Química Termoquímica Vestibular - FUVEST

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1 Química Termoquímica Vestibular - FUVST 1. (Fuvest 201) m uma reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 14 4, 10 Hz, ocorreu a formação de 180 g de glicose. Determine a) o número N de mols de glicose produzido na reação; b) a energia 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: 6H2O 6CO2 energia C6H12 O6 6O 2; Massas molares: H (1g/mol), C (12g/mol), O (16g/mol); nergia do fóton: h f; Constante de Planck: h 6,6 10 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 201) 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. 4 Usina Hidrelétrica binacional em operação Hidrelétrica de grande porte em construção Nuclear em operação ólica em operação Símbolo 1

2 A entalpia de combustão do metano gasoso, principal componente do gás natural, corrigida para 25 C, é 21 kcal/mol e a do etanol líquido, à mesma temperatura, é 27 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. Dados: Massa molar(g/mol): CH4=16; C2H6O=46.. (Fuvest 2015) A dieta de jogadores de futebol deve fornecer energia suficiente para um bom desempenho. ssa 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 2 e H2O. m 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? xplique. 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 da energia proveniente da dieta ingerida em um dia. Dados: nergia por componente dos alimentos: Carboidrato... 4 kcal / g Gordura... 9 kcal / g Distância média percorrida por um jogador: 5000 m / treino 4. (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. 2

3 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 nergia (kj / g) specífica Gasolina Líquida 47 5 Hidrogênio Líquido Conteúdo de energia por volume (10 kj / L) a) Com base nos dados da tabela, calcule a razão entre as densidades da gasolina líquida e do hidrogênio líquido (dgasolina( ) d hidrogênio( ) ). Mostre os cálculos. b) xplique 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. 5. (Fuvest 2012) Um aluno efetuou um experimento para avaliar o calor envolvido na reação de um ácido com uma base. Para isso, tomou 8 tubos de ensaio e a cada um deles adicionou 50 ml de uma mesma solução aquosa de HC e diferentes volumes de água. m seguida, acondicionou esses tubos em uma caixa de isopor, para minimizar trocas de calor com o ambiente. A cada um desses tubos, foram adaptados uma rolha e um termômetro para medir a temperatura máxima atingida pela respectiva solução, após o acréscimo rápido de volumes diferentes de uma mesma solução aquosa de NaOH. O volume final da mistura, em cada tubo, foi sempre 100 ml. Os resultados do experimento são apresentados na tabela. Volume de HCl Volume de Volume de NaOH Temperatura Tubo (aq) (ml) H 2O (ml) (aq) (ml) máxima (ºC) , , , , , , , ,0 a) Construa um gráfico, no quadriculado apresentado na página de resposta, que mostre como a temperatura máxima varia em função do volume de solução aquosa de NaOH acrescentado. b) A reação do ácido com a base libera ou absorve calor? Justifique sua resposta, considerando os dados da tabela. c) Calcule a concentração, em mol L-1, da solução aquosa de HC, sabendo que a concentração da solução aquosa de NaOH utilizada era 2,0 mol L-1.

4 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 (C6H12 O ). b) Como a energia do fóton é dada por h f 4, onde h 6,6 10 J s. Na reação de síntese, induzida por luz vermelha de frequência f igual a 14 4, 10 Hz, então: h f ,6 10 J s 4, 10 s 28,8 10 2,84 10 J 19 2,8 10 J (um fóton) c) Nessa reação são necessários 2800 kj de um mol de glicose, então: 6 (2800 kj 2,8 10 J) de energia para a formação 19 2,8 10 J 6 2,8 10 J 25 n 10 fótons 1 fóton n d) 6H2O 6CO2 energia C6H12 O6 6O 2; CNTP. 1 mol (O 2 ) 6mol (O ) 2 V 14,4 L 22,4 L V [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] a) Química b) Dado: h 6,6 10 J s; f 4, 10 Hz. Aplicando esses valores na equação dada: hf 6,6 10 4, 10 2,8 10 J. c) Dado: Glicose C6H12 O 6; H (1g/mol), C (12g/mol), O (16g/mol); = kj/mol = 6 2,8 10 J/mol. A massa molar da glicose é: M (6 12) (12 1) (6 16) 180 g. Calculando o número n de fótons para produzir 1 mol de glicose ou 180 g n 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 22,4 V 14,4 L. 4

5 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 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 que atualmente encontra-se em construção. O Brasil apresenta atualmente (201) 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 21 kcal/mol, então: 1 mol CH 4 16 g CH4 1 g CH4 CH4 21 kcal liberados 21 kcal liberados CH4 1,1 kcal liberados A entalpia de combustão do etanol líquido, à mesma temperatura, é de 27 kcal/mol, então: 1 mol C2H6O 46 g C2H6O 1 g C2H6O C2H6O 27 kcal liberados 27 kcal liberados C2H6O 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. 5

6 Resposta da questão : a) Para 1 mol de glicose, vem: 1C H O 6O 6CO 6H O mols de oxigênio consumidos 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: nergia por componente dos alimentos: Carboidrato... 4 kcal/ g Gordura... 9 kcal/ g 1g 4 kcal 600 g carboidrato carboidrato kcal 1g 9 kcal 80 g lipídio lipídio 720 kcal total kcal 720 kcal.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 da energia total: km km kcal kcal Distância média percorrida por um jogador: 5000 m/ treino, ou seja 5 km, então: 6

7 2.080 kcal 5 km 416 kcal 1 km Conclusão : 416 kcal / km. Resposta da questão 4: a) A partir da tabela, vem: Combustível nergia specífica (kj / g) Conteúdo de energia por volume (10 kj / L) Gasolina Líquida 47 5 Hidrogênio Líquido Para 1 L : 1g mgasolina 47 kj 5 10 kj mgasolina 0, g dgasolina 745 g/l Para 1 L : 1g 142 kj mh 2 líquido kj mh 2 líquido 0, g dh 2 líquido 70,4 g/l Cálculo da relação entre as densidades da gasolina e do hidrogênio líquido: dgasolina ,568 10,6 dh 2 líquido 70,4 b) Supondo o volume igual a V, teremos: dgasolina 10,6 dh 2 líquido mgasolina V 10,6 mh 2 líquido V mgasolina 10,6 mh 2 líquido mgasolina 10,6 m H2 líquido (válida também para 1 litro) mgasolina mh 2 líquido 7

8 Combustível Conteúdo de energia por litro Gasolina Líquida 5 10 kj Hidrogênio Líquido kj 5 10 kj kj ou kj 5 10 kj H2 líquido Gasolina Conclusão: o conteúdo de energia por volume do hidrogênio líquido é menor do que o da gasolina líquida. Resposta da questão 5: a) Gráfico: b) De acordo com a tabela, após o acréscimo de volumes diferentes de uma mesma solução aquosa de NaOH, a temperatura sofre elevação até o volume de 25 ml, ou seja, ocorre liberação de calor. Isto significa que a reação do ácido com a base é exotérmica. o c) De acordo com o gráfico, a temperatura máxima atingida é de 0 C para um volume de 25 ml de base (NaOH). ntão, para uma concentração de 2,0 1 L 1000 ml 2 mol (NaOH) 1000 ml n mol (NaOH) n NaOH 0,05 mol 25 ml HC (aq) NaOH(aq) H2 O( ) NaC (aq) 1 mol 1 mol 0,05 mol n HC 0,05 mol 00,5 mol nhc 0,05 mol [HC ] 1,0 moll V 50 ml 1 1 moll, teremos: A concentração da solução aquosa de HC é de 1 1,0 moll. 8