Química: Termoquímica Vestibulares UNICAMP

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1 Química: Termoquímica Vestibulares UNICAMP 1. (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. Dados: H2O( ) H2O(s); ΔHfus 6kJ mol ; H2O( ) 2 H O(g); ΔHvap 42kJ mol. 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. 2. (Unicamp 2014) Explosão e incêndio se combinaram no terminal marítimo de São Francisco do Sul, em Santa Catarina, espalhando muita fumaça pela cidade e pela região. O incidente ocorreu com uma carga de fertilizante em que se estima tenham sido decompostas 10 mil toneladas de nitrato de amônio. A fumaça branca que foi eliminada durante 4 dias era de composição complexa, mas apresentava principalmente os produtos da decomposição térmica do nitrato de amônio: monóxido de dinitrogênio e água. Em abril de 201, um acidente semelhante ocorreu em West, Estados Unidos da América, envolvendo a mesma substância. Infelizmente, naquele caso, houve uma explosão, ocasionando a morte de muitas pessoas. a) Com base nessas informações, escreva a equação química da decomposição térmica que ocorreu com o nitrato de amônio. b) Dado que os valores das energias padrão de formação em kj mol -1 das substâncias envolvidas são nitrato de amônio (-66), monóxido de dinitrogênio (82) e água (-242), o processo de decomposição ocorrido no incidente é endotérmico ou exotérmico? Justifique sua resposta considerando a decomposição em condições padrão. 1

2 . (Unicamp 2011) A obesidade está se tornando um problema endêmico no mundo todo. Calcula-se que em 2050 um terço de todos os homens e a metade das mulheres serão obesos. Considere a promoção de uma lanchonete, composta de um lanche, uma porção de fritas, uma torta de maçã e 500 ml de refrigerante. A tabela abaixo resume as quantidades (em gramas) de alguns grupos de substâncias ingeridas, conforme aparecem nas embalagens dos produtos. grupo/produto lanche Porção de batata Torta de maçã carboidratos 6 5 proteínas 1 4,1 2,2 gorduras totais cálcio 0,28 0,11 0, sódio 1,22 0,1 0,18 a) Considerando-se um valor diário de referência em termos de energia (VDE) de kj, que percentual desse VDE foi atingido apenas com essa refeição? Considere a energia por grama de lipídeos igual a 8 kj e a de açúcares e proteínas igual a 17 kj. Considere também que cada 100 ml de refrigerante contém 11 gramas de açúcar. b) Considerando-se que o consumo diário máximo de sal comum (recomendado pela OMS) e de 5,0 gramas por dia, esse limite teria sido atingido apenas com essa refeição? Responda sim ou não e justifique. 2

3 Gabarito: Resposta da questão 1: 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: Partindo se de 25 C e atingindo se 100 C (ebulição); ΔT (100 25) 75 C H2O( ) H2O(g) ΔHvaporização 42 kj mol Energia envolvida 42 kj para 18 g de água FM: Partindo se de 25 C e atingindo se 0 C (solidificação); ΔT (25 0) 25 C H2O( ) H2O(s) ΔHfusão 6 kj mol Energia envolvida 6 kj para 18 g de água Como a variação de temperatura no processo MSFD é três vezes maior do que no caso do FM ( ΔTMSFD 75 C 25 C; ΔTMSFD ΔT FM), 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, 18g de água e c 4,18J / (g C), vem: ΔT (100 25) 75 C Q m c ΔT Q 18 4,18 75 Q 5.64 J A quantidade de calor envolvida na vaporização da água pode ser calculada pela fórmula Q' m ΔH. vaporização Q' m ΔHvaporização Q' Q' J J QMSFD (total) Q Q' QMSFD (total) J FM: a quantidade de calor envolvida partindo-se de 25 C e atingindo-se 0C pode ser

4 calculada pela fórmula Q m c ΔT. Para 1mol, ou seja, 18g de água e c 4,18J / (g C), vem: ΔT (0 25) 25 C Q m c ΔT Q 18 4,18 ( 25) Q.881J A quantidade de calor envolvida na solidificação da água pode ser calculada pela fórmula Q' m ΔH fusão. Q' m ΔH fusão Q' 18 ( 6.000) Q' J QFM (total) Q Q' QFM (total) QFM (total) J QFM (total) J QFM (total) J Conclusão : QMSFD (total) QFM (total) Resposta da questão 2: a) Equação química da decomposição térmica que ocorreu com o nitrato de amônio (NH NO ) : NH4NO (s) N2O(g) 2H2O(g). 4 b) Teremos: Δ NH4NO (s) N2O(g) 2H2O(g) 66 kj 82 kj 2( 242) kj ΔH Hprodutos Hreagentes ΔH [ 82 kj 2( 242) kj] [ 66 kj] ΔH 6kJ ΔH 0 o processo de decomposição é exotérmico. Δ Resposta da questão : a) Energia (ingestão de carboidratos) = ( x 11) x 17 = 270 kj Energia (ingestão de proteínas) = (1 x 4,1 + 2,20) x 17 = 64,1 kj Energia (ingestão de lipídeos) = ( ) x 8 = 2204 kj Energia total = ( , ) = 5541,1 kj Calculo do percentual de VDE: 8400 kj 100% 5541,1 kj p p 66 % 4

5 b) Quantidade de sódio na refeição = (1,22 + 0,1 + 0,18) = 1,71 g. Massa molar do NaCl = 58,5 g/mol. Massa molar do Na = 2 g/mol. NaC Na 58,5 g 2 g m m 1,71 g 4,5 g de sal. O consumo diário máximo de sal comum não foi atingido com essa refeição. 5