Apresenta

1
Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química
USP São Paulo Coordenação Prof. Dr. Ivano G.
R. Gutz
2
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo FASE
FINAL
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
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.
3
Olimpíada da Química do Estado de São Paulo FASE
FINAL
Esta 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.
4
Introdução Geral
Etapas de Purificação de água em uma Estação de
Tratamento de Água (ETA)
5
Etapa de adição dos reagentes
6
Etapa de decantação
7
Etapa de Filtração
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Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química
USP São Paulo Coordenação Prof. Dr. Ivano G.
R. Gutz
Purificação de Água Parte ITratamento com
sulfato de alumínio
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002
pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e
Wanda de Oliveiraauxiliadas pela monitora
Alessandra, todas do IQ-USP
Viktória/Wanda/Alessandra
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Purificação de Água - Tratamento com sulfato de
alumínio
Informações
Dispersões coloidais espalham a luz (efeito
Tyndall).
Hidróxido de alumínio é pouco solúvel e precipita
sob a forma de sólido gelatinoso.
Viktória/Wanda/Alessandra
10

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

bancada
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
11

1. 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.

Etapa de adição dos reagentes
Al2(SO4)2 solução saturada
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
12

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

Etapa de adição dos reagentes
retroprojetor
Ca(OH)2 solução saturada
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
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1. Deixe em repouso e observe.

Etapa de decantação
15 min
5,0 min
3,5 min
2,0 min
retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
14

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

bancada
Viktória/Wanda/Alessandra
15

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

Etapa de Filtração
bancada
Viktória/Wanda/Alessandra
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1. Compare os recipientes contendo a água de represa
   filtrada e a água de represa tratada e filtrada.

retroprojetor
Viktória/Wanda/Alessandra
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Purificação de Água - Tratamento com sulfato de
alumínio
1- Apresente suas observações sobre a) Aspecto
visual da água de represa b) Aspecto visual da
água de represa apenas filtrada c) 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.
Viktória/Wanda/Alessandra
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Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química
USP São Paulo Coordenação Prof. Dr. Ivano G.
R. Gutz
Purificação de Água Parte IITratamento com
resinas trocadoras de íons
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002
pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e
Wanda de Oliveiraauxiliadas pela monitora
Alessandra, todas do IQ-USP
Viktória/Wanda/Alessandra
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Purificação de Água - Tratamento com resinas
trocadoras de íons
Informações
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
Viktória/Wanda/Alessandra
20
Informações
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.
Viktória/Wanda/Alessandra
21
Resina trocadora de 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
Viktória/Wanda/Alessandra
22
Investigação sobre as resinas A e B

1. Observe as soluções de K2SO4, CuSO4 e K2Cr2O7

compare
Viktória/Wanda/Alessandra
23
Investigação sobre as resinas A e B

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

Reação ou mistura?
Viktória/Wanda/Alessandra
24
Investigação sobre as resinas A e B

1. 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.

Reação ou mistura?
Viktória/Wanda/Alessandra
25
Investigação sobre as resinas A e B

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

Viktória/Wanda/Alessandra
26
Investigação sobre as resinas A e B

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

pH - logH
Viktória/Wanda/Alessandra
27
Investigação sobre as resinas A e B

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

Viktória/Wanda/Alessandra
28
Investigação sobre as resinas A e B

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

pH - logH
Viktória/Wanda/Alessandra
29
Recuperação da Resina A

1. Passe uma solução 4,0 mol/L de H2SO4 pela coluna
   da resina A e observe o líquido eluído.

Viktória/Wanda/Alessandra
30
Recuperação da Resina B

1. Passe uma solução 4,0 mol/L de NaOH pela coluna
   de resina B e observe o líquido eluído.

Viktória/Wanda/Alessandra
31
Purificação de água
a) Verifique com o papel indicador universal o pH
da água a ser purificada.
pH - logH
Viktória/Wanda/Alessandra
Viktória/Wanda/Alessandra
32
Purificação de água

1. Verifique a condutividade da água a ser
   purificada.

Viktória/Wanda/Alessandra
33
Purificação de água

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

1. Recolha o líquido eluído em um béquer de 150mL
   limpo

Viktória/Wanda/Alessandra
34
Purificação de água

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

pH - logH
Viktória/Wanda/Alessandra
35
Purificação de água

1. Verifique a condutividade do líquido eluído da
   resina A.

Viktória/Wanda/Alessandra
36
Purificação de água

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

Viktória/Wanda/Alessandra
37
Purificação de água

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

pH - logH
Viktória/Wanda/Alessandra
Viktória/Wanda/Alessandra
38
Purificação de água

1. Verifique a condutividade desse líquido eluído da
   resina B.

Viktória/Wanda/Alessandra
39
Purificação de Água - Tratamento com resinas
trocadoras de íons
Interpretação 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
40
Purificação de Água - Tratamento com resinas
trocadoras de íons
Interpretação 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?
Viktória/Wanda/Alessandra
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Fase Final08/06/2002 - Instituto de Química
USP São Paulo Coordenação Prof. Dr. Ivano G.
R. Gutz
Fase Final - Parte III Relação entre Dureza da
Água e Detergência
Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002
pelo Dr. Omar El Seoud, Prof. Titular do IQ-USP
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Relação entre Dureza da Água e Detergência
Informações
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.
43
Informações
A água do mar tem sais inorgânicos,
principalmente de sódio, cálcio, e magnésio.
Água dura tem os mesmos sais, embora em menor
quantidade.
44
O sabão funciona adequadamente em qualquer tipo
de água?
Experiência 1 Desempenho de sabão de coco em
água de torneira e água do mar.


45
Experiência 2 Efeito de NaCl sobre o desempenho
de sabão.
46
Experiência 3 Reação entre soluções de CaCl2 e
de Na2CO3.
Solução (0,02mol/L) de CaCl2
Produto da reação
Adição de solução (0,02mol/L) de Na2CO3 na
solução de CaCl2
47
Experiência 4 Efeito de adição de EDTA
(etilenodiamina-tetraacetato de sódio) sobre a
mistura obtida na experiência 3.
Produto da reação entre CaCl2 e Na2CO3
Solução resultante
Adição de EDTA no produto da reação entre CaCl2 e
Na2CO3
48
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
49
Relação entre Dureza da Água e Detergência
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.
50
Relação entre Dureza da Água e Detergência
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?
51
Fim da apresentação Depois de responder às
perguntas,você pode comparar suas respostas,
com as publicadas na AllChemy,
http//allchemy.iq.usp.br na página da OQ SP-2002