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Resolução do Simulado FUVEST I QUI-IV β Vitor Terra E aí, o que acharam do simulado? Questão 59 β 1ª fase Questão 59 β 1ª fase O elemento químico hidrogênio (Z = 1) é encontrado na natureza na forma de três isótopos diferentes: prótio, deutério e trítio, conforme a tabela a seguir: Prótio Deutério Trítio Símbolo 1 1π» 2 1π» 3 1π» Número de massa 1 2 3 Abundância 99,985% 0,015% traços* * significa que a quantidade encontrada na natureza é muito pequena, quase nula. Para simplificar, será adotado o símbolo H para o prótio e D para o deutério. O prótio e o deutério podem formar três substâncias diferentes: H2, D2 e HD, todas gasosas nas CNTP (0°C e 1 atm). Considerando essas informações, assinale a alternativa incorreta: Questão 59 β 1ª fase a) Os três isótopos do hidrogênio possuem um único próton em seu núcleo. π΄ Representação de um átomo: ππ Z = número atômico = número de prótons 1 2 3 Isótopos do hidrogênio: ππ», ππ», ππ» Todos tem Z = 1 β 1 próton no núcleo Correta! Questão 59 β 1ª fase b) O prótio não possui nenhum nêutron em seu núcleo, enquanto o deutério possui apenas um. A: número de massa, N: número de nêutrons A=Z+N 1 Prótio: 1π» A = 1, Z = 1 1=1+N N=0 Correta! 2 Deutério: 1π» A = 2, Z = 1 2=1+N N=1 Questão 59 β 1ª fase c) Nas CNTP, o volume ocupado por um mol de D2 é maior do que o volume ocupado pela mesma quantidade de H 2. Volume de 1 mol de gás ideal nas CNTP: 22,4 L/mol 1 mol de D2 e 1 mol de H2 ocupam o mesmo volume nas CNTP: 22,4 L! Incorreta! Questão 59 β 1ª fase d) Nas CNTP, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2. Densidade de um gás ideal: π = ππ π π Como o D2 e o H2 estão nas mesmas pressão e temperatura (CNTP), então a densidade vai ser diretamente proporcional à massa molar do gás. Questão 59 β 1ª fase d) Nas CNTP, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2. Massa atômica do H: 1 u Massa atômica do D: 2 u Massa molecular do H2: 2 u Massa molecular do D2: 4 u Massa molar do H2: 2 g/mol Massa molar do D2: 4 g/mol Questão 59 β 1ª fase d) Nas CNTP, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2. Como a massa molar do D2 é duas vezes maior do que a do H2, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2, nas CNTP. Correta! Questão 59 β 1ª fase e) Nas CNTP, a densidade de uma mistura de um mol de H2 e um mol de D2 é igual à densidade do HD. Massa molecular do HD: 1 + 2 = 3 u Massa molar do HD: 3 g/mol Mistura de 1 mol de H2 e 1 mol de D2 Massa molar média: π= ππ ππ = ππ»2 +ππ·2 ππ = 2+4 2 = π π/πππ Questão 59 β 1ª fase e) Nas CNTP, a densidade de uma mistura de um mol de H2 e um mol de D2 é igual à densidade do HD. A massa molar do HD é igual a massa molar média da mistura, portanto, nas CNTP, as suas densidades são iguais! Correta! Questão 59 β 1ª fase Alternativa incorreta: a) Os três isótopos do hidrogênio possuem um único próton em seu núcleo. b) O prótio não possui nenhum nêutron em seu núcleo, enquanto o deutério possui apenas um. c) Nas CNTP, o volume ocupado por um mol de D2 é maior do que o volume ocupado pela mesma quantidade de H2. d) Nas CNTP, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2. e) Nas CNTP, a densidade de uma mistura de um mol de H2 e um mol de D2 é igual à densidade do HD. Questão 59 β 1ª fase Alternativa incorreta: a) Os três isótopos do hidrogênio possuem um único próton em seu núcleo. b) O prótio não possui nenhum nêutron em seu núcleo, enquanto o deutério possui apenas um. c) Nas CNTP, o volume ocupado por um mol de D2 é maior do que o volume ocupado pela mesma quantidade de H2. d) Nas CNTP, a densidade do D2 é duas vezes maior do que a densidade do H2. e) Nas CNTP, a densidade de uma mistura de um mol de H2 e um mol de D2 é igual à densidade do HD. Questão 60 β 1ª fase Questão 60 β 1ª fase A fermentação alcóolica é um processo biológico utilizado por algumas espécies de fungos para obter energia a partir da glicose. Ao contrário da respiração celular, é um processo anaeróbio, ou seja, é realizado na ausência de oxigênio. A equação química global do processo e o diagrama de entalpia correspondente são mostrados a seguir: C6H12O6 (s) β 2 C2H5OH(l) + 2 CO2 (g) Questão 60 β 1ª fase Considerando as informações fornecidas, é correto afirmar que a fermentação alcóolica é um processo: a) exotérmico, com βH = 68,9 kJ/mol b) exotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol c) exotérmico, com βH = - 351,3 kJ/mol d) endotérmico, com βH = 351,3 kJ/mol e) endotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol Questão 60 β 1ª fase Entalpia dos produtos: HP = 210,1 kJ/mol Entalpia dos reagentes: HR = 141,2 kJ/mol ΞH = HP β HR ΞH = 141,2 β 210,1 π«H = - 68,9 kJ/mol Como o ΞH é negativo, a reação é exotérmica Questão 60 β 1ª fase Considerando as informações fornecidas, é correto afirmar que a fermentação alcóolica é um processo: a) exotérmico, com βH = 68,9 kJ/mol b) exotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol c) exotérmico, com βH = - 351,3 kJ/mol d) endotérmico, com βH = 351,3 kJ/mol e) endotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol Questão 60 β 1ª fase Considerando as informações fornecidas, é correto afirmar que a fermentação alcóolica é um processo: a) exotérmico, com βH = 68,9 kJ/mol b) exotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol c) exotérmico, com βH = - 351,3 kJ/mol d) endotérmico, com βH = 351,3 kJ/mol e) endotérmico, com βH = - 68,9 kJ/mol Questão 61 β 1ª fase Questão 61 β 1ª fase Dados termoquímicos permitem comparar diferentes combustíveis quanto à energia que fornecem. A comparação pode ser feita, por exemplo, envolvendo igual quantidade em mol, massa ou em volume. O gás hidrogênio (H2) e o etanol (C2H5OH) são duas substâncias que podem ser utilizadas como combustíveis. As equações termoquímicas que representam a combustão do H2(g) e C2H5OH(l) no estado padrão (25°C e 1 atm) estão apresentadas a seguir: H2(g) + ½ O2(g) β H2O(l), βH = -286 kJ/mol C2H5OH(l) + 3 O2(g) β 2 CO2(g) + 3 H2O(l), βH = -1370 kJ/mol Questão 61 β 1ª fase Afirma-se que a combustão do H2(g), em relação à combustão do etanol no estado líquido: I - libera mais energia por mol de oxigênio consumido; II - libera mais energia por grama de combustível consumido; III - libera mais energia por centímetro cúbico de combustível consumido. Note e adote: Volume molar a 25°C e 1 atm: 24,5 L/mol Densidade do etanol a 25°C: 0,8 g/cm³ Massas molares (em g/mol): H = 1, C = 12, O = 16 Questão 61 β 1ª fase Vamos analisar cada um dos itens, começando pelo item I H2(g) + ½ O2(g) β H2O(l) , βH = -286 kJ/mol Combustão do H2(g): libera 286 kJ para cada mol de H2 Para cada mol de H2, é consumido ½ mol de O2 Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 mol de O2 Questão 61 β 1ª fase Energia O2 liberada (kJ) consumido (mol) 286 x ½ 1 1 286 2 π₯ = β = 286 β π = πππ ππ± π₯ 1 2 Questão 61 β 1ª fase C2H5OH(l) + 3 O2(g) β 2 CO2(g) + 3 H2O(l), βH = -1370 kJ/mol Combustão do C2H5OH(l) : libera 1370 kJ para cada mol de C2H5OH Para cada mol de C2H5OH, são consumidos 3 mol de O2 Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 mol de O2 Questão 61 β 1ª fase Energia O2 liberada (kJ) consumido (mol) 1370 x 3 1 1370 3 = β 3π₯ = 1370 β π = πππ, ππ ππ± π₯ 1 Questão 61 β 1ª fase Combustão do H2(g): libera 572 kJ por mol de O2 Combustão do C2H5OH(l) : libera 456,67 kJ para cada mol de O2 Logo, a combustão do H2(g) libera mais energia por mol de O2 consumido do que a combustão do C2H5OH(l). Item I β Correto! Questão 61 β 1ª fase Agora vamos analisar o item II Combustão do H2(g): libera 286 kJ para cada mol de H2 Massa molar do H2: 2 g/mol Cada mol de H2 tem 2 g de H2 Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 g de H2 Questão 61 β 1ª fase Energia Massa de H2 liberada (kJ) (g) 286 x 2 1 286 2 = β 2π₯ = 286 β π = πππ ππ± π₯ 1 Questão 61 β 1ª fase Combustão do C2H5OH(l) : libera 1370 kJ para cada mol de C2H5OH Massa molar do C2H5OH: 2·12 + 6·1 + 1·16 = 46 g/mol Cada mol de C2H5OH tem 46 g Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 g de C2H5OH Questão 61 β 1ª fase Energia Massa de liberada (kJ) C2H5OH (g) 1370 x 46 1 1370 46 = β 46π₯ = 1370 β π = ππ, ππ ππ± π₯ 1 Questão 61 β 1ª fase Combustão do H2(g): libera 143 kJ por g de combustível Combustão do C2H5OH(l) : libera 29,78 kJ por g de combustível Logo, a combustão do H2(g) libera mais energia por grama de combustível consumido do que a combustão do C2H5OH(l). Item II β Correto! Questão 61 β 1ª fase Finalmente, vamos ver o item III Os gases ocupam um volume muito maior do que os líquidos, nas mesmas condições de temperatura e pressão. Então podemos suspeitar que esse item está incorreto. Vamos confirmar com alguns cálculos. Questão 61 β 1ª fase Combustão do H2(g): libera 286 kJ para cada mol de H2 Volume molar de um gás ideal a 25°C e 1 atm: 24,5 L/mol Cada mol de H2 ocupa um volume de 24,5L, ou 24500 cm³ Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 cm³ de H2, a 25°C e 1 atm. Questão 61 β 1ª fase Energia liberada (kJ) Volume de H2 (cm³) 286 x 24500 1 286 24500 286 = β π₯= β π β π, ππ ππ± π₯ 1 24500 Questão 61 β 1ª fase Sabemos do item anterior que a combustão do C2H5OH(l) libera 29,78 kJ (aproximadamente 30 kJ) para cada g de C2H5OH Densidade do C2H5OH a 25°C e 1 atm: 0,8 g/cm³ Cada cm³ de C2H5OH tem 0,8 g Queremos saber a energia liberada ao consumir 1 cm³ de C2H5OH, ou seja, a energia liberada ao consumir 0,8 g de C2H5OH Questão 61 β 1ª fase Energia Massa de liberada (kJ) C2H5OH (g) 30 x 1 0,8 Corresponde a um volume de 1 cm³ 30 1 = β π₯ = 30 β 0,8 β π β ππ ππ± π₯ 0,8 Questão 61 β 1ª fase Combustão do H2(g): libera 0,01 kJ por cm³ de combustível Combustão do C2H5OH(l) : libera 24 kJ por cm³ de combustível (valores aproximados) Logo, a combustão do H2(g) libera bem menos energia por centímetro cúbico de combustível consumido do que a combustão do C2H5OH(l), como esperado. Item III β Incorreto! Questão 61 β 1ª fase Estão corretas as afirmativas: a) I, apenas b) II, apenas c) I e II, apenas d) II e III, apenas e) I, II e III Questão 61 β 1ª fase Estão corretas as afirmativas: a) I, apenas b) II, apenas c) I e II, apenas d) II e III, apenas e) I, II e III Questão 15b β 2º dia Questão 15b β 2°dia Uma planta biônica é colocada em um galpão industrial fechado no qual há risco de contaminação por óxido nítrico. Sabendo que a planta consegue detectar a presença de óxido nítrico quando a sua pressão parcial ultrapassa 0,5 Pa, determine se a planta consegue detectar um vazamento de 2 mol de óxido nítrico neste galpão. Mostre os cálculos realizados. Note e adote: ο΅ O galpão possui um formato de paralelepípedo com 5m de altura, 40m de comprimento e 15 m de largura. ο΅ A temperatura no galpão é de 27°C. ο΅ Constante universal dos gases: πΉ = ππβ π3 π, π πππ πΎ Questão 15b β 2°dia Volume do galpão: 5m 15 m 40 m Questão 15b β 2°dia Volume do galpão: π = πππ‘π’ππ β ππππππππππ‘π β πππππ’ππ π = 5 π β 40 π β 15 π π½ = ππππ π³ Questão 15b β 2°dia Podemos aplicar PV = nRT para o óxido nítrico para descobrir qual a pressão parcial exercida por 2 mol (a quantidade que vazou). Se essa pressão for maior do que 0,5 Pa, a planta consegue detectar o vazamento. ππ = ππ π P=? V = 3000 m³ n = 2 mol R = 8,3 Paβ m3 mol K T = 27+273 = 300 K Questão 15b β 2°dia Substituindo os valores: π β 3000 = 2 β 8,3 β 300 π·= 2β 8,3β 300 3000 10 = 2β 8,3 10 = 16,6 10 = π, ππ π·π A pressão do óxido nítrico ultrapassa o valor mínimo de 0,5 Pa e a planta consegue detectar o vazamento Questão 3 β 3º dia Questão 3 β 3°dia A fotossíntese é um processo realizado por seres vivos clorofilados (plantas de folhas verdes, por exemplo) para armazenar energia luminosa do Sol na forma de glicose. É necessário absorver cerca de 2800 kJ para formar um mol de glicose. A equação química global da fotossíntese é mostrada a seguir: 6 CO2 (g) + 6 H2O(l) β C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) Questão 3 β 3°dia a) A fotossíntese é um processo endotérmico ou exotérmico? Justifique. Endotérmico, pois é um processo no qual ocorre absorção de energia proveniente do sol! Questão 3 β 3°dia b) Em um certo intervalo de tempo durante o dia, uma planta recebe 9800 kJ na forma de energia luminosa vinda do Sol. Supondo que a planta seja capaz de absorver apenas 10% da energia recebida, calcule a massa de glicose produzida para armazenar a energia absorvida pela planta. Massas molares (em g/mol): H = 1, C = 12, O = 16 Questão 3 β 3°dia Dos 9800 kJ recebidos, a planta é capaz de absorver somente 10%: 980 kJ Massa molar da glicose (C6H12O6): 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 g/mol 1 mol de glicose possui 180 g Para cada mol de glicose, são absorvidos 2800 kJ Logo, ao absorver 2800 kJ, são produzidos 180 g de glicose Questão 3 β 3°dia Energia absorvida (kJ) Massa de glicose (g) 2800 980 180 m 2800 180 980 β 180 = βπ= β π = ππ π 980 π 2800 A massa de glicose produzida pela planta é 63 g Questão 6 β 3º dia Questão 6 β 3°dia O gás de cozinha utilizado nos fogões domésticos é uma mistura pressurizada de propano (C3H8) e butano (C4H10). Um certo botijão de gás contém 20 mol de gás de cozinha, mantidos a 5 atm. Nessas condições, o poder calorífico da mistura no botijão vai depender da sua composição. O gráfico a seguir mostra como varia o poder calorífico da mistura em função da fração molar de propano: Questão 6 β 3°dia Nota: o poder calorífico de uma certa massa de combustível é a energia liberada na queima desta massa de combustível. Questão 6 β 3°dia a) A partir das informações no gráfico, encontre o poder calorífico de um mol de propano puro. Lembre-se de que o número total de mols de gás no botijão é 20 mol. A fração molar do propano é ππππππππ = ππππππππ ππ‘ππ‘ππ Quando ππππππππ = ππ‘ππ‘ππ , a mistura contém somente propano e πΏπππππππ = π Logo, o poder calorífico de 20 mol de propano é dado pelo ponto na reta correspondente a πΏπππππππ = π Questão 6 β 3°dia Questão 6 β 3° dia Poder calorífico de 20 mol de propano: 44000 kJ Poder calorífico de 1 mol de propano: 44000 20 = 2200 kJ Questão 6 β 3°dia b) Da mesma forma que no item anterior, encontre o poder calorífico de um mol de butano puro. A fração molar do propano é ππππππππ = ππππππππ ππ‘ππ‘ππ Quando ππππππππ = 0 , a mistura contém somente butano e πΏπππππππ = π Logo, o poder calorífico de 20 mol de butano é dado pelo ponto na reta correspondente a πΏπππππππ = π (é o cruzamento da reta com o eixo vertical do gráfico) Questão 6 β 3°dia Questão 6 β 3° dia Poder calorífico de 20 mol de butano: 58000 kJ Poder calorífico de 1 mol de propano: 58000 20 = 2900 kJ Questão 6 β 3°dia c) Calcule o poder calorífico do gás de cozinha quando a pressão parcial de propano na mistura for 3 atm. Sabendo a pressão parcial do propano e a pressão total, podemos calcular a sua fração molar: ππππππππ = ππππππππ ππ 3 = ππππππππ β 5 πΏπππππππ π = π Questão 6 β 3°dia Como o número total de mols de gás no botijão é 20 mol, o número de mols de propano é: ππππππππ = ππππππππ ππ‘ππ‘ππ ππππππππ 3 = 20 5 ππππππππ = ππ πππ Questão 6 β 3°dia ππ‘ππ‘ππ = ππππππππ + πππ’π‘πππ = 20 12 + πππ’π‘πππ = 20 πππππππ = π πππ Questão 6 β 3°dia Sabemos o número de mols de cada componente e o poder calorífico de cada um. Assim, podemos calcular o poder calorífico da mistura: Poder calorífico devido ao propano: 12 β 2200 = 26400 kJ Poder calorífico devido ao butano: 8 β 2900 = 23200 kJ Poder calorífico total da mistura: 26400 + 23200 = 49600 kJ Obrigado!
