5d 6s

  5

  1

  (c) [Ar] 3d 4s 02 – Z é o elemento (a) cálcio. (b) hélio. (c) magnésio. (d) mercúrio. (e) zinco. 03 – Observe as estruturas representadas nas figuras abaixo:

  S S

S

S O S O O O O O O O O O Figura I Figura II Figura III Figura V Figura IV

  A estrutura de Lewis mais adequada para o SO é aquela vista na figura:

  2 (a) I. (b) II. (c) III. (d) IV. (e) V.

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ

  04 – A figura abaixo mostra o diagrama de fases do etanol. Dentre os pontos A, B, C e D, é possível identificar condições supercríticas (a) no ponto A. (b) no ponto B. (c) no ponto A e D. (d) nos pontos B e C. (e) nos pontos C e D. 05 – Do ponto de vista de qualidade do ar da atmosfera, os odores se caracterizam como um dos incômodos mais fortemente e imediatamente percebidos pela população. Além disso, a composição de gases poluentes, como aqueles provenientes da indústria de biogás, tais como o metano (CH ), o dióxido

  4

  de carbono (CO ) e gás sulfídrico (H S)) podem ser motivo para doenças respiratórias e impactos

  2

  2 ambientais.

  Desses gases, se presentes em uma atmosfera em momento de uma precipitação de nuvens, aquele que menos afeta a composição da água da chuva e o de maior ponto de ebulição, são, respectivamente (a) CO e CH (b) CO e H S (c) H S e CO (d) CH e CO (e) CH e H S

  2

  4

  2

  2

  2

  2

  4

  2

  4

  2

  06 – Observe as estruturas representadas nas figuras abaixo de compostos e íons que contêm enxofre:

  _

  2 O S S S S S S S O S S S O Figura I Figura II

  _ F F F F

  2 O O F S S F O S O O S O F F F F O O Figura III Figura IV

  As seguintes afirmativas são sobre as figuras apresentadas: I) Todos os átomos na Figura I têm o mesmo estado de oxidação.

  II) Os átomos de enxofre na Figura II têm diferentes estados de oxidação.

  III) O estado de oxidação de todos os átomos de flúor na Figura III é –1.

  IV) O estado de oxidação de todos os átomos de oxigênio na Figura IV é –2. Estão corretas SOMENTE as afirmativas: (a) I e II. (b) II e IV. (c) III e IV. (d) I, II e III. (e) I, III e IV.

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  07 – Dalton propôs diversas propriedades para o átomo. A mais significativa para o desenvolvimento da química foi que átomos de um mesmo elemento possuíam a mesma massa. A partir dessa premissa, idealizou-se um sistema de determinação de massas atômicas e tais valores foram utilizados para diversos estudos. Embora seja muito importante do ponto de vista histórico, sabemos hoje que a proposta de Dalton sobre a massa ser característica do elemento está superada. Um fato que pode ser utilizado para demonstrar tal limitação é (a) a formação da ligação química. (d) a determinação do raio atômico. (b) a existência de isótopos e isóbaros. (e) a carga negativa do elétron (c) a separação dos elementos em famílias.

  08 – Para a elaboração da estrutura de eletrônica de determinadas moléculas é fundamental o conhecimento da carga formal. A Carga formal é definida para cada átomo na estrutura e representa o número de elétrons que um átomo “ganharia” ou “perderia” na formação de uma ligação. Com relação às cargas formais em espécies covalentes, NÃO são favoráveis as estruturas que apresentam:

  • - Cargas iguais em átomos adjacentes.
  • - Cargas opostas em átomos não adjacentes.
  • - Cargas elevadas em qualquer átomo.
  • - Cargas em desacordo com a eletronegatividade dos átomos.

  Analise as quatro estruturas apresentadas para a molécula do NO

  2 F:

  • -1
  • -1 -1 -1 -1
  • -1 +1 +2 +1 +1

  O N O N O N O O N O O O F F F F +1

  (J) (L) (Q) (R) As seguintes afirmativas têm como base as estruturas apresentadas e as informações sobre a carga formal.

  I) A estrutura (J) é a mais estável de todas porque apresenta apenas ligações simples.

  II) As estruturas (L) e (Q) são equivalentes e são as mais favoráveis dentre as quatro.

  III) Na estrutura (R) a distribuição das cargas está de acordo com a eletronegatividade dos átomos.

  IV) Apenas a estrutura (J) não apresenta todos os átomos com o octeto completo. Estão corretas SOMENTE as afirmativas (a) I e III. (b) II e IV. (c) III e IV. (d) I, II e IV. (e) I, II e III.

  Texto para as Questões 09, 10 e 11.

  Ácidos e bases desempenham um papel central em várias reações químicas. O entendimento do conceito ácido-base é tão importante que existem várias definições do que são ácidos e bases. Dentre as várias definições de ácidos e bases, três são as mais estudadas: a de Arrhenius, a de Brönsted-Lowry e a de Lewis.

  Existem diferenças entre as várias definições ácido-base, o que não significa que uma está certa e as outras estão erradas. As definições coexistem e o importante é entender qual delas é a mais adequada para tratar certo problema.

  Na definição de Arrhenius, ácidos e bases são definidos a partir dos íons formados em um

  • solvente. Considerando o meio aquoso, classificam-se como ácidos as espécies que liberam o íon
  • – formando o íon H O . Já as bases são as espécies que liberam íons OH (em meio aquoso).

3 A definição de Brönsted-Lowry utiliza outro paradigma para a classificação das espécies em

  • ácidos ou bases: a transferência de íons H (também chamada de “transferência de prótons”). As espécies
  • que recebem o íon H são as bases e aquelas que liberam os prótons são os ácidos.

  Lewis classificou os ácidos e bases em função dos pares de elétrons. Em uma reação, o ácido “recebe” o par de elétrons da base. Então, a base de Lewis é uma espécie que utiliza seu par de elétrons, geralmente um par não-ligante, para formar uma ligação enquanto o ácido de Lewis tem um orbital vazio para receber o par de elétrons de base.

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ

  09 – As bases de Lewis têm, normalmente, ao menos um par de elétrons não-ligante disponível para formar uma ligação com o ácido de Lewis. Dentre as moléculas H , CH , N e HCN, aquelas que

  2

  4

  2

  apresentam ao menos um par de elétrons não-ligante são (a) N

  2 e HCN. (b) CH 4 e HCN. (c) CH 4 e N 2 . (d) H 2 e N 2 . (e) H 2 e CH 4 .

  • 10 – O íon H que é transferido em uma reação ácido-base de Brönsted-Lowry é chamado de “hidrogênio ionizável”. Em ácidos oxigenados, o hidrogênio ionizável está ligado diretamente ao oxigênio. Alguns ácidos apresentam mais de um hidrogênio ionizável, como o ácido oxálico.

  Considere os ácidos sulfúrico (H SO ), fosfórico (H PO ) e fosforoso (H PO ). Além de

  2

  4

  3

  4

  3

  3

  possuírem mais de um hidrogênio ionizável, em todos os três o átomo central faz quatro ligações do tipo σ. Desses três ácidos, (a) todos apresentam apenas um hidrogênio ionizável.

  (b) todos apresentam dois hidrogênios ionizáveis. (c) apenas o sulfúrico possui dois hidrogênios ionizáveis. (d) o sulfúrico e o fosforoso têm dois hidrogênios ionizáveis. (e) os dois com fósforo apresentam três hidrogênios ionizáveis.

  11 – Observe as três equações químicas abaixo: NH + B(CH ) → H N–B(CH ) (1)

  3

  3

  3

  3

  3

  3

  • – 2–
  • – SO + H O → HSO
    • OH (2)

  3

  2

  3

  2 Na + 2 H O → 2 NaOH + H (3)

  2

  2 As afirmativas abaixo são sobre as três equações acima: I) Na equação (1), o B(CH ) é um ácido de Lewis.

  3

3 II) Na equação (2), a água é um ácido de Brönsted-Lowry.

  III) Na equação (3), o sódio metálico é uma base de Lewis.

  IV) Todas as três equações apresentam bases pela definição de Arrhenius. Estão CORRETAS as afirmativas (a) I e II. (b) I e III. (c) III e IV. (d) I, II e IV. (e) II, III e IV.

  

Use as estruturas abaixo para a solução da Questão 12 a Questão 19. A geometria real das

moléculas NÃO foi, necessariamente, representada.

  H

  CH

3 H H

  H C H

  H C C CH

  3

  2 C C

  H C C OH CH HC CH

  3

  3 C C

  H H

  H C H Etanol

  Isooctano

  CH

  3 Benzeno H

OH OH OH

  O

  O

  H C C

  H C C

3 H C C C H

  3 OH H

H H H

  Acetaldeído

Glicerol

Ácido Acético

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ

  12 – Desde que a LEI SECA passou a vigorar, no Estado do Rio de Janeiro tivemos redução de 32 % nas mortes por acidente de trânsito, redução de 13 % no atendimento hospitalar de urgência, e redução de vários outros índices que comprovam que álcool e direção não combinam. O principal componente das bebidas alcoólicas e também do álcool comum é o etanol que na forma anidra (sem água) é misturado com a gasolina, conforme autorizado pelo CNP (Conselho Nacional de Petróleo). A mistura entre gasolina e etanol é classificada como __(J)__ e o método mais eficaz para sua separação é a __(Q)__.

  As palavras que completam corretamente as lacunas (J) e (Q) são, respectivamente, (a) heterogênea / decantação por funil de bromo (d) homogênea / liquefação fracionada (b) homogênea / destilação simples (e) heterogênea / flotação (c) homogênea / destilação fracionada Texto para as Questões 13 e 14.

  A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos do tipo alcanos contendo entre sete e oito átomos de carbono. O isooctano (2,2,4 – trimetilpentano) é o principal constituinte da gasolina e sua fórmula molecular é C H . A mistura álcool x gasolina, na forma de combustível veicular pode conter até, no

  8

  18

  máximo, 26 % de etanol anidro. A Agência Nacional de Petróleo (ANP) elaborou um método simples, para se determinar o teor de etanol (álcool etílico) na gasolina. O método consiste em colocar 50 ml de uma amostra de gasolina em uma proveta de 100 ml e completar o volume com uma solução saturada de cloreto de sódio (NaCl). Após a mistura pode-se perceber nitidamente uma divisão em duas fases.

  13 – De acordo com o texto, o volume máximo permitido de álcool na amostra, em litros, deve ser de (a) 0,013. (b) 0,026. (c) 0,037. (d) 0,13. (e) 0,26. 14 – De acordo com o texto e seus conhecimentos, é INCORRETO afirmar que (a) o método se baseia na formação de uma mistura heterogênea ao misturar as duas soluções. (b) a interação existente entre as moléculas de isooctano é do tipo dipolo induzido. (c) o hidrocarbonetos são apolares e não se misturam com soluções aquosas. (d) a água e o etanol se misturam completamente devido as ligações de hidrogênio entre elas. (e) o cloreto de sódio é um composto iônico formado por ligações covalentes entre os íons.

  Texto para as Questões 15 e 16.

  O bafômetro, aparelho utilizado pelos agentes da LEI SECA, é um aparelho que permite determinar a concentração de bebida alcóolica em uma pessoa, analisando o ar exalado dos pulmões. O motorista deve assoprar o bafômetro com força no canudinho, que conduzirá o ar de seus pulmões para um analisador contendo uma solução ácida de dicromato de potássio. Nesta reação, além do etanol

  2-

  (C H OH) ser convertido em ácido acético (C H O ), o cromo presente no íon dicromato (Cr O ), de cor

  2

  5

  2

  4

  2

  2

  7 3+

  alaranjada, é transformado em Cr , de coloração verde. Quanto maior a concentração de álcool, mais intensa é a coloração esverdeada obtida. 15 – Dentre os compostos com as fórmulas químicas listadas abaixo, qual apresenta um elemento com o mesmo estado de oxidação observado para o cromo no íon dicromato?

  (d) Mn O (a) Na ]

  2

  7 3 [AlF

  6

  (b) Fe(NO ) (e) CaSO

  4

  3

  3

  (c) Au

  2 (HPO 4 )

  3

  16 – No processo citado no texto, o etanol se transforma em ácido acético, sob a ação do dicromato de potássio. Logo, é possível afirmar que o dicromato de potássio atua como (a) catalisador. (b) inibidor. (c) agente precipitante. (d) agente oxidante. (e) agente redutor.

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ

  17 – O etanol, também chamado álcool etílico, é uma substância orgânica obtida pela fermentação de açúcares, pela hidratação do etileno (C H , também conhecido como eteno) ou pela redução do

  2

  4

  acetaldeído. Os números de oxidação médios do carbono, no etanol, etileno e acetaldeído são, respectivamente, (a) 0, +1 e –2. (b) 0, +2 e –2. (c) –2, –2 e –1. (d) –2, –2 e 0. (e) –2, 0 e +2. 18 – O Brasil foi pioneiro na utilização do biodiesel como combustível alternativo para ônibus e caminhões. No início de sua utilização, o biodiesel era utilizado em uma mistura com óleo diesel, chamada de B2 (2% biodiesel e 98% óleo diesel). Em seguida vieram o B5 e o B10. Hoje o B20 é utilizado. No processo de formação do biodiesel, conhecido como reação de transesterificação, também é formado um produto indesejado, o glicerol (propano-1,2,3-triol), mais conhecido como glicerina.

  A glicerina é um composto orgânico de fórmula química C H O e pertencente à função álcool.

  3

  8

  3

  É muito utilizada na fabricação de sabão. Pode-se explicar o fato de sua solubilidade em água ser maior que a do etanol devido (a) ao número de interações dipolo induzido–dipolo induzido.

  • – (b) aos íons OH e CH que são liberados em meio aquoso.

  2 (c) ao maior valor de sua massa molar em relação à do etanol.

  (d) ao grande número de ligações covalentes entre carbono e oxigênio. (e) ao maior número de ligações de hidrogênio com a água.

  19 – O gás natural veicular é, na realidade, uma mistura de metano (CH

  4 ) e etano (C

  2 H 6 ), que são dois

  compostos orgânicos do tipo hidrocarbonetos, da classe dos alcanos ou parafinas, cuja fórmula geral é C H . Os hidrocarbonetos são compostos derivados do petróleo e podem ser obtidos pela destilação

  n 2n+2 fracionada do “ouro negro”.

  Podemos destacar outros hidrocarbonetos de grande importância como o eteno ou etileno (C

  2 H 4 ), o etino ou acetileno (C H ), o benzeno (C H ) e o isooctano (C H ).

  2

  2

  6

  6

  8

  18 O tipo de hibridação dos átomos de carbono em cada um dos quatro compostos citados no

  parágrafo anterior é

  C H C H C H C H

  2

  4

  2

  2

  6 3

  6

  8 2

  18

  (a) sp sp sp sp 2 3 3 (b) sp sp sp sp 3 2 3

  (c) sp sp sp sp 2 2 3 (d) sp sp sp sp 2 2

  (e) sp sp sp sp 20 – Os elementos químicos são diferenciados pelo seu número atômico. Desta forma podemos ter 2 ou mais elementos químicos diferentes com o mesmo número de massa, o que chamamos de isóbaros. Admita que os três átomos hipotéticos – X, J e L – apresentem números de massa crescentes e consecutivos. Sabe-se que o X tem 40 prótons e é isótono de L, o J tem 50 nêutrons e é isótopo de L. O número de massa dos três elementos em ordem crescente é (a) 101, 102 e 103. (b) 91, 92 e 93 (c) 89, 90 e 91. (d) 51, 52 e 53. (e) 49, 50 e 51.

  ABQ RJ – Colégio Pedro II – CMRJ – IFRJ FOLHA DE RESPOSTA – EM1

  Nome:

  Questão 01 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 02 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 03 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 04 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 05 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 06 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 07 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 08 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 09 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 10 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 11 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 12 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 13 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 14 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 15 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 16 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 17 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 18 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 19 (a) (b) (c) (d) (e) Questão 20 (a) (b) (c) (d) (e)

  Número de acertos:

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