Habilidades Práticas em Química II

WCH16 assume o trabalho prático das Unidades 4 e 5 e pede que você os defenda: qual cátion é este quando dois precipitados parecem idênticos, por que o volume de um reagente não precisa ser exato, quais titulações entram na média e qual o valor da inclinação de uma linha reta em kJ mol⁻¹. A prova recompensa o químico que sabe por que cada etapa ocorreu — e testará felizmente o esquema palavra por palavra.

WCH16/01 Habilidades Práticas em Química II tem 1 hora 20 minutos, 50 pontos, todos obrigatórios, focando principalmente nas Unidades 4–5, mas permitindo uso das Unidades 1–2. As habilidades avaliadas correspondem à Unidade 3 — resolução prática de problemas, métodos, numeracia, equipamentos — agora aplicadas a equilíbrios, cinética, metais de transição e síntese orgânica.

Com hidróxido de sódio aquoso: Cu²⁺ dá um precipitado azul-claro (solução azul-escura em excesso de amônia); Fe²⁺ um precipitado verde que escurece ao ar; Fe³⁺ um precipitado marrom-ferrugem; Mn²⁺ um precipitado marrom-claro que escurece com o tempo — o catione do 2025 papel; NH₄⁺ sem precipitado, mas aquecimento libera amônia que torna o papel-de-turmal vermelho-umedecido azul. Equações iônicas podem usar qualquer formato:

A dissolução de hidróxido de ferro(III) em ácido sulfúrico resulta no complexo amarelo-acastanhado $[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{3+}$. Um composto desconhecido com $M_r$ 197.9 e análise Mn²⁺/Cl⁻ é MnCl₂·4H₂O: $197.9 - (54.9 + 71.0) = 72.0 = 4 \times 18.0$. Um sal contendo dois cátions (precipitado verde + amônia aquecida + precipitado branco com cloreto de bário acidificado) é sal de Mohr, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.

O tiossulfato é adicionado em uma pequena quantidade conhecida à mistura peroxodissulfato–iodeto: reage com o iodo à medida que se forma ($2\mathrm{S_2O_3^{2-}} + \mathrm{I_2} \rightarrow \mathrm{S_4O_6^{2-}} + 2\mathrm{I^-}$), então a mudança de cor é atrasada até que o tiossulfato seja consumido (uma reação de relógio) — então o próximo iodo torna o amido azul-negro (de incolor). Como a mesma pequena quantidade de iodo está esperando em todo ponto final, $1/t$ é proporcional à velocidade inicial. Duas marcas de técnica escondem-se no 2025 esquema: uma bureta (não um medidor volumétrico) adiciona mesmo o amido, porque manter o volume total idêntico mantém as concentrações dos reagentes constantes entre corridas — não porque buretas são mais precisas; e ambos os tubos equilibram-se em banho de água antes da mistura, com a temperatura registrada na mistura de reação.

Preencher a tabela exige disciplina aritmética: $T(\mathrm{K}) = T(^\circ\mathrm{C}) + 273$, $1/t$ para 3 algarismos significativos, $\ln(1/t)$ para 2 casas decimais. A linha reta de $\ln(1/t)$ contra $1/T$ tem inclinação $m = -E_a/R$ com $E_a$ sendo a energia de ativação:

Valor positivo, kJ mol⁻¹, sem sinal negativo — o sinal já está na inclinação.

O experimento de hidróxido de cálcio mostra a cadeia completa. Por que esperar um dia? Para atingir equilíbrio — uma solução saturada. Indicador: laranja de metila (amarelo → laranja) ou fenolftaleína (rosa → incolor). Titulações 9.95, 9.55 e 9.45 cm³: a primeira não é concordante e é excluída — média $= (9.55 + 9.45)/2 = 9.50$ cm³. A titulação esperada de 0.100 mol dm⁻³ HCl a partir da solubilidade da tabela de dados (1.56 g dm⁻³):

Um titrante médio menor que o esperado, sabendo que a solubilidade diminui com o aumento da temperatura, significa que o experimento ocorreu mais quente que 20 °C. Finalmente $K_c = [\mathrm{Ca^{2+}}][\mathrm{OH^-}]^2 = 0.0190 \times (0.0380)^2 = 2.74 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}$ — unidades derivadas, não memorizadas.

A preparação de benzoato de fenila (cloreto de benzóilo + fenol em hidróxido de sódio) é o modelo.

• Segurança: luvas para pesar fenol (tóxico por absorção cutânea); capela porque cloreto de benzóilo é tóxico por inalação.
• Por que um volume pode ser inexato: mostre por cálculo qual reagente limita. $9\ \mathrm{cm^3} \times 1.21 = 10.89$ g $= 0.0775$ mol cloreto de benzóilo, contra $5.00/94.0 = 0.0532$ mol de fenol — cloreto de benzóilo está em excesso, então seu volume exato não afeta o rendimento.
• Lavagem com água remove as impurezas solúveis: cloreto de benzoíla em excesso (hidrolisado), HCl, NaOH, NaCl. Nunca diga "impurezas insolúveis" — o esquema a rejeita.
• Recristalização: dissolver no mínimo de solvente quente — a 60 °C, abaixo do ponto de ebulição do etanol e, crucialmente, abaixo da temperatura de fusão do produto (71 °C), para que os cristais não derretam; resfriar em gelo-água; filtrar; lavar com solvente frio, que remove impurezas solúveis enquanto os cristais mal se dissolvem. Uma temperatura de fusão nítida no valor da tabela de dados certifica a pureza.

Exemplo resolvido (rendimento). $n$(fenol) $= 5.00/94.0 = 0.0532$ mol; 1:1 estequiometria; massa teórica $= 0.0532 \times 198.0 = 10.5$ g; com rendimento de 65.0 %, a massa é $= 6.85$ g.

Assim como em toda esta qualificação, a prova escrita amostra seu entendimento do trabalho prático: as observações, os motivos, a aritmética e o julgamento. A destreza manipulativa — um ponto final de titração limpo, um tubo de Thiele funcional, uma transferência quantitativa — é construída em sala através dos próprios práticas centrais.

1. Um precipitado marrom claro que escurece ao ficar exposto ao ar: qual cátion, e o que o escurece?
2. Escreva duas equações iônicas aceitáveis para o precipitado verde quando NaOH(aq) encontra uma solução de Fe²⁺.
3. O sal B forma um precipitado verde com NaOH, amônia aquecida e um precipitado branco com cloreto de bário acidificado. Deduza o sal.
4. Por que se adiciona tiossulfato a uma reação relógio e o que encerra o cronômetro?
5. Volumens titrimétricos 9.95, 9.55, 9.45 cm³ — quais entram na média, e qual é ela?
6. A partir de um gradiente de ln(1/t)–1/T de −6045 K, calcule $E_a$ com unidade.
7. Por que dissolver o sólido bruto a 60 °C em vez do ponto de ebulição do etanol?
8. Cite duas coisas que uma lavagem com água remove do benzoato de fenila bruto e uma frase rejeitada pelo esquema.
9. Esboce ou descreva o aparelho de temperatura de fusão, nomeando três partes rotuladas.
10. 5.00 g de fenol (Mr 94.0) com rendimento de 65.0 % resultam em que massa de benzoato de fenila (Mr 198.0)?

Respostas: 1 Mn²⁺; o ar oxida o Mn(OH)₂ marrom-claro para um óxido/hidróxido de manganês(III/IV) mais escuro; 2 $\mathrm{Fe^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2}$, ou $[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{2+} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2(H_2O)_4} + 2\mathrm{H_2O}$; 3 (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ — NH₄⁺, Fe²⁺ e SO₄²⁻; 4 reage com o iodo à medida que se forma, atrasando a cor do amido até que uma pequena quantidade fixa de iodo tenha sido produzida; a cor azul-negra; 5 9.55 e 9.45 (concordantes dentro de 0.2 cm³); média 9.50 cm³; 6 $E_a = 6045 \times 8.31 = 50.2$ kJ mol⁻¹; 7 o ponto de ebulição do etanol (78 °C) está acima da temperatura de fusão do produto (71 °C) — na ebulição os cristais derretariam; 60 °C dissolve sem derreter; 8 remove cloreto de benzoíla em excesso, HCl, NaOH ou NaCl (solúvel) — "impurezas insolúveis" é rejeitado; 9 Tubo de Thiele (ou tubo de ensaio/frasco) preenchido com óleo, termômetro rotulado no líquido, tubo capilar de cristais acoplado, aquecido com chama (não elétrico); 10 $n = 5.00/94.0 = 0.0532$ mol; $0.0532 \times 198.0 \times 0.650 = 6.85$ g.