11. Observando o diagrama de fase PT mostrado a seguir.

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1 1. Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum a formação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas águas oceânicas. Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa durante a flutuação corresponde a aproximadamente 10% do seu volume total. Um estudante resolveu simular essa situação introduzindo um bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, observando a variação de seu nível desde o instante de introdução até o completo derretimento do bloquinho. Com base nessa simulação, verifica-se que o nível da água no recipiente: a) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível subirá ainda mais. b) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível descerá, voltando ao seu valor inicial. c) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível permanecerá sem alteração. d) não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, após seu derretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 10% no volume de água. e) subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do bloquinho de gelo e, após seu derretimento, o nível descerá apenas 10% do valor inicial. 2. A panela de pressão permite que o cozimento dos alimentos ocorra mais rapidamente que em panelas comuns. Se, depois de iniciada a saída de vapor pela válvula, baixarmos o fogo, para economizar gás, o tempo gasto no cozimento: a) aumenta, pois a temperatura diminui dentro da panela. b) diminui, pois a temperatura aumenta dentro da panela. c) aumenta, pois diminui a formação de vapor dentro da panela. d) não varia, pois a temperatura dentro da panela permanece constante. 3. Quando um patinador desliza sobre o gelo, o seu movimento é facilitado porque, enquanto ele anda, o gelo transforma-se em água líquida, o que faz com que diminua o atrito entre os patins e o gelo. Se o gelo encontra-se a uma temperatura inferior a 0 C, a água líquida é formada pela passagem do patinador porque: a) a temperatura do gelo aumenta devido ao movimento relativo entre os patins e o gelo. b) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela lâmina dos patins diminui o ponto de fusão do gelo. c) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela lâmina dos patins aumenta o ponto de fusão do gelo. d) a temperatura do gelo não varia devido ao movimento relativo entre os patins e o gelo. 4. Considere estas informações: a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida; aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações. a)

2 b) c) d) 5. Quando aquecemos água em nossas casas utilizando um recipiente aberto, sua temperatura nunca ultrapassa os 100 ºC. Isso ocorre porque: a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua capacidade de absorver calor. b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder exatamente a mesma quantidade de calor que está recebendo, mantendo assim sua temperatura constante. c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura constante. d) ao atingir essa temperatura, a água começa a expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos. 6. Considere a superfície de um líquido aquecido no qual as moléculas escapem dessa superfície formando sobre ela uma camada de vapor. Parte das moléculas desse vapor, devido ao seu movimento desordenado, chocam-se com a superfície e retornam ao líquido. Com relação aos processos térmicos envolvidos na situação descrita acima, é CORRETO afirmar que: a) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento na evaporação e uma diminuição na condensação. b) os processos de evaporação e condensação de vapor não ocorrem simultaneamente. c) próximo à superfície da substância líquida, tanto a vaporização quanto a condensação ocorrem mediante trocas de energia entre a substância e o meio no qual a substância se encontra. d) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento tanto na evaporação quanto na condensação. 7. Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo.

3 Marque a opção que descreve o que acontece a seguir. a) A bola de metal esfria mais rápido e derrete mais gelo. b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete menos gelo. c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete menos gelo. d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas derretem a mesma quantidade de gelo. e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e derretem a mesma quantidade de gelo. 8. A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-se a 63 anos-luz da Terra, fora do sistema solar. Ali, o planeta gigante HD b, 15% maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. A temperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. A água sempre está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja escondida por outros tipos de nuvens, afirmaram os astrônomos do Spitzer Science Center (SSC), com sede em Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do telescópio espacial Spitzer. De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vaporização infere-se que: a) se há vapor de água no planeta, é certo que existe água no estado líquido também. b) a temperatura de ebulição da água independe da pressão, em um local elevado ou ao nível do mar, ela ferve sempre a 100 graus Celsius. c) o calor de vaporização da água é o calor necessário para fazer 1 kg de água líquida se transformar em 1 kg de vapor de água a 100 graus Celsius. d) um líquido pode ser superaquecido acima de sua temperatura de ebulição normal, mas de forma nenhuma nesse líquido haverá formação de bolhas. e) a água em uma panela pode atingir a temperatura de ebulição em alguns minutos, e é necessário muito menos tempo para fazer a água vaporizar completamente. 9. O granizo é a precipitação sólida de grânulos de gelo, transparentes ou translúcidos, de forma esférica ou irregular, raramente cônica, de diâmetro igual ou superior a 5 mm. O granizo é formado nas nuvens do tipo "cumulonimbus", as quais se desenvolvem verticalmente, podendo atingir alturas de até m. Em seu interior ocorrem intensas correntes ascendentes e descendentes. As gotas de chuva provenientes do vapor condensado no interior dessas nuvens, ao ascenderem sob o efeito das correntes verticais, congelam-se assim que atingem as regiões mais elevadas. O granizo causa grandes prejuízos à agricultura. No Brasil, as culturas de frutas de clima temperado, como uva, maçã, pera, pêssego, kiwi, são as mais vulneráveis ao granizo, quando ocorre o desfolhamento total das plantas com ferimentos severos nos frutos. Dentre os danos materiais provocados pela chuva de granizo está a destruição de telhados, especialmente quando construídos com telhas de amianto. As cooperativas de fruticultores podem realizar parcerias com as instituições de meteorologia e adquirir foguetes para bombardearem as nuvens de granizo com substâncias higroscópicas (iodeto de prata), com o objetivo de provocar a precipitação da chuva e evitar a formação de granizo. Com base no texto, assinale a alternativa CORRETA. a) A formação de nuvens cumulonimbus ocorre como consequência da corrente de convecção, quando a ascensão de ar frio determina o seu resfriamento e as consequentes condensações e precipitações. b) O granizo, em seu processo de formação, envolve a sublimação, pelo resfriamento, do excesso de H 2 O em estado líquido. c) O granizo é um tipo de precipitação atmosférica na qual as gotas de água evaporam, quando levadas para camadas mais frias e mais altas, e crescem gradativamente até atingir tamanho e peso capazes de romper a força de empuxo. Essa ação pode causar grandes danos econômicos e sociais.

4 d) O iodeto de prata é uma substância higroscópica (absorve umidade) que acaba provocando no granizo vaporização. e) Ocorre um instante em que a resultante das forças no granizo é diferente de zero e em direção e sentido à terra, iniciando o movimento de queda. 10. A sonda Phoenix, lançada pela NASA, detectou em 2008 uma camada de gelo no fundo de uma cratera na superfície de Marte. Nesse planeta, o gelo desaparece nas estações quentes e reaparece nas estações frias, mas a água nunca foi observada na fase líquida. Com auxílio do diagrama de fase da água, analise as três afirmações seguintes. I - O desaparecimento e o reaparecimento do gelo, sem a presença da fase líquida, sugerem a ocorrência de sublimação. II - Se o gelo sofre sublimação, a pressão atmosférica local deve ser muito pequena, inferior à pressão do ponto triplo da água. III - O gelo não sofre fusão porque a temperatura no interior da cratera não ultrapassa a temperatura do ponto triplo da água. De acordo com o texto e com o diagrama de fases, pode-se afirmar que está correto o contido em: a) I, II e III. b) II e III, apenas. c) I e III, apenas. d) I e II, apenas. e) I, apenas. 11. Observando o diagrama de fase PT mostrado a seguir. Pode-se concluir, corretamente, que uma substância que passou pelo processo de sublimação segue a trajetória: a) X ou Y. b) Y ou U. c) U ou V. d) V ou X.

5 12. Para cozer um determinado alimento, deve-se mergulhá-lo em certa quantidade de água pura e submetê-lo por algum tempo à temperatura de 120 C. Assinale a alternativa que apresenta condições para o cozimento desse alimento. a) Não é possível cozer esse alimento na água, uma vez que seu ponto de ebulição é de 100 C. b) Tomar uma panela comum, submetê-la ao fogo, esperando que a água atinja a temperatura de 100 C e, após o tempo necessário, cozer o alimento. c) Adicionar uma determinada substância à água, elevando assim o seu ponto de ebulição, este é o único procedimento possível para conseguirmos que a água atinja a temperatura de 100 C e, portanto, o alimento esteja cozido. d) Colocar o alimento dentro de uma panela hermeticamente fechada, diminuir suficientemente a pressão no seu interior, levando-a ao fogo, esperando que a água atinja a temperatura de 100 C e que, após o tempo necessário, o alimento esteja cozido. e) Colocar o alimento dentro de uma panela hermeticamente fechada, aumentar suficientemente a pressão no seu interior, levando-a ao fogo, esperando que a água atinja a temperatura de 120 C e que, após o tempo necessário, o alimento esteja cozido. 13. A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem C. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radioativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 C sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização. Depreende-se das informações do texto que as usinas geotérmicas: a) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas. b) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica. c) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização. d) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica. e) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica. 14. Pedrinho estava com muita sede e encheu um copo com água bem gelada. Antes de beber observou que o copo ficou todo suado por fora, ou seja, cheio de pequenas gotículas de água na superfície externa do copo. É CORRETO afirmar que tal fenômeno é explicado: a) pela sublimação da água existente no copo. b) pela porosidade do copo que permitiu que parte da água gelada passasse para o lado de fora do copo. c) pela vaporização da água do copo para fora do copo. d) pelas correntes de convecção formada em função do aquecimento da água gelada pelo meio ambiente. e) pela condensação dos vapores de água da atmosfera em contato com o copo gelado. 15. As propriedades físicas dos líquidos podem ser comparadas a partir de um gráfico de pressão de vapor em função da temperatura, como mostrado no gráfico hipotético a seguir para as substâncias A, B, C e D.

6 Segundo o gráfico, o líquido mais volátil será a substância: a) A b) B c) C d) D 16. A produção de suor, na espécie humana, é um mecanismo que impede a elevação da temperatura corpórea, mantendo o organismo a temperaturas de aproximadamente 37ºC. Ao ser vaporizado em nossa pele, o suor retira dela energia térmica, reduzindo-lhe assim a temperatura. Dentre as situações expostas a seguir, assinale aquela em que não se verifica o mecanismo físico descrito acima. a) A água armazenada numa moringa de barro e colocada à sombra, com o tempo, torna-se mais fresca. b) As roupas molhadas, penduradas no varal e expostas ao vento, ficam mais frias, como percebemos pelo tato. c) Quando passamos álcool em nossa pele e assopramos, temos a sensação de resfriamento do local. d) Mesmo em dias muito quentes, quando uma pessoa sai de uma piscina, pode sentir frio. e) Quando uma garrafa de refrigerante gelado é deixada sobre a mesa, formam-se gotículas de água que, aderidas ao recipiente, propiciam uma redução ainda maior na temperatura do refrigerante.

7 Gabarito: Resposta da questão 1: [C] Ao colocar o bloquinho, o nível da água subirá pois 90% do seu volume afundarão e 10% ficarão emersos. Durante o derretimento do gelo há redução de volume. Esses 10% desaparecem e o nível da água no recipiente não se altera. Resposta da questão 2: [D] Durante a mudança de fase de uma substância pura e cristalina a temperatura permanece constante e depende somente da pressão. O aumento de pressão aumenta a temperatura do ponto de ebulição da água. Atingida a ebulição, basta mantê-la que a temperatura não se altera, não variando o tempo de cozimento. Em fogo alto a fervura é mais violenta, mas a temperatura é a mesma. Resposta da questão 3: [B] A temperatura de mudança de fase de uma substância depende da pressão. Para a água, o aumento de pressão diminui o ponto de fusão. No caso, o aumento de pressão devido aos patins diminui a temperatura de fusão do gelo, ocorrendo o derretimento Resposta da questão 4: [D] De imediato eliminamos as opções a) e b), pois a baixas temperaturas a água está na fase gasosa. A opção c) apresenta aumento de temperatura de fusão com o aumento de pressão. Abaixo mostramos a coerência da opção d) com o enunciado: p A > p B T A < T B Resposta da questão 5: [C] A temperatura de mudança de fase de uma substância pura e cristalina depende exclusivamente da pressão. No caso da água, a temperatura de vaporização é 100 C. Atingida essa temperatura, todo calor absorvido é usado para mudança de fase. Se colocarmos a água numa panela de pressão ele irá ferver a uma temperatura constante maior que 100 C, dependendo da pressão interna da panela. Resposta da questão 6: [C] A vaporização e a condensação ocorrem mediante trocas de energia entre a substância e o meio no qual a substância se encontra.

8 Resposta da questão 7: [C] As quantidades de calor sensível liberadas por cada uma das bolas são transferidas para os blocos de gelos. Como o ferro tem maior condutividade térmica que a madeira, ele transfere calor mais rapidamente, sofrendo um resfriamento mais rápido. A quantidade de calor sensível de cada esfera é igual, em módulo, a quantidade de calor latente absorvida por cada bloco de gelo. mc T Q bola Q gelo mc T mgelo Lgelo mgelo. L Como as massas das bolas são iguais e as variações de temperatura também, a massa de gelo fundida em cada caso é diretamente proporcional ao calor específico do material que constitui a bola. Assim, analisando a expressão, vemos que funde menor quantidade de gelo a bola de material de menor calor específico, no caso, a de metal. Resposta da questão 8: [C] Questão mal feita, embora se chegue facilmente à resposta por simples exclusões. O calor latente de vaporização da água é a quantidade de energia necessária para que uma quantidade de massa unitária (1 grama, 1 quilograma, 1 libra etc.) passe do estado líquido para o gasoso, não interessando em que temperatura o fenômeno ocorre. Resposta da questão 9: [E] Resolução Analisadas as alternativas ALTERNATIVA A Não ocorre ascensão de ar frio, pois este é mais denso. O que pode ocorrer é a ascensão de ar quente, por ser menos denso. ALTERNATIVA B A sublimação envolve os estados gasoso e sólido. Está claro pelo texto que as gotas sofrem congelamento (solidificação). ALTERNATIVA C As gotas não sofrem evaporação e sim solidificação. ALTERNATIVA D O granizo é sólido e logo não sofre vaporização. ALTERNATIVA E Para que o granizo precipite é necessário que a resultante ocorra em sentido à terra. gelo Resposta da questão 10: [D] Resolução Havendo mudança na fase da água, sem a ocorrência da fase líquida, concluí-se que ocorre sublimação, o que valida a afirmação I. A sublimação só pode ocorrer em pressão inferior à pressão do ponto triplo, o que valida a afirmação II. A afirmação III estabelece uma relação direta entre fusão e ponto triplo o que a invalida. Resposta da questão 11: [B]

9 Uma substância que sublima passa direto do estado sólido para o estado de vapor. Pelo gráfico, isso pode ocorrer pela trajetória Y, com aumento da temperatura sob pressão constante, abaixo da pressão do ponto triplo; ou pela trajetória U, com redução de pressão à temperatura constante, abaixo da temperatura do ponto triplo. Resposta da questão 12: [E] Resolução Para cozer o alimento acima da temperatura de ebulição da água será necessário que a pressão sobre a água e o alimento sejam maiores que a pressão de 1 atm. Desta forma a panela deverá estar bem fechada (panela de pressão). O fornecimento de calor além de elevar a temperatura elevará também a pressão permitindo que o alimento seja cozido. Resposta da questão 13: [D] As usinas nucleares obtém energia térmica a partir da decomposição de núcleos atômicos instáveis, como urânio. Este calor aquece a água contida nos reatores, levando a fervura, com consequente obtenção de pressão para mover uma turbina. Resposta da questão 14: [E] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] A água gelada presente no copo provoca uma diferença de temperatura entre a parte interna e externa do copo, as moléculas de água presente da atmosfera, ao encontrar a superfície mais fria do copo, fornece calor para ela, fazendo com que a água condense, ou seja, passe para o estado líquido, formando gotículas de água nas paredes do copo. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] A água gelada contida no copo resfria a parede externa do copo. O ar em contato com essa parede também se resfria, atingindo, para a pressão ambiente, temperatura menor que a do ponto de condensação dos vapores de água nele contido, que passam, então, para a fase líquida, conforme mostra o diagrama de fases da água, na figura a seguir. Resposta da questão 15: [A] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Um aumento na temperatura provoca um aumento na pressão de vapor para todos esses líquidos. Observamos que na linha pontilhada vertical, à mesma temperatura, cada um dos líquidos apresenta uma pressão de vapor diferente. Assim o líquido que volatiliza primeiro é a substância A e o que menos volatiliza é a substância D.

10 Observamos de acordo com o gráfico que à 760 mmhg (linha pontilhada horizontal) mostra que para se atingir uma mesma pressão de vapor a substância menos volátil (D) irá necessitar de uma temperatura maior que a mais volátil (A). [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] Comparando os quatro líquidos entre si através das curvas de vaporização apresentadas no gráfico acima, notamos que para uma dada temperatura fixa (coluna vertical) para os quatro líquidos, o líquido A apresenta maior pressão de vapor, sendo assim, de todos os componentes é o líquido que possui o mais baixo ponto de ebulição sendo o mais volátil de todos. A constatação também pode ser feita para uma mesma pressão (linha horizontal) em que ao cruzar pelas curvas de vaporização nos informam a temperatura de ebulição para esta pressão. Por exemplo: Para a pressão de 760 mm Hg, a ordem crescente dos pontos de ebulição ( PE ) é: PEA PEB PEC PE D. Sendo A o mais volátil. Resposta da questão 16: [E]