Agua Final

Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo

Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz

Olimpíada da Química do Estado de São Paulo

FASE FINAL


FASE FINAL

Composição das Comissões: 1 - Organizadora; 2 - Julgadoras das Redações; 3 - Realização dos Experimentos da Fase Final; 4 - Julgadora dos Exames.

Professores Doutores do IQ-USP: Ivano G. R. Gutz1,2,4 (coordenador estadual da OBQ), Omar A. El Seoud1,2,3 (presidente da ABQ-SP), Elisabeth de Oliveira1,2,4 e Maria Eunice M. Ribeiro1,2,4, Viktória Lakatos Osório3,4, Wanda de Oliveira2,3,4, Bayardo Baptista Torres2,4, Mauro Bertotti2,4, Pedro V. Oliveira2,4, Peter Tiedeman2,4, Encarnacion Vasquez Suárez Iha4, Fabio R. P. Rocha4, Lucio Angnes1, Mônica I. El Seoud4, Paulo Celso Isolani2, Silvia H. P. Serrano2, Silvia Maria L. Agostinho2; do DQ-Mackenzie: Márcia Gueckezian1,2,4 e Jairo Pedrotti1,2,4 e Ivanise Gaubeur2; do IQ-UNESP: Assis Vicente Benedetti2, João Olimpio Tognolli2 e Massao Ionashiro2; do IQSC-USP: Elisabete Frollini2 e Ernesto R. González2; do DQ- Univ. Anhembi-Morumbi: Patrícia Dantoni1,2,4; do IPEN-CNEM: Maria Inês C. Cantagallo1,2,4, Noemia M. Pereira de Moraes2; do IQ-UNICAMP: Lauro Kubota2 e Marco Aurélio Zezzi Arruda2; do DQ-UNESP, Guaratinguetá: Marcio Augelli2; do IAG-USP: Adalgiza Fornaro2,4; do DQ-USP, Ribeirão Preto: José Fernando de Andrade2; do DQ-UFSCAR: Orlando Fatibello2; do ITA-CTA: Koshun Iha2; da CETESB: José Eduardo Bevilaqua2; do IQ-UEMaringa: Gentil J. Vidotti2; da EFO-Alfenas-MG: Lúcia H. Ávila Terra2.

Promoção: Associação Brasileira de Química – Regional São Paulo

Apoio: Instituto de Química - USP, FUVEST, Editora Moderna

Patrocínio: Conselho Regional de Química – 4ª Região Abiclor, Oxiteno, Ipiranga Química, Univ. Anhembi Morumbi


FASE FINAL


FASE FINALEsta publicação contém um resumo ilustrado dos experimentos demonstrados aos cerca de 130 estudantes que compareceram à Fase Final da OQ SP-2002 e que, em seguida, tiveram 90 minutos para fazer o exame.

O material foi dividido em: Introdução, Parte I, Parte II e Parte III. Cada parte contém um experimento que pode ser realizado e interpretado separadamente. Os professores (e a monitora) que prepararam e demonstraram cada parte são indicados no início.

Uma seleção de respostas dadas pelos estudantes às perguntas encontra-se na AllChemy http://allchemy.iq.usp.br (arquivos em MS Word), juntamente com o regulamento e os resultados da OQ-SP ao longo dos anos.

Acredita-se que o material poderá ser útil aos professores em sala de aula ou para reproduzir/adaptar os experimentos em laboratório.

Aos alunos que consultarem este material buscando orientação sobre a Fase Final da OQ-SP, assinalamos que, mesmo que em 2002 tenha havido relação entre as questões do exame o tema da Olimpíada (Água – purificação química e uso racional), isso nem sempre ocorre, ou seja, o exame pode conter questões sobre qualquer parte do programa de química do ensino médio.

Etapas de Purificação de água em uma Estação de Tratamento de Água (ETA)

Etapas de Purificação de água em uma Estação de Tratamento de Água (ETA)

Introdução GeralIntrodução Geral

Etapa de adição dos reagentes


Etapa de decantaçãoEtapa de decantação

Etapa de FiltraçãoEtapa de Filtração

Purificação de Água – Parte IPurificação de Água – Parte ITratamento com sulfato de alumínioTratamento com sulfato de alumínio

Purificação de Água – Parte IPurificação de Água – Parte ITratamento com sulfato de alumínioTratamento com sulfato de alumínio

Viktória/Wanda/Alessandra

Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira

auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP



Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio

Informações Informações


Dispersões coloidais espalham a luz (efeito Tyndall).

Hidróxido de alumínio é pouco solúvel e precipita sob a forma de sólido gelatinoso.

a) Coloque em um béquer de 1 L, cerca de 500mL de água de represa e reserve para comparação.


bancada retroprojetor

b) Em outro béquer de 1 L contendo cerca de 500mL de água de represa, adicione cerca de 1,0ml de solução saturada de sulfato de alumínio e agite.


Al2(SO4)2

solução saturada

retroprojetor



c) A seguir, acrescente aos poucos 30 a 50mL de solução saturada de hidróxido de cálcio e agite. Agite brandamente.

Ca(OH)2

solução saturada retroprojetor

retroprojetor




d) Deixe em repouso e observe.

retroprojetor


Etapa de decantaçãoEtapa de decantação

15 min 5,0 min 3,5 min2,0 min

e) Filtre cerca de 100mL de água de represa e observe.


bancada

f) Filtre um pouco do líquido do béquer onde ocorreu o tratamento da água de represa e observe.


bancada

Etapa de FiltraçãoEtapa de Filtração

g) Compare os recipientes contendo a água de represa filtrada e a água de represa tratada e filtrada.


retroprojetor


Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínioPurificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio

1- Apresente suas observações sobre:

a) Aspecto visual da água de represab) Aspecto visual da água de represa apenas filtradac) Aspecto visual da água tratada

2- Que produto se forma quando são misturados sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio? Escreva a equação da reação.

3- Comparando os dois filtrados obtidos (sem e com tratamento), proponha uma explicação para os fatos observados.

Purificação de Água – Parte IIPurificação de Água – Parte IITratamento com resinas trocadoras de íonsTratamento com resinas trocadoras de íons

Purificação de Água – Parte IIPurificação de Água – Parte IITratamento com resinas trocadoras de íonsTratamento com resinas trocadoras de íons




Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira

auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP

Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íonsPurificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons


O papel indicador universal é constituído de uma mistura de corantes de permitem avaliar o pH no intervalo de 1 a 10, através da variação de cor



A presença de íons numa solução pode ser verificada pela passagem de corrente elétrica num circuito em série com 2 eletrodos e as lâmpadas.

O líquido que atravessou uma coluna de resina é chamado de líquido eluído.


Resina trocadora de íonsResina trocadora de íons Resina trocadora de íonsResina trocadora de íons


São materiais sólidos

Porosos

Insolúveis

Forma de pérolas ou bastonetes

Tem a propriedade de

trocar íons

São constituídas por um esqueleto ou matriz orgânica ou inorgânica em que se encontram fixos grupos carregados (positivos ou negativos) e para manter a neutralidade devem conter íons móveis ou deslocáveis, de carga oposta

Investigação sobre as resinas A e BInvestigação sobre as resinas A e B

a) Observe as soluções de K2SO4, CuSO4 e K2Cr2O7


comparecomparecomparecompare


b) Observe o que ocorre quando se mistura igual volume de soluções de CuSO4 e K2Cr2O7.


Reação ou mistura?


+ =


c) Observe o que ocorre quando se coloca um tubo de ensaio contendo um pouco de solução de CuSO4 em

um béquer contendo solução de K2Cr2O7.





d) Passe a solução obtida no item b) pela coluna de resina A.


e) Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina A.



pH = - log[H+]pH = - log[H+]


f) Passe o líquido eluído da resina A pela coluna de resina B.


g) Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina B.




Recuperação da Recuperação da ResinaResina AA

h) Passe uma solução

4,0 mol/L de H2SO4

pela coluna da resina

A e observe o líquido

eluído.

h) Passe uma solução

4,0 mol/L de H2SO4

pela coluna da resina

A e observe o líquido

eluído.


Recuperação da Recuperação da ResinaResina BB

i) Passe uma solução 4,0

mol/L de NaOH pela

coluna de resina B e

observe o líquido

eluído.

i) Passe uma solução 4,0

mol/L de NaOH pela

coluna de resina B e

observe o líquido

eluído.


Purificação de águaPurificação de água

a) Verifique com o papel indicador universal o pH da água a ser purificada.

Viktória/Wanda/AlessandraViktória/Wanda/Alessandra



b) Verifique a condutividade da água a ser purificada.



c) Passe pela coluna de resina A, cerca de 20mL (medidos com auxílio de uma proveta) da água a se purificada.


d) Recolha o líquido eluído em um béquer de 150mL limpo


e) Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina A.





f) Verifique a condutividade do líquido eluído da resina A.



g) Passe o líquido eluído da coluna de resina A pela coluna de resina B.




h) Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina B.




i) Verifique a condutividade desse líquido eluído da resina B.


Interpretação da investigação das resinas A e BInterpretação da investigação das resinas A e B

Íon responsável pela cor azul

Íon responsável pela cor alaranjada

Íons presentes na solução verde

Íons presentes no líquido eluído da coluna de resina A

Provável composição do líquido eluído da coluna de resina B

Na etapa (h) ao passar H2SO4 (4,0mol/L) pela resina A obtém-se

Na etapa (i) ao passar NaOH (4,0mol/L) pela resina B obtém-se Viktória/Wanda/

Alessandra


Interpretação do Experimento de Purificação de ÁguaInterpretação do Experimento de Purificação de Água

1- Descreva suas observações sobre a água impura, o líquido eluído da resina A e o líquido eluído da resina B quanto a passagem da corrente elétrica.


2- Explique os valores de pH obtidos na água impura, no líquido eluído da resina A e no líquido eluído da resina B.

3- Que espécies podem ser removidas pelo tratamento com as resinas A e B?

4- Após a purificação de muita água, como ficam as resinas? Como elas podem ser recuperadas para purificar mais água?

Fase Final - Parte IIIFase Final - Parte IIIRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência

Fase Final - Parte IIIFase Final - Parte IIIRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência



Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelo Dr. Omar El Seoud, Prof. Titular do IQ-USP

Relação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e DetergênciaRelação entre Dureza da Água e Detergência

InformaçõesInformações

O sabão em barra empregado é um sal de ácidos graxos. A fórmula (média) de sabão de coco é C11H23CO2Na.

Detergentes de lavar louça e roupa são principalmente a base de derivados de petróleo, e se comportam, em alguns aspectos, de maneira diferente do que sabão em barra.

InformaçõesInformações

A água do mar tem sais inorgânicos, principalmente de sódio, cálcio, e magnésio. Água “dura” tem os mesmos sais, embora em menor quantidade.

CH2CO2NaCH2N

CH2CO2Na

CH2CO2NaCH2N

CH2CO2Na

A fórmula de EDTA é:

O sabão funciona adequadamente em qualquer tipo de água?

Experiência 1: Desempenho de sabão de coco em água de torneira e água do mar.

+ =

Experiência 2: Efeito de NaCl sobre o desempenho de sabão.

Experiência 3: Reação entre soluções de CaCl2 e de Na2CO3.

Adição de solução (0,02mol/L) de Na2CO3 na solução de CaCl2

Solução (0,02mol/L) de CaCl2

Produto da reação

Produto da reação

Experiência 4: Efeito de adição de EDTA (etilenodiamina-tetraacetato de sódio) sobre a mistura

obtida na experiência 3.

Adição de EDTA no produto da reação entre CaCl2 e

Na2CO3

Produto da reação entre CaCl2 e Na2CO3 Produto da reação entre CaCl2 e Na2CO3

Soluçãoresultante

Soluçãoresultante

Experiência 5: Efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão

em água do mar.

+ =Adição de sabão na água do mar

Adição de EDTA na mistura de sabão e água do mar


1- Escrever equação balanceada da reação entre as soluções de CaCl2 e Na2CO3.

2- Explicar o efeito de EDTA sobre o produto da reação entre soluções de CaCl2 e Na2CO3.

3- Por que o desempenho de sabão é diferente em solução de NaCl que em água do mar?

4- Explicar o efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão em água do mar.

5- Em diversos países da Europa a água para uso

doméstico é classificada como “dura”, devido a seu

conteúdo relativamente alto de sais. Nestes países,

as formulações dos detergentes em pó contém

zeólitas. Estes são trocadores de íons, à base de

aluminosilicatos de sódio (xNa2O.Al2O3.ySiO2.zH2O,

onde x, y e z são números).

Baseado em todas as experiências mostradas hoje,

qual é o papel das zeólitas nestas formulações?


Fim da apresentaçãoDepois de responder às perguntas,

você pode comparar suas respostas, com as publicadas na AllChemy,

http://allchemy.iq.usp.brna página da OQ SP-2002

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