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1. (Fuvest 2013) Em uma reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 4,3 10 14Hz, ocorreu a formação de 180 g de glicose. Determine
a) o número N de mols de glicose produzido na reação; b) a energia E de um fóton de luz vermelha;
c) o número mínimo n de fótons de luz vermelha necessário para a produção de 180 g de glicose; d) o volume V de oxigênio produzido na reação (CNTP).
Note e adote: 6H O2 6CO2energiaC H O6 12 6 6O ;2 Massas molares: H (1g/mol), C (12g/mol), O (16g/mol); Energia do fóton: Eh f; Constante de Planck: h6,6 10 34 J s; Nessa reação são necessários 2800 kJ de
energia para a formação de um mol de glicose; 1 mol de gás ocupa 22,4 L (CNTP – Condições Normais de Temperatura e Pressão).
2. (Fuvest 2013) A matriz energética brasileira é constituída, principalmente, por usinas hidrelétricas, termelétricas, nucleares e eólicas, e também por combustíveis fósseis (por exemplo, petróleo, gasolina e óleo diesel) e
combustíveis renováveis (por exemplo, etanol e biodiesel).
a) Para cada tipo de usina da tabela abaixo, assinale no mapa seguinte, utilizando o símbolo correspondente, um estado, ou a divisa de estados limítrofes, em que tal usina pode ser encontrada.
Usina Símbolo
Hidrelétrica binacional em operação Hidrelétrica de grande porte em construção Nuclear em operação
Eólica em operação
A entalpia de combustão do metano gasoso, principal componente do gás natural, corrigida para 25°C, é –213 kcal/mol e a do etanol líquido, à mesma temperatura, é –327 kcal/mol.
b) Calcule a energia liberada na combustão de um grama de metano e na combustão de um grama de etanol. Com base nesses valores, qual dos combustíveis é mais vantajoso sob o ponto de vista energético? Justifique.
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3. (Fuvest 2015) A dieta de jogadores de futebol deve fornecer energia suficiente para um bom desempenho. Essa dieta deve conter principalmente carboidratos e pouca gordura. A glicose proveniente dos carboidratos é
armazenada sob a forma do polímero glicogênio, que é uma reserva de energia para o atleta.
Certos lipídios, contidos nos alimentos, são derivados do glicerol e também fornecem energia.
a) Durante a respiração celular, tanto a glicose quanto os ácidos graxos provenientes do lipídio derivado do glicerol são transformados em CO e 2 H O.2 Em qual destes casos deverá haver maior consumo de oxigênio: na
transformação de 1mol de glicose ou na transformação de 1mol do ácido graxo proveniente do lipídio cuja fórmula estrutural é mostrada acima? Explique.
Durante o período de preparação para a Copa de 2014, um jogador de futebol recebeu, a cada dia, uma dieta contendo 600 g de carboidrato e 80 g de gordura. Durante esse período, o jogador participou de um treino por dia.
b) Calcule a energia consumida por km percorrido em um treino (kcal / km), considerando que a energia necessária para essa atividade corresponde a 2 3 da energia proveniente da dieta ingerida em um dia.
Dados:
Energia por componente dos alimentos: Carboidrato ... 4 kcal / g
Gordura ... 9 kcal / g
Distância média percorrida por um jogador: 5000 m / treino
4. (Unicamp 2015) Água potável pode ser obtida a partir da água do mar basicamente através de três processos. Um desses processos é a osmose reversa; os outros dois envolvem mudanças de fases da água. No processo denominado MSFD, a água do mar é aquecida, vaporizada e em seguida liquefeita. No outro, denominado FM, a água do mar é resfriada, solidificada e em seguida fundida. Nesses dois processos, a água líquida passa para outro estado de agregação e dessa forma se separa dos solutos presentes na água do mar.
a) Considere a afirmação: “Os processos industriais MSFD e FM são análogos a fenômenos naturais ao promoverem a separação e purificação da água; no entanto, nos processos MSFD e FM essa purificação necessita de energia, enquanto nos fenômenos naturais essa energia não é necessária”. Responda inicialmente se concorda totalmente, concorda parcialmente ou discorda totalmente e só depois justifique sua escolha.
b) Suponha que uma mesma quantidade de água dessalinizada fosse obtida por esses dois processos industriais até a primeira mudança de fase, a partir de água do mar a 25 ºC. Em qual dos dois processos, MSFD ou FM, a quantidade de energia envolvida seria maior? Justifique sua resposta.
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Considerar que os processos MSFD e FM se baseiam nas transições de fases da água pura, em condições padrão, e que o calor específico da água do mar é constante em toda a faixa de temperatura.
6. (Unicamp 2015) Um artigo científico recente relata um processo de produção de gás hidrogênio e dióxido de carbono a partir de metanol e água. Uma vantagem dessa descoberta é que o hidrogênio poderia assim ser gerado em um carro e ali consumido na queima com oxigênio. Dois possíveis processos de uso do metanol como
combustível num carro – combustão direta ou geração e queima do hidrogênio – podem ser equacionados conforme o esquema abaixo: 3 3 2 2 2 CH OH(g) O (g) CO (g) 2 H O(g) 2 combustão direta 3 2 2 2 2 2 2 CH OH(g) H O(g) CO (g) 3H (g) 1 H (g) O (g) H O(g) 2
geração e queima de hidrogênio
De acordo com essas equações, o processo de geração e queima de hidrogênio apresentaria uma variação de energia
a) diferente do que ocorre na combustão direta do metanol, já que as equações globais desses dois processos são diferentes.
b) igual à da combustão direta do metanol, apesar de as equações químicas globais desses dois processos serem diferentes.
c) diferente do que ocorre na combustão direta do metanol, mesmo considerando que as equações químicas globais desses dois processos sejam iguais.
d) igual à da combustão direta do metanol, já que as equações químicas globais desses dois processos são iguais.
8. (Fuvest 2015) O hidrogênio tem sido apontado como possível fonte de energia do futuro. Algumas montadoras de automóveis estão construindo carros experimentais que podem funcionar utilizando gasolina ou hidrogênio líquido como combustível.
Considere a tabela a seguir, contendo dados obtidos nas mesmas condições, sobre a energia específica (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 g de combustível) e o conteúdo de energia por volume (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 L de combustível), para cada um desses combustíveis:
Combustível Energia Específica (kJ / g) Conteúdo de energia por volume (10 kJ / L)3
Gasolina Líquida 47 35
Hidrogênio Líquido 142 10
a) Com base nos dados da tabela, calcule a razão entre as densidades da gasolina líquida e do hidrogênio líquido
gasolina( ) hidrogênio( )
(d d ). Mostre os cálculos.
b) Explique por que, embora a energia específica do hidrogênio líquido seja maior do que a da gasolina líquida, o conteúdo de energia por volume do hidrogênio líquido é menor do que o da gasolina líquida.
18. (Fuvest 2013) A partir de considerações teóricas, foi feita uma estimativa do poder calorífico (isto é, da quantidade de calor liberada na combustão completa de 1 kg de combustível) de grande número de hidrocarbonetos. Dessa maneira, foi obtido o seguinte gráfico de valores teóricos:
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Com base no gráfico, um hidrocarboneto que libera 10.700 kcal/kg em sua combustão completa pode ser representado pela fórmula
Dados: Massas molares (g/mol), C=12,0; H=1,00. a) CH4
b) C2H4 c) C4H10 d) C5H8 e) C6H6
19. (Ita 2013) 100 gramas de água líquida foram aquecidos utilizando o calor liberado na combustão completa de 0,25 gramas de etanol. Sabendo que a variação da temperatura da água foi de 12,5°C, assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO para a entalpia molar de combustão do etanol. Considere que a capacidade calorífica da água é igual a 4,18 kJ kg 1 C1 e que a energia liberada na combustão do etanol foi utilizada exclusivamente no aquecimento da água. a) 961kJ b) 5,2 kJ c) 4,2 kJ d) 5,2 kJ e) 961kJ
20. (Ita 2013) Em um gráfico de pressão versus volume, represente o diagrama do ciclo idealizado por Carnot (máquina térmica) para uma transformação cíclica, ininterrupta, e sem perdas de calor e de trabalho, e vice-versa. Identifique e denomine as quatro etapas dessa transformação cíclica.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Leia o texto a seguir para responder à(s) seguinte(s) questão(ões).
O sucesso da experiência brasileira do Pró-álcool e do desenvolvimento da tecnologia de motores bicombustíveis é reconhecido mundialmente. Países europeus usam a experiência brasileira como base para projetos de implantação da tecnologia de veículos movidos a células a combustível, que produzem energia usando hidrogênio. Como o H2 não existe livre na natureza, ele pode ser obtido a partir do etanol de acordo com a reação:
3 2 2 1 2 2 2
H C CH OH( ) 2H O(g) O (g) 5H (g) 2CO (g)
2 21. (Fgv 2013) Considere: o H Δ combustão C2H5OH = –1 368 kJ mol –1 .
Página 5 de 12 o
H
Δ formação H2O = –286 kJ mol–1
Pode-se afirmar corretamente que a entalpia da reação de produção de hidrogênio a partir do etanol, em kJ, é igual a a) +62. b) +1 654. c) –62. d) –1 082. e) –2 798. Gabarito: Resposta da questão 1:
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Química]
a) De acordo com o enunciado ocorreu a formação de 180 g de glicose e este valor corresponde a um mol de glicose (C H O6 12 6 6 12 12 1 6 16 180).
b) Como a energia do fóton é dada por Eh f, onde h6,6 10 34J s .
Na reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 4,3 10 14Hz, então:
34 14 1 20 19 19 E h f E 6,6 10 J s 4,3 10 s 28,38 10 2,84 10 J E 2,8 10 J (um fóton)
c) Nessa reação são necessários 2800 kJ (2800 kJ2,8 10 J) 6 de energia para a formação de um mol de glicose, então: 19 2,8 10 J 6 1 fóton 2,8 10 J 25 n n10 fótons d) 6H O2 6CO2energiaC H O6 12 6 6O ;2 CNTP. 2 1 mol (O ) 2 22,4 L 6mol (O ) V V134,4 L
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Física]
a) Química.
b) Dado: h6,6 10 –34 J s; f 4,3 10 14Hz.
Aplicando esses valores na equação dada:
34 14 19
Ehf 6,6 10 4,3 10 E 2,8 10 J.
c) Dado: GlicoseC H O ;6 12 6 H (1g/mol), C (12g/mol), O (16g/mol); E = 2.800 kJ/mol = 2,8 10 J/mol. 6
A massa molar da glicose é:
M(6 12) (12 1) (6 16) 180 g.
Página 6 de 12 3 3 25 19 2.800 10 nE 2.800 10 n n 10 fótons. 2,8 10
d) Dado: nas CNTP, o volume ocupado por um mol de gás é 22,4 L.
A reação dada mostra que são produzidos 1 mol de glicose e 6 mols de O2. Assim, o volume produzido de O2 na reação é:
V 6 22,4V134,4 L.
Resposta da questão 2:
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Geografia]
A hidrelétrica binacional em operação é a Usina de Itaipu, construída no rio Paraná, na fronteira do estado do Paraná com o Paraguai.
A hidrelétrica de grande porte em construção é a Usina de Belo Monte, situada no Rio Xingu, no estado do Pará. Com produção estimada em cerca de 10% do consumo nacional, será a terceira maior hidrelétrica do mundo e a maior inteiramente brasileira. Seu funcionamento está previsto para 2015.
A usina nuclear em operação encontra-se na Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, no estado do Rio de Janeiro, formado pelo conjunto das usinas Angra 1, Angra 2 e Angra 3 que atualmente encontra-se em construção.
O Brasil apresenta atualmente (2013) 46 usinas eólicas em operação, estando a maior parte delas localizadas na região nordeste, como o Parque eólico Alegria e Rio de Fogo, no estado do Rio Grande do Norte.
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Química]
b) A entalpia de combustão do metano gasoso, principal componente do gás natural, corrigida para 25°C, é –213 kcal/mol, então: 4 1 mol CH 4 213 kcal liberados 16 g CH 4 213 kcal liberados 1 g CH 4 4 CH CH E E 13,31 kcal liberados
Página 7 de 12 2 6 1 mol C H O 2 6 327 kcal liberados 46 g C H O 2 6 327 kcal liberados 1 g C H O 2 6 2 6 C H O C H O E E 7,11 kcal liberados
Conclusão: O combustível mais vantajoso sob o ponto de vista energético é o metano, pois seu poder calorífico é maior do que o do etanol líquido.
Resposta da questão 3:
a) Para 1 mol de glicose, vem:
6 12 6 2 2 2
6 mols de oxigênio consumidos
1C H O 6O 6CO 6H O
Para 1 mol do ácido graxo derivado do lipídio, vem:
Conclusão: haverá maior consumo de oxigênio no caso do ácido graxo proveniente do lipídio.
b) Um jogador de futebol recebeu, a cada dia, uma dieta contendo 600 g de carboidrato e 80 g de gordura, então:
Energia por componente dos alimentos: Carboidrato ... 4 kcal / g Gordura ... 9 kcal / g 1 g 4 kcal 600 g carboidrato carboidrato E E 2.400 kcal 1 g 9 kcal 80 g lipídio lipídio total E E 720 kcal
E 2.400 kcal 720 kcal 3.120 kcal
Cálculo da energia consumida por km percorrido em um treino (kcal / km), considerando que a energia necessária para essa atividade corresponde a 2 3 da energia total:
Página 8 de 12 km km 2 E 3.120 kcal 3 E 2.080 kcal
Distância média percorrida por um jogador: 5000 m/ treino, ou seja 5 km, então:
2.080 kcal 5 km E 1 km E 416 kcal Conclusão : 416 kcal / km. Resposta da questão 4: a) Concordo parcialmente.
MSFD: a água do mar é aquecida, vaporizada (vaporização; passagem do estado líquido para gasoso) e em seguida liquefeita (condensação; passagem do estado gasoso para líquido). Neste caso os processos são análogos a fenômenos naturais.
FM: a água do mar é resfriada, solidificada (solidificação; passagem do estado líquido para sólido) e em seguida fundida (fusão: passagem do estado sólido para líquido). Neste caso os processos são análogos a fenômenos naturais.
Os processos industriais MSFD e FM são análogos a fenômenos naturais ao promoverem a separação e purificação da água. Nos processos MSFD e FM a purificação da água necessita de energia, e nos fenômenos naturais essa energia também é necessária sendo fornecida pelo ambiente.
b) Primeira resolução: MSFD:
1
2 2 vaporização
Partindo se de 25 C e atingindo se 100 C (ebulição); T (100 25) 75 C
H O( ) H O(g) H 42 kJ mol
Energia envolvida 42 kJ para 18 g de água
Δ Δ FM: 1 2 2 fusão
Partindo se de 25 C e atingindo se 0 C (solidificação); T (25 0) 25 C
H O( ) H O(s) H 6 kJ mol
Energia envolvida 6 kJ para 18 g de água
Δ
Δ
Como a variação de temperatura no processo MSFD é três vezes maior do que no caso do FM
MSFD MSFD FM
( TΔ 75 C 3 25 C; ΔT 3 TΔ ), conclui-se que a energia envolvida neste caso também é maior. Segunda resolução:
MSFD: a quantidade de calor envolvida partindo-se de 25 C e atingindo-se 100 C pode ser calculada pela fórmula Q m c ΔT.
Para 1mol, ou seja, 18 g de água e c4,18J / (g C), vem: T (100 25) 75 C Q m c T Q 18 4,18 75 Q 5.643 J Δ Δ
A quantidade de calor envolvida na vaporização da água pode ser calculada pela fórmula Q' m ΔHvaporização.
vaporização 3 3 Q' m H Q' 18 42 10 Q' 756 10 J 756.000 J Δ
Página 9 de 12 MSFD (total) MSFD (total) MSFD (total) Q Q Q' Q 5643 756.000 J Q 761.643 J
FM: a quantidade de calor envolvida partindo-se de 25 C e atingindo-se 0 C pode ser calculada pela fórmula
Q m c ΔT.
Para 1mol, ou seja, 18 g de água e c4,18J / (g C), vem:
T (0 25) 25 C Q m c T Q 18 4,18 ( 25) Q 1.881 J Δ Δ
A quantidade de calor envolvida na solidificação da água pode ser calculada pela fórmula Q' m ΔHfusão.
fusão Q' m H Q' 18 ( 6.000) Q' 108.000 J Δ FM (total) FM (total) FM (total) Q Q Q' Q 1.881 108.000 Q 109.881 J MSFD (total) FM (total) MSFD (total) FM (total) MSFD (total) FM (total) Q 761.643 J Q 109.881 J Q 761.643 J Q 109.881 J Conclusão : Q Q Resposta da questão 6: [D]
O processo de geração e queima de hidrogênio apresentaria uma variação de energia igual à da combustão direta do metanol, já que as equações químicas globais desses dois processos são iguais (Lei de Hess).
3 3 2 2 2 CH OH(g) O (g) CO (g) 2 H O(g) 2 combustão direta 3 2 CH OH(g) H O(g)CO (g)2 3H (g)2 2 3 H (g) 3 O (g)2 3 2 2 Global 3 2 2 2 (2)H O(g) 3 CH OH(g) O (g) CO (g) 2H O(g) 2
geração e queima de hidrogênio
Resposta da questão 8:
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Combustível Energia Específica (kJ / g)
Conteúdo de energia por volume 3 (10 kJ / L) Gasolina Líquida 47 35 Hidrogênio Líquido 142 10 Para 1 L : 1 g gasolina 47 kJ m 3 3 gasolina gasolina 35 10 kJ m 0,745 10 g d 745 g / L Para 1 L : 1 g 2 H líquido 142 kJ m 2 2 3 3 H líquido H líquido 10 10 kJ m 0,0704 10 g d 70,4 g / L
Cálculo da relação entre as densidades da gasolina e do hidrogênio líquido:
2 gasolina H líquido d 745 10,568 10,6 d 70,4
b) Supondo o volume igual a V, teremos:
2 2 2 2 2 gasolina H líquido gasolina H líquido gasolina H líquido gasolina H líquido gasolina H líquido d 10,6 d m V 10,6 m V m 10,6 m
m 10,6 m (válida também para 1 litro)
m m
Combustível Conteúdo de energia por litro
Gasolina Líquida 35 10 kJ 3 Hidrogênio Líquido 10 10 kJ 3 2 3 3 3 3 H líquido Gasolina 35 10 kJ 10 10 kJ ou 10 10 kJ 35 10 kJ
Página 11 de 12 Resposta da questão 18:
[B]
Com base no gráfico, para um hidrocarboneto que libera 10.700 kcal/kg, teremos:
massa de carbono 6 massa de hidrogênio m n m n M, então : M carbono carbono hidrogênio hidrogênio
carbono carbono hidrogênio hidrogênio hidrogênio carbono hidrogênio carbono 2 4 n M 6 n M n 12 g / mol n 6 n 12 6 2 n 1 g / mol n 12 n 6 n 2 n C H . Resposta da questão 19: [A]
A partir da massa água aquecida, da capacidade calorífica da água e da variação da temperatura, calcula-se a quantidade de energia liberada na combustão do etanol:
1 1 o 1 1 o m 100 g; c 4,18 kJ kg C ; T 12,5 C Q m c T Q 100 g 4,18 kJ kg C 12,5 C Q 5225 g kJ 10 3g1 C1 oC 5,225 kJ Q 5,225 kJ
5,225 kJ equivale ao valor da energia absorvida pela água na queima de 0,25 g de etanol. Para um mol de etanol, ou seja, 46 g, vem:
5,225 kJ 0,25 g (etanol)
E 46 g
E961,4 kJ
Página 12 de 12 Resposta da questão 20:
Gráfico:
Temos duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas. A - B: isotérmica. C - D: isotérmica. D - A: adiabática. B - C: adiabática. Resposta da questão 21: [A]
Equações obtidas a partir dos dados fornecidos:
1 2 5 2 2 2 1 1 2 2 2 2 C H OH 3O 2CO 3H O H 1368 kJ.mol 1 H O H O H 286 kJ.mol 2
Equação de formação do hidrogênio a partir do etanol:
2 5 2 2 2 2 1 C H OH 2H O O 2CO 5H 2 Então: 1 2 5 2 2 2 1 1 2 2 2 2
C H OH 3O 2CO 3H O H 1368 kJ.mol (manter)
1
H O H O H 286 kJ.mol (multiplicar por 5 e inverter)
2 1 2 5 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 5 2 2 2 2 total 1 2 total C H OH 3O 2CO 3H O H 1368 kJ.mol 5 5H O 5H O H 5( 286) kJ.mol 2 1 C H OH 2H O O 2CO 5H H H H 2 H 1368 5( 286) 62 kJ
