1. Considera as moléculas representadas pelas seguintes fórmulas químicas:

1

Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exercícios 6

F ÍSICA E Q UÍMICA A - 10 º ANO

 Exercícios resolvidos e propostos

A atmosfera: evolução, estrutura e composição

Exercícios resolvidos

1. Considera as moléculas representadas pelas seguintes fórmulas químicas:

HF F

2

Cl

2

a) Escreve as configurações electrónicas dos átomos que constituem estas moléculas, sabendo que os números atómicos são

1

H,

9

F e

17

Cl.

1

H: 1s

¹

9

F: 1s

²

2s

²

2p

⁵

17

Cl: 1s

²

2s

²

2p

⁶

3s

²

3p

⁶

b) Representa estes átomos em notação de Lewis.

É preciso ter em conta o número de electrões de valência de cada átomo, pois são estes electrões que participam na ligação com os outros átomos: o hidrogénio tem 1 electrão de valência, o flúor tem 7, tal como o cloro (razão pela qual estes dois elementos pertencem ao mesmo grupo da Tabela Periódica).

H

^x

F

^{x x}_{x x}

xx x

Cl

x x xx x

x x

c) Escreve as fórmulas de estrutura molecular.

H

^x

F

ou ^{H F}

x

F F

x x xx x x

ou ^{F F}

x

Cl Cl

^{x x}

xx x

x

ou ^{Cl Cl}

d) As moléculas representadas estão escritas por ordem crescente do comprimento de ligação.

Explica porque motivo estas ligações, todas da mesma ordem, têm comprimento diferente.

As ligações são todas da mesma ordem, pois são todas ligações simples. No entanto, como varia o raio atómico dos átomos que constituem as moléculas, quanto maior o raio atómico maior o comprimento da ligação. Como o raio dos átomos de cloro é o maior de todos, o comprimento da ligação da molécula Cl

2

é o maior.

e) Seguem-se três valores de energia de ligação e comprimento de ligação. Associa, a cada molécula, os valores de energia e comprimento de ligação que lhe corresponde. Justifica.

Energia/kJ mol

^-1

Comprimento/pm

562 141

159 199

242 92

Quanto menor é o comprimento da ligação maior é a energia da mesma. Assim:

HF: 562 kJ/mol; 92 pm

F

2

: 242 kJ/mol; 141 pm

Cl

2

: 159 kJ/mol; 199 pm

2

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2. O metano e o monóxido de carbono são dois componentes vestigiais da atmosfera. As suas fórmulas de estrutura são, respectivamente:

2.1. Indica, para cada molécula:

a) o número de electrões partilhados;

Os electrões partilhados são os electrões ligantes, isto é, os electrões que participam na ligação. Assim:

b) o número de electrões não partilhados;

Os electrões não partilhados são os electrões que não participam na ligação, isto é, os electrões não ligantes. Na molécula de metano, todos os electrões são partilhados, logo não há electrões não partilhados. Na molécula de monóxido de carbono, há 4 electrões não partilhados.

c) o tipo de ligação covalente estabelecida entre os seus átomos.

Na molécula de metano, ligação covalente simples e na molécula de monóxido de carbono, ligação covalente tripla.

2.2. Esquematiza a geometria da molécula de metano.

Geometria tetraédrica

C H

H

H H

Exercícios propostos

3. Na atmosfera encontram-se radicais livres e iões.

3.1. Indica em que condições ocorre a sua formação.

3.2. Indica em que camadas atmosféricas é maior a concentração de:

a) radicais livres;

b) iões.

4. As equações que se seguem estão incompletas e traduzem reacções que ocorrem na estratosfera.

A: ___(1)____ → O

^

+ O

^

B: O

^

+ ___(2)____ → O

3

a) Completa as equações, substituindo os números (1) e (2) correspondentes pelas representações simbólicas.

b) Uma destas equações traduz uma reacção que ocorre por acção da radiação UV. Identifica essa reacção e indica o papel da radiação.

5. Considera as transformações traduzidas por A, B e C.

A:

^

B: O

3

+ O

^

→ 2 O

2

C: O

3

+ Cl

^

→ ClO

^

+ O

2

H C H

H H

O C

H C H

H H

O C

Dois electrões partilhados Como há 4 ligações, cada uma correspondendo à partilha de 2 electrões, tem-se um total de 8 electrões partilhados.

Três pares de electrões partilhados = 6 electrões partilhados

3

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a) Descreve, por palavras, cada uma destas transformações.

b) Atribui uma possível designação comum às três transformações.

6. As moléculas de O

2

e N

2

são as mais abundantes no ar atmosférico. A energia de dissociação das ligações nestas moléculas é, respectivamente, 1,6×10

^-18

J por molécula e 8,3×10

^-18

J por molécula.

a) Escreve uma equação que traduz a formação de radicais livres a partir de O

2

.

b) Qual destas moléculas origina radicais livres sob a acção de radiações menos energéticas?

Justifica.

c) Sabendo que a energia das radiações visíveis varia entre 2,5×10

^-19

J e 5,2×10

^-19

J conclui se alguma radiação visível é capaz de provocar a formação destes radicais livres.

d) Explica porque motivo nas camadas mais exteriores da atmosfera se formam preferencialmente iões por acção da radiação nas moléculas gasosas, enquanto que na troposfera e na estratosfera se formam radicais livres.

7. O conhecimento do modo como os átomos se ligam para formar moléculas permite compreender mais facilmente as transformações que ocorrem na atmosfera. Classifica cada uma das afirmações seguintes como verdadeira ou falsa.

(A) Chama-se comprimento de ligação à distância média entre as nuvens electrónicas dos dois átomos ligados.

(B) A distância internuclear de dois átomos ligados é uma distância média que corresponde à estabilidade máxima do conjunto.

(C) A energia libertada para romper a ligação entre dois átomos numa molécula diatómica é igual à energia necessária para formar essa ligação.

(D) Quanto menor é o comprimento de uma ligação maior é a sua energia.

8. X

2

e Y

2

representam duas possíveis moléculas cujas fórmulas de estrutura são:

8.1. Indica:

a) qual das duas ligações é mais forte;

b) qual das duas ligações tem menor comprimento.

8.2. Considerando que a energia de ligação em Y

2

é 946,0 kJ mol

^-1

, calcula a energia necessária para romper as ligações de 6,02×10

²²

moléculas.

9. Considera as moléculas representadas pelas seguintes fórmulas químicas:

H

2

O NH

3

CFCl

3

H

2

S

e os números atómicos dos elementos que as constituem:

1

H,

6

C,

7

N,

8

O,

9

F,

16

S,

17

Cl.

9.1. Partindo das notações de Lewis para os átomos, escreve as fórmulas de estrutura destas moléculas.

9.2. Para as moléculas H

2

O, NH

3

e H

2

S indica:

a) quantos electrões de valência não ligantes há em cada molécula;

b) a geometria de cada uma destas moléculas;

c) em qual das moléculas H

2

O ou H

2

S é menor o ângulo de ligação. Justifica.

10. O metano é, dos gases vestigiais da atmosfera, um dos mais abundantes e a sua concentração tem vindo sucessivamente a aumentar nas últimas décadas.

O metano é um hidrocarboneto.

a) Indica o significado desta afirmação.

b) Muitos hidrocarbonetos são alcanos. De entre as fórmulas moleculares seguintes, selecciona as que representam alcanos:

C

4

H

10

C

2

H

6

O C

2

H

4

C

3

H

8

CH

3

Cl

c) Escreve a fórmula de estrutura dos alcanos que se podem obter com 5 átomos de carbono.

4

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11. Indica o nome dos seguintes compostos.

(A) (F)

(B) (G)

(C) (H)

(D) (I)

(E) (J)

12. Escreve a fórmula de estrutura dos seguintes compostos:

a) Metano b) Metilbutano

c) 3,3-dimetil-hexano d) 1,1-dimetilciclopentano e) 3-etil-2-metiloctano f) 3,3-dietil-2-metilpentano g) Diclorodifluorometano

h) 1,1,1-tricloro-2,2,2-trifluoroetano i) 1,2-dibromoetano

13. A molécula de cloro (Cl

2

) tem 2 electrões ligantes e 12 electrões não ligantes.

a) Representa a estrutura da molécula, usando a notação de Lewis.

b) Indica a ordem de ligação para esta molécula.

c) Compara a força da ligação desta molécula com a que se estabelece na molécula de oxigénio (O

2

).

14. Considera o seguinte conjunto de fórmulas químicas que representam algumas substâncias inorgânicas.

(A) CO (B) HF (C) K

2

O (D) N

2

O

4

(E) PbI

2

(F) BaCl

2

(G) NH

4

Br (H) H

3

PO

3

(I) ZnO (J) LiHO (K) AgNO

3

(L) KMnO

4

(M) CO

2

(N) H

2

SO

4

(O) Fe

2

O

3

(P) Al(HO)

3

14.1. Indica as substâncias que representam:

a) óxidos iónicos;

b) óxidos moleculares;

c) ácidos, quando em solução aquosa;

d) hidróxidos;

e) sais.

C

H

₃

CH

₂

CH

₂

CH

₃

CH CH

₃

C

H

₃

Br

C H

₂

CH

₂

CH

₂

C

H

₂

H

₃

C C CH

₂

F

Cl

CH

₃

C

H

₃

CH

₂

CH

₂

CH

₂

CH

₃ H₃C (CH₂)₅ CH₃

CH

₂

C Cl Cl

Cl Cl

(H₃C)₃ C Cl

CH CH CH

₃

CH

₃

C

H

₃

CH

₃

C H

₂

CH

C H

₂

CH

₂

CH Br

Br

5

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14.2. Indica:

a) o carácter químico das soluções aquosas das substâncias B, H, J, N e P;

b) os aniões que as substâncias B, H e N originam em solução aquosa;

c) o nome das substâncias B, H e N, quando em solução aquosa.

15. Indica o nome ou a fórmula química das substâncias listadas a seguir.

a) MgO

2

b) NO

2

c) Óxido de ferro (III) d) Nitrato de sódio e) ZnS

f) Peróxido de cálcio g) Carbonato de cobre (II) h) CuO

i) Na

3

PO

4

j) Hidróxido de alumínio

SOLUÇÕES

3.1.) Relacionar dissociação com energia da radiação absorvida e com a energia de ligação entre os átomos que constituem a molécula e ionização com energia da radiação incidente e energia necessária para remover um electrão a um dos átomos que constituem a molécula.

3.2.a) Estratosfera e troposfera, pois é necessária radiação UV

B

(menos energética).

3.2.b) Mesosfera e termosfera, pois é necessária radiação muito energética: UV

C

, raios X e raios .

4a) (1) O

2

; (2) O

2

4b) (A); dá-se uma quebra das ligações.

5b) Ciclo de decomposição fotoquímica do ozono 6a)

^

^

6b) O

2

(menor energia de ligação) 6c) Não

6d) Nas camadas exteriores da atmosfera existe radiação com energia igual ou superior à energia de ionização de um dos átomos que constitui a molécula. Na troposfera e na estratosfera a radiação absorvida tem energia igual ou superior à energia de dissociação dos átomos que constituem as moléculas, logo formam-se radicais livres.

7) Verdadeiras: (A), (B), (D); Falsa: (C) 8.1.a) Molécula Y

2

, ligação tripla 8.1.b) Y

2

9.1.) H O

x x x x xx

H

x x

N

x x

H

x

H H

C Cl

Cl Cl F

x^x

x x x x x x x x

x x x x x xxx xx

xx xx

xx xx

S H H

x x

9.2.a) H

2

O: 4; NH

3

: 2; H

2

S: 4

9.2.b) H

2

O e H

2

S: angular; NH

3

: piramidal trigonal

9.2.c) H

2

S; o raio do átomo de S é maior do que o do átomo de O, logo o comprimento da ligação é maior, o que faz com que o ângulo de ligação seja menor.

10a) Composto somente por átomos de carbono e hidrogénio 10b) C

4

H

10

; C

3

H

8

10c)

^H3^C CH₂ CH₂ CH₂ CH₃

^H

³

^{C CH}

²

^{CH CH}

³

CH

₃

C

H

₃

C CH

₃

CH

₃

CH

₃

11 (A) Butano

(B) ciclobutano (C) pentano

(D) 1,1,1,2-tetracloroetano

(E) 2,3-dimetilbutano

(F) 2-bromopropano

(G) 2-cloro-2fluorobutano

6

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(H) heptano

(I) 2-cloro-2metilpropano

(J) 1,3-dibromociclopentano 12.

a) H C H

H H

b) ^H

3

^C CH CH

₂

CH

₃

CH

₃

c) CH

₂

C CH

₂

CH

₂

CH

₃

C H

₃

CH

₃

CH

₃

d) ^H

³

^{C CH}

³

e) ^{CH CH CH}

2

CH

₂

CH

₂

C

H

₃

CH

₂

CH

₂

C H

₃

CH

₃

CH

₃

f) ^{CH C CH}

2

CH

₃

CH

₂

C

H

₃

C H

₃

CH

₃

CH

₂

CH

₃

g) F C Cl

Cl F

h) Cl C Cl

C Cl

F F F

i)

H C Br

C H

Br H H

13a) Cl Cl

x x x x x x x

13b) simples 13c)

O O

^xx

xxx x

Na molécula de O

2

estabelece-se uma ligação dupla entre os seus átomos, cuja energia é superior à da ligação simples na molécula de Cl

2

.

14.1a) (C), (I), (O) 14.1.b) (A), (D), (M) 14.1c) (B), (H), (N) 14.1d) (J), (P)

14.1e) (E), (F), (G), (K), (L)

14.2a) ácido: (B), (H), (N); básico: (J), (P)

14.2b) (B): H

⁺

e F

^-

; (H): H

⁺

e

; (N): H

⁺

e

14.2c) (B): ácido fluorídrico; (H): ácido fosfórico; (N): ácido sulfúrico 15.

a) óxido de magnésio b) dióxido de azoto c) Fe

2

O

3

d) NaNO

3

e) sulfureto de zinco f) CaO

2

g) CuCO

3

h) óxido de cobre (II)

i) fosfato de sódio

j) Al(HO)

3