[Unicamp 2021] Quando colocada em um recipiente, a água sofre evaporação a partir da sua superfície, tendo como resistência física à evaporação a pressão sobre essa superfície. Se a pressão do vapor de água atinge o valor da pressão que age sobre sua superfície, a evaporação tende à formação de bolhas (ebulição). Nessa situação, a temperatura da água permanece constante até a evaporação total.
a) O cozimento de alimentos é, de uma forma simplificada, uma coleção de processos (reações) químicos. Neste contexto, cite a principal vantagem do uso de uma panela de pressão e explique, do ponto de vista científico, a mudança que seu uso promove em relação a um cozimento em panela comum.
b) Em uma panela de pressão foi colocado determinado volume de água. Considere os três seguintes processos, realizados separadamente, para ferver a água, até a evaporação completa:
1. Deixar a panela aberta, sem tampa; ligar o fogo e aquecer a água.
2. Fechar a panela apenas apoiando a tampa na sua parte superior; ligar o fogo e aquecer a água.
3. Fechar a panela encaixando a tampa conforme recomendado pelo fabricante; ligar o fogo e aquecer a água.
O gráfico abaixo (espaço de resposta) contém três curvas de temperatura da água, θ, em função do tempo. Correlacione os processos 1, 2 e 3 acima com as correspondentes curvas A, B ou C no gráfico. Justifique sua resposta. Desconsidere a contribuição da massa da tampa da panela.
[Unicamp 2021] Um dos grandes desafios para a consolidação de uso do hidrogênio como combustível é seu armazenamento seguro e em grande quantidade. O hidrogênio pode ser armazenado puro, como gás ou líquido. Atualmente, parece mais adequado armazenar o hidrogênio na forma de hidretos metálicos ou adsorvido em materiais porosos nanoestruturados. Para que o armazenamento seja considerado eficiente, o material deve apresentar capacidade de armazenamento máxima em pressão constante e boa reversibilidade; ou seja, o armazenamento (adsorção) e a liberação (dessorção) devem ocorrer em condições similares. Essas características do armazenamento podem ser observadas em um gráfico denominado “isoterma de adsorção”, que é uma curva de composição de hidrogênio no material (C, kg de /kg de material) em função da pressão.
a) A figura ao lado mostra a isoterma de três materiais que poderiam ser empregados para armazenar . Qual curva (A, B ou C) representa o melhor material para se armazenar o hidrogênio? Justifique sua escolha.
b) Um carro com motor a combustão interna consome 24 kg de gasolina (d = 700 ) ou 8 kg de hidrogênio para percorrer uma distância de 400 km, adsorvido em um material intermetálico do tipo . Considerando que a massa e o volume de um carro médio são aproximadamente de 6 e 1.000 kg, respectivamente, uma possível desvantagem desta tecnologia alternativa estaria relacionada à massa ou ao volume relativamente ocupado pelo ? Justifique.
Dados do : capacidade de armazenamento de = 3,6 kg de por 100 kg de ; densidade = 3.400 .
[Fuvest 2021] O gás é relevante para diversos processos tecnológicos e industriais por ser considerado um gás inerte e, portanto, ser utilizado para evitar contato do processo com espécies reativas presentes na atmosfera. Uma das características que faz o ser inerte é a força de ligação entre átomos de N.
O utilizado comercialmente costuma ser obtido por separação do ar atmosférico, composto majoritariamente por , , , Hélio e Argônio.
a) No preparo de uma amostra de para uso industrial, quatro misturas de gases foram obtidas, conforme apresentado na tabela. Qual ou quais dessas misturas seria(m) adequada(s) para processos que não podem ser realizados na presença de gases oxidantes?
b) Desenhe as estruturas de Lewis para e e explique, com base nessas estruturas, por que a ligação entre os átomos de N no é mais forte do que a ligação entre átomos de O no .
Uma forma de obter um fluxo de nitrogênio gasoso de grande pureza é por meio da evaporação do nitrogênio líquido armazenado no interior de um botijão criogênico. Considere que um botijão como esse foi preenchido com 70 L de nitrogênio líquido que, quando evaporado, pode ser retirado como nitrogênio gasoso do cilindro.
c) Calcule, em L, o volume de nitrogênio gasoso que pode ser coletado à temperatura de 30 °C e pressão ambiente de 1 atm, a partir desse botijão. Considere que todo líquido pode ser aproveitado e que não houve perdas.
Note e adote:
Densidade do nitrogênio líquido: 0,8 g/mL
Volume molar de gás ideal a 1 atm e 30 °C: 25 L
Massa molar (g/mol): = 28
Distribuição eletrônica N: , , ; O: , ,
[Unifesp 2021] O potássio é um nutriente mineral essencial no metabolismo dos seres vivos e elemento químico básico na composição de fertilizantes do tipo NPK — mistura de compostos à base de nitrogênio, fósforo e potássio. A silvita (), um dos minérios de potássio, é importante fonte de matéria-prima para a produção de fertilizantes, porque possui a maior porcentagem de potássio em uma forma química de fácil extração. Convencionalmente, a porcentagem em massa de potássio em fertilizantes é expressa como “ equivalente”, mesmo que o composto presente seja o , exigindo que sejam feitos cálculos que relacionem as massas de potássio no e no .
A tabela fornece teores equivalentes de , e na silvita.
a) Qual tipo de ligação química está presente na silvita? Escreva a distribuição eletrônica em camadas do elemento potássio na forma em que se apresenta na silvita.
b) Demonstre que 100% de correspondem, aproximadamente, às porcentagens em massa de e de informadas na tabela.
[Fuvest 2021] O diagrama ao lado representa algumas espécies que podem ser formadas quando o Fe metálico é exposto a diferentes condições de pH e potencial de redução medidos contra o eletrodo padrão de hidrogênio. As regiões relativas às espécies e estão associadas às regiões marcadas como (I) e (II) no diagrama, não necessariamente nessa ordem.
a) Para evitar a corrosão de um objeto de ferro metálico, este foi submetido a pH e potencial adequados, formando uma camada de na superfície. Explique como essa camada previne a corrosão do interior do objeto.
b) Escreva a semirreação de redução associada ao processo representado pela seta, indicando o valor de potencial a partir do qual a reação acontece.
c) Associe, corretamente, na tabela da folha de resposta, cada uma das regiões (I) e (II) com as espécies e . Justifique a associação feita com base nos potenciais de redução apresentados no diagrama.
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