Prova de Química da Fuvest 2017 Resolvida
1) Atualmente, é possível criar peças a partir do processo de impressão 3D. Esse processo consiste em depositar finos fios de polímero, uns sobre os outros, formando objetos tridimensionais de formas variadas. Um dos polímeros que pode ser utilizado tem a estrutura mostrada a seguir:
Na impressão de esferas maciças idênticas de 12,6 g, foram consumidos, para cada uma, 50 m desse polímero, na forma de fios cilíndricos de 0,4 mm de espessura. Para uso em um rolamento, essas esferas foram tratadas com graxa. Após certo tempo, durante a inspeção do rolamento, as esferas foram extraídas e, para retirar a graxa, submetidas a procedimentos diferentes. Algumas dessas esferas foram colocadas em um frasco ao qual foi adicionada uma mistura de água e sabão (procedimento A), enquanto outras esferas foram colocadas em outro frasco, ao qual foi adicionado removedor, que é uma mistura de hidrocarbonetos líquidos (procedimento B).
a) Em cada um dos procedimentos, A e B, as esferas ficaram no fundo do frasco ou flutuaram? Explique sua resposta.
b) Em qual procedimento de limpeza, A ou B, pode ter ocorrido dano à superfície das esferas? Explique.
a)
Para determinar se as esfereras ficam no fundo do frasco ou flutuam é preciso calcular a densidade. Para isso, calcula-se primeiro o volume do fio utilizado na impressão de uma esfera:
Cálculo da densidade
Como a densidade da esfera é maior que as densidades da água com sabão e do removedor, as esferas ficam no fundo do recipiente nos dois experimentos.
b)
O procedimento B utiliza um remover constituído de hidrocarbonetos líquido, que interagem bem com substâncias apolares. Como o polímero apresentado tem caráter apolar, a mistura de hidrocarbonetos pode dissolver as esferas e causar dano em suas superfícies.
2) O biogás, produzido por digestão anaeróbia de resíduos orgânicos, contém principalmente metano e dióxido de carbono, além de outros gases em pequenas quantidades, como é o caso do sulfeto de hidrogênio. Para que o biogás seja utilizado como combustível, é necessário purificálo, aumentando o teor de metano e eliminando os demais componentes, que diminuem o seu poder calorífico e causam danos às tubulações. Considere uma amostra de biogás cuja composição, em massa, seja 64,0 % de metano (CH4), 32,0 % de dióxido de carbono (CO2) e 4,0 % de sulfeto de hidrogênio (H2S).
a) Calcule a energia liberada na combustão de um quilograma dessa amostra de biogás.
b) Calcule o ganho de energia, por quilograma, se for utilizado biogás totalmente isento de impurezas, em lugar da amostra que contém os outros gases.
c) Além de aumentar o poder calorífico, a purificação do biogás representa uma diminuição do dano ambiental provocado pela combustão. Explique por quê.
d) Em aterros sanitários, ocorre a formação de biogás, que pode ser recolhido. Em um aterro sanitário, tubos foram introduzidos para captação dos gases em duas diferentes profundidades, como é mostrado na figura. Em qual dos tubos, A ou B, é recolhido biogás com maior poder calorífico? Explique.
a) Calcule a energia liberada na combustão de um quilograma dessa amostra de biogás.
Em 1000 gramas (1kg) de biogás temos 640 g de CH4 e 40 g de H2S.
Se 1000 gramas (1kg) de CH4 libera 55.000 kJ, então 640g libera:
Se 1000 gramas (1kg) de H2S libera 15.000 kJ, então 40g libera:
O total de energia liberado é de 600 + 35.200 = 35.800 kJ
b) Calcule o ganho de energia, por quilograma, se for utilizado biogás totalmente isento de impurezas, em lugar da amostra que contém os outros gases.
O biogás livre de impurezas seria composto apenas por CH4, a combustão de 1kg de CH4 libera 55.000kJ, portanto haveria um ganho energético de:
55.000 – 35.800 = 19.200kJ por kg de biogás.
c) Além de aumentar o poder calorífico, a purificação do biogás representa uma diminuição do dano ambiental provocado pela combustão. Explique por quê.
O H2S presente no biogás forma SO2 como produto de sua combustão, um óxido ácido resposável pela formação de chuvas ácidas que causam danos ambientais.
d) Em aterros sanitários, ocorre a formação de biogás, que pode ser recolhido. Em um aterro sanitário, tubos foram introduzidos para captação dos gases em duas diferentes profundidades, como é mostrado na figura. Em qual dos tubos, A ou B, é recolhido biogás com maior poder calorífico? Explique.
Quanto mais fundo no solo menor é o contato com o oxigênio, com isso ocorre maior decomposição anaeróbica, que favorece a formação de biogás cada vez mais puro (maior teor de CH4), que tem maio poder calorífico, portanto no tubo A.
3) No preparo de certas massas culinárias, como pães, é comum adicionar-se um fermento que, dependendo da receita, pode ser o químico, composto principalmente por hidrogenocarbonato de sódio (NaHCO3), ou o fermento biológico, formado por leveduras. Os fermentos adicionados, sob certas condições, são responsáveis pela produção de dióxido de carbono, o que auxilia a massa a crescer.
Para explicar a produção de dióxido de carbono, as seguintes afirmações foram feitas.
- Tanto o fermento químico quanto o biológico reagem com os carboidratos presentes na massa culinária, sendo o dióxido de carbono um dos produtos dessa reação.
- O hidrogenocarbonato de sódio, presente no fermento químico, pode se decompor com o aquecimento, ocorrendo a formação de carbonato de sódio (Na2CO3), água e dióxido de carbono.
- As leveduras, que formam o fermento biológico, metabolizam os carboidratos presentes na massa culinária, produzindo, entre outras substâncias, o dióxido de carbono.
- Para que ambos os fermentos produzam dióxido de carbono, é necessário que a massa culinária seja aquecida a temperaturas altas (cerca de 200ºC), alcançadas nos fornos domésticos e industriais.
Dessas afirmações, as que explicam corretamente a produção de dióxido de carbono pela adição de fermento à massa culinária são, apenas,
- A) I e II.
- B) II e III.
- C) III e IV.
- D) I, II e IV.
- E) I, III e IV.
A alternativa correta é letra B)
I. Incorreta. Apenas as leveduras presentes no fermento biológico consomem os carboidratos presentes na massa culinária com produção de .
II. Correta. A termodecomposição do pode ser representada pela equação:
III. Correta. As leveduras presentes no fermento biológico realizam fermentação e consomem os carboidratos, produzindo .
IV. Incorreta. Apenas o fermento químico necessita de temperaturas elevadas para a produção de , já que, nesse caso, a reação de termodecomposição depende de temperaturas elevadas.
4) A dopamina é um neurotransmissor importante em processos cerebrais. Uma das etapas de sua produção no organismo humano é a descarboxilação enzimática da L-Dopa, como esquematizado:
Sendo assim, a fórmula estrutural da dopamina é:
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra E)
Pelo modelo de reação apresentado, tem-se:
5) (FUVEST – 2017) Células a combustível são opções viáveis para gerar energia elétrica para motores e outros dispositivos. O esquema representa uma dessas células e as transformações que nela ocorrem.1
A corrente elétrica (i), em ampère (coulomb por segundo), gerada por uma célula a combustível que opera por 10 minutos e libera 4,80 kJ de energia durante esse período de tempo, é
- A) 3,32.
- B) 6,43.
- C) 12,9.
- D) 386.
- E) 772.
A alternativa correta é letra B)
Reação anódica:
Cálculo da corrente:
6) Em ambientes naturais e na presença de água e gás oxigênio, a pirita, um mineral composto principalmente por dissulfeto de ferro (FeS2), sofre processos de intemperismo, o que envolve transformações químicas que acontecem ao longo do tempo.
Um desses processos pode ser descrito pelas transformações sucessivas, representadas pelas seguintes equações químicas:
Considerando a equação química que representa a transformação global desse processo, as lacunas da frase “No intemperismo sofrido pela pirita, a razão entre as quantidades de matéria do FeS2 (s) e do O2 (g) é __________, e, durante o processo, o pH do solo __________” podem ser corretamente preenchidas por
- A) 1/4; diminui.
- B) 1/4; não se altera.
- C) 2/15; aumenta.
- D) 4/15; diminui.
- E) 4/15; não se altera.
A alternativa correta é letra D)
Razão entre as quantidades de matéria de FeS2 e O2:
Como a reação global libera H+, o pH do solo diminui.
7) Dependendo do pH do solo, os nutrientes nele existentes podem sofrer transformações químicas que dificultam sua absorção pelas plantas. O quadro mostra algumas dessas transformações, em função do pH do solo.
Para que o solo possa fornecer todos os elementos citados na tabela, o seu pH deverá estar entre
- A) 4 e 6.
- B) 4 e 8.
- C) 6 e 7.
- D) 6 e 11.
- E) 8,5 e 11.
A alternativa correta é letra C)
O pH ideal para a absorção dos nutrientes seria entre 6 e 7 no qual todos os nutrientes se encontram na forma solúvel, necessária para que possa realmente ocorrer a absorção pelas plantas.
8) Nas mesmas condições de pressão e temperatura, 50 L de gás propano (C3H8) e 250 L de ar foram colocados em um reator, ao qual foi fornecida energia apenas suficiente para iniciar a reação de combustão. Após algum tempo, não mais se observou a liberação de calor, o que indicou que a reação havia-se encerrado. Com base nessas observações experimentais, três afirmações foram feitas:
I. Se tivesse ocorrido apenas combustão incompleta, restaria propano no reator.
II. Para que todo o propano reagisse, considerando a combustão completa, seriam necessários, no mínimo, 750 L de ar.
III. É provável que, nessa combustão, tenha se formado fuligem.
Está correto apenas o que se afirma em
Note e adote:
– Composição aproximada do ar em volume: 80% de N2 e 20% de O2.
- A) I.
- B) III.
- C) I e II.
- D) I e III.
- E) II e III.
A alternativa correta é letra D)
I. Se tivesse ocorrido apenas combustão incompleta, restaria propano no reator.
Correto.
Reação de combustão incompleta do propano:
1 mol de C3H8 ________ 3,5 mol de O2
Como gases ideais nas mesmas condições de temperatura e pressão possuem o mesmo volume molar, para reagir com 1 L de C3H8 são necessários 3,5 L de O2. A partir disso pode-se calcular a quantidade de O2 necessária para reagir com 50 L de C3H8:
1 L de C3H8 ________ 3,5 L de O2
50 L de C3H8 ________ X L de O2
X = 175 L de O2
Cálculo da quantidade de O2 em 250 L de ar:
250 L de ar ________ 100%
Y L de O2 ________ 20%
Y = 50 L de O2
É necessário 175 L de O2 para reagir completamente com 50L de propano. Entretanto, como está disponível apenas 50L de O2, o O2 é o reagente limitante e o propano é o reagente em excesso.
Como o propano está em excesso, ao fim da reação ainda sobra propano no reator.
O mesmo é válido para a outra reação de combustão incompleta que pode acontecer:
II. Para que todo o propano reagisse, considerando a combustão completa, seriam necessários, no mínimo, 750 L de ar.
Incorreto.
Reação de combustão completa
1 mol de C3H8 ________ 5 mol de O2
Como gases ideais nas mesmas condições de temperatura e pressão possuem o mesmo volume molar, para reagir com 1L de C3H8 são necessário 5L de O2. A partir disso pode-se calcular a quantidade de O2 necessária para reagir com 50L de C3H8:
1 L de C3H8 ________ 5 L de O2
50 L de C3H8 ________ W L de O2
W = 250L de O2
250 L de O2 equivalem a 20% do volume do ar. Portanto, o volume de ar que contém 250L de O2 é Z:
250 L de O2 ________ 20% de ar
Z L de O2 ________ 100% de ar
Z = 1250L de ar
III. É provável que, nessa combustão, tenha se formado fuligem.
Correto.
Como se trata de uma reação de combustão em que oxigênio é o reagente limitante é esperado que ocorra reações de combustão incompleta (reação que ocorre quando o oxigênio é escasso) produzindo C(s) (fuligem) e CO(g) (monóxido de carbono).
9) Para aumentar o grau de conforto do motorista e contribuir para a segurança em dias chuvosos, alguns materiais podem ser aplicados no para-brisa do veículo, formando uma película que repele a água. Nesse tratamento, ocorre uma transformação na superfície do vidro, a qual pode ser representada pela seguinte equação química não balanceada:
Das alternativas apresentadas, a que representa o melhor material a ser aplicado ao vidro, de forma a evitar o acúmulo de água, é:
- A) CℓSi(CH3)2OH
- B) CℓSi(CH3)2O(CHOH)CH2NH2
- C) CℓSi(CH3)2O(CHOH)5CH3
- D) CℓSi(CH3)2OCH2(CH2)2CO2H
- E) CℓSi(CH3)2OCH2(CH2) 10 CH3
A alternativa correta é letra E)
Para evitar o acúmulo de água na superfície do vidro deve-se utilizar do material que possui maior caráter apolar. Dentre as opções, o material de maior caráter apolar é da alternativa E que possui a maior cadeia carbônica que não possui heteroátomos, formada apenas por carbono e hidrogênios.
10) Segundo relatório do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC), inúmeras gigatoneladas de gases do efeito estufa de origem antropogênica (oriundos de atividades humanas) vêm sendo lançadas na atmosfera há séculos. A figura mostra as emissões em 2010 por setor econômico.
Com base na figura e em seus conhecimentos, aponte a afirmação correta.
- A) Os setores econômicos de Construção e Produção de outras energias, juntos, possuem menores emissões de gases do efeito estufa antropogênicos do que o setor de Transporte, tendo como principal exemplo ocorrências no sudeste asiático.
- B) As maiores emissões de CH4 de origem antropogênica devem-se ao setor econômico da Agricultura e outros usos da terra, em razão das queimadas, principalmente no Brasil e em países africanos.
- C) As maiores emissões de gases do efeito estufa de origem antropogênica vinculadas à Produção de eletricidade e calor ocorrem nos países de baixo IDH, pois estes não possuem políticas ambientais definidas.
- D) Um quarto do conjunto de gases do efeito estufa de origem antropogênica lançados na atmosfera é proveniente do setor econômico de Produção de eletricidade e calor, em que predomina a emissão do CO2, ocorrendo com grande intensidade nos EUA e na China.
- E) A Indústria possui parcela significativa na emissão de gases do efeito estufa de origem antropogênica, na qual o N2O é o componente majoritário na produção em refinarias de petróleo do Oriente Médio e da Rússia.
A alternativa correta é letra D)
O gráfico de emissão de gases-estufa por setor econômico em 2010 evidencia que os setores eletricidade / geração de calor; e agricultura e outros usos eram os mais destacados em 25% e 24%, respectivamente. Assim, a melhor alternativa para a questão é aquela que mostra 1/4 das emissões de CO2 sendo produzidas pelo setor eletricidade / geração de calor, sendo que o EUA e China se sobressaem.
CORRETA D