7º Fascículo - Física e Química - ELTON

7º FASCÍCULO
CIÊNCIAS DA NATUREZA
E SUAS TECNOLOGIAS
(FÍSICA E QUÍMICA)

O sétimo fascículo da parceria JC e Sistema GGE de Ensino entra na área
de Naturezas e suas Tecnologias, trazendo as disciplinas de Química e
Física e trabalhando as competências 1, 5 e 7 com as habilidades 1, 7,
17, 18, 19, 21, 24, 25 e 26. Para a preparação deste material, o Sistema
GGE de Ensino fez uma seleção dos assuntos mais recorrentes no Enem
desde 2009.
Dentro da competência de área 1, são compreendidas as ciências
naturais e as tecnologias a elas associadas como construções
humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e
no desenvolvimento econômico e social da humanidade. Na área 5,
entendem-se métodos e procedimentos próprios das ciências naturais
e sua aplicabilidade em diferentes contextos. Já na competência
de área 7, são trabalhados os conhecimentos da química para, em
situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções
científico-tecnológicas.
No próximo sábado você vai degustar o último fascículo desta série,
quando continuaremos com Ciências da Natureza, no entanto
abordando a disciplina de Biologia.
Tenha ótimos estudos!
Competências: C1, C5 e C7 Habilidades: H1, H7, H17, H18, H19, H21, H24, H25 e H26
CIÊNCIAS HUMANASE SUAS TECNOLOGIAS
FÍSICA
QUÍMICA
Ondulatória
ESTEQUIOMETRIA
Reflexão, Refração,
Cálculo estequiométrico,
Leis da refração e Difração Rendimento de uma reação química ,
Medidores elétricos
Galvanômetro, Amperímetro ideal,
Voltímetro ideal, Ohmímetro ideal
https://goo.gl/2Opv4a
https://goo.gl/uTiUst
Cálculos com reações consecutivas
Pureza de reagente e produtos
GERÊNCIA EDITORIAL: Leonardo Siqueira / Sarah Eleutério /// AUTORES E REVISORES: Wendel Hommel - Física / Fábio Costa - Química /// CAPA E CONTRACAPA: João Batista /// DIAGRAMAÇÃO:
Elton Ribeiro / João Batista /// ILUSTRAÇÕES: Elton Ribeiro /João Batista / Luiz Fernando / Shamuel Fiorentino /// ANIMAÇÕES: Leonardo Carvalho /// CRÉDITOS DE IMAGENS: Shutterstock
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Física
Ondulatória
Para realizarmos o estudo das ondas,
necessitamos, primeiramente, identificar
os parâmetros que caracterizam uma onda,
isto é, as grandezas associadas à onda.
No estudo das ondas, trabalharemos,
sobretudo, com quatro grandezas: frequência
(f), período (T), amplitude (A) e
comprimento de onda ( λ ). O conceito de tais grandezas nos é familiar do estudo
dos M.H.S. Teremos, portanto, apenas que adaptá-los para o estudo das ondas. Tais
conceitos são válidos para qualquer onda periódica. No entanto, ilustraremos nosso
estudo com uma onda transversal.
• Na Imagem acima, podemos visualizar as principais grandezas associadas
às ondas.
• Amplitude: é o limite entre o qual o sistema oscila. Na Imagem anterior, o
valor da amplitude é representado por +A e -A. Se a energia da onda não é dissipada,
o valor da amplitude é constante.
• Comprimento de onda: os pontos do gráfico onde y = + A são chamados de
cristas, e os pontos onde y =-A são chamados de vales, ventres ou depressões.
O comprimento de onda é medido como sendo a distância entre dois pontos
iguais e consecutivos, portanto é a distância entre duas cristas consecutivas ou
dois vales consecutivos.
• Período: o período de uma oscilação é o tempo necessário para que a oscilação
se repita. Na figura acima, ela é representada pelo tempo necessário para que
dois vales (ou duas cristas) consecutivos ocorram.
• Frequência de uma onda: a frequência mede o número de oscilações completas
que uma onda executa na unidade de tempo. Podemos calcular essa
grandeza fazendo uma relação entre o número de oscilações e o intervalo de
tempo gasto para elas ocorrerem.
• Velocidade de propagação de uma onda periódica: Em um meio homogêneo,
independentemente se a onda é eletromagnética ou mecânica, sua velocidade
é constante. Assim, obtemos a expressão:
Fenômenos ondulatórios
Reflexão
O primeiro fenômeno ondulatório que será objeto de nosso estudo é a reflexão.
Imagine uma onda se propagando em um meio qualquer. Dizemos que
essa onda sofreu reflexão quando, ao incidir em outro meio, ela volta a se propagar
no meio original. Tal fenômeno pode ocorrer de modo total ou parcial.
É esse fenômeno que permite que corpos que não emitem luz tornem-se visíveis.
Uma característica importante do fenômeno de reflexão é que ele preserva
a velocidade, a frequência e o comprimento da onda original.
A figura a seguir representa uma onda bidimensional sendo refletida.
Tal fenômeno obedece a duas leis, conhecidas como Leis da Reflexão.
Primeira lei: a normal, os raios incidentes e refletidos são coplanares, isto é,
pertencem ao mesmo plano.
Segunda lei: o ângulo formado entre o raio incidente e a normal, chamado ângulo
de incidência, e o ângulo formado entre o raio refletido e a normal, chamado
ângulo de reflexão, são iguais. Desta forma:
Refração
i = r
Outro fenômeno ondulatório é a refração de ondas. Ele ocorre quando uma onda
que está se propagando em um meio passa a se propagar em um meio diferente.
DS
v = ®
Dt
v =
λ
T
1
Sabemos que f = . Desta forma, vem:
T
v = f×
λ
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3

FÍSICA E QUÍMICA
Na Imagem anterior temos:
i: ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e a normal. Atenção
para o ângulo formado entre a superfície que separa os meios e as frentes de onda
incidentes, também igual a i;
r: ângulo de refração, formado entre o raio refratado e a normal. Atenção para
o ângulo formado entre a superfície que separa os meios e as frentes de onda refratadas,
também igual a r;
v 1
e λ 1
: são, respectivamente, a velocidade da onda e o comprimento de
onda no meio 1;
v 2
e λ 2
: são, respectivamente, a velocidade da onda e o comprimento de
onda no meio 2:
Uma característica importante do fenômeno da refração é que ele preserva a
fase e a frequência da onda. No entanto, o comprimento de onda e a velocidade de
propagação da onda são alterados.
De modo análogo à reflexão, o fenômeno da refração também é regido por
duas leis.
Leis da refração
Primeira Lei: a normal, os raios incidentes e refletidos são coplanares, isto é,
pertencem ao mesmo plano.
Segunda lei: também conhecida como Lei de Snell-Descartes.
Difração
ESCLARECENDO
A luz natural, quando refletida em água e em vidros, sofre polarização.
Os óculos polarizadores, quando atuam como analisadores,
impedem a passagem da luz polarizada por reflexão. Esse
fato também é visto em lentes de câmeras fotográficas. Desta forma,
eliminam-se os reflexos indesejados.
Imagine que você está de um lado de um muro comprido e alto e que, do outro
lado, há um potente sistema de som emitindo ondas sonoras. Sem dúvidas, você
ouvirá o som. Contudo, não verá o equipamento que o emite.
Isso ocorre devido ao fato de as ondas sonoras contornarem o muro, mas a luz
que refletiu no objeto não.
Quando uma onda contorna um obstáculo, evidencia-se o fenômeno
da difração.
Polarização de ondas
sen i v1 λ
= = 1
sen r v2 λ2
Polarizar uma onda é como filtrar suas vibrações, de forma a manter as vibrações
apenas na direção desejada. Para realizar a polarização, utilizamos um material
polarizador, que “filtra” a direção de vibração da onda.
Quando todas as partes de uma onda estão em um mesmo plano, dizemos que a
onda está polarizada. O equipamento utilizado para polarizar é denominado polarizador.
Somente ondas transversais podem ser polarizadas. O caráter transversal das
ondas eletromagnéticas foi evidenciado pelo fato de elas poderem ser polarizadas.
Na Imagem a seguir, são produzidas perturbações em todas as direções, formando,
desta forma, ondas que não estão polarizadas. Ao passarem pela fenda F,
que vai funcionar como um polarizador, somente uma direção de perturbação é
filtrada. Contudo, ao passar por uma segunda fenda F’, perpendicular à primeira,
percebemos que a perturbação deixa de existir.
ESCLARECENDO
Dá-se o nome de difração de uma onda para o encurvamento dos
raios da onda ao passarem por um obstáculo. Desta forma, provamos que
os raios de uma onda não são sempre retilíneos, mesmo que o meio seja
homogêneo e isótropo.
Medidores elétricos
4
De forma análoga, também é possível polarizar a luz, tendo como polarizador
alguns cristais, como a calcita (CaCO 3
). Isso fica evidenciado na Imagem a seguir.
O primeiro cristal é chamado de polarizador; o segundo é denominado
analisador. Como nossos olhos são incapazes de discernir luz polarizada da normal,
o primeiro cristal é responsável pela polarização, enquanto o segundo evidencia o
fenômeno, pois evita a passagem do feixe polarizado.
Devemos ressaltar que, ao colocarmos instrumentos de medida em um circuito
elétrico, geralmente buscamos fazê-lo de modo que a inserção dos aparelhos
não modifique a intensidade das correntes elétricas ou as diferenças de potenciais.
Entretanto, essa é uma situação apenas teórica, ideal, pelo fato de esses instrumentos
serem constituídos por condutores reais, possuindo resistência elétrica.
A simples colocação dos aparelhos no circuito provoca, inevitavelmente, modificações
nas intensidades de corrente e de tensão.
Para a construção de um bom amperímetro ou de um bom voltímetro,
é comum partir-se de um aparelho básico denominado galvanômetro, modificando-o
de maneira que ele apresente as características desejáveis do
instrumento de medida.
O galvanômetro, assim denominado em homenagem a Luigi Galvani, é essencialmente
um indicador de corrente elétrica, não tendo, em geral, a função de medir
sua intensidade, podendo, entretanto, fazê-lo, se for devidamente graduado.

FÍSICA E QUÍMICA
Galvanômetro
O princípio de funcionamento de um galvanômetro baseia-se na força magnética
que age sobre um condutor percorrido por corrente elétrica, quando esse
condutor está imerso em um campo magnético. Esse efeito será oportunamente
estudado com detalhes no eletromagnetismo.
A força magnética, agindo sobre o condutor percorrido por corrente elétrica,
origina um binário que atua sobre a espira e provoca a deflexão de um ponteiro sobre
uma escala previamente calibrada.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
10 0
10
U
UV
= RI
R = V
A
iA
U
Neste processo, deve-se R = V
levar em conta os erros percentuais dos dois equipamentos
para definir o erro percentual A do valor da resistência
i
medida.
Ponte de Wheatstone
A
i A
R X
Aplicando-se a Lei de Ohm, temos: UV
= RI
U V
A
N S S
ig
ig ig
O máximo valor da intensidade de corrente que pode atravessar o galvanômetro,
sem danificá-lo, é denominado corrente de fundo de escala e será representado
por i G
. Do ponto de vista da eletrodinâmica, um galvanômetro comporta-se
como um resistor com resistência interna R G
.
A figura a seguir indica a maneira esquemática de representação de um galvanômetro
em um circuito elétrico.
S
N
N
ig
Ponte de Wheatstone é o nome dado ao circuito elétrico, concebido pelo físico
inglês Charles Wheatstone (1802-1875), montado conforme o esquema a seguir e
usado na determinação do valor de uma resistência elétrica desconhecida R X
.
Nesse circuito, R 1
e R 2
são duas resistências elétricas, cujos valores são conhecidos
com precisão, e R é a resistência elétrica de um reostato.Participam ainda do
circuito um galvanômetro e um gerador.
A partir da variação do valor da resistência elétrica R do reostato chega-se
a uma situação tal que o galvanômetro não acusa a passagem de corrente
elétrica, ou seja, i G
= 0. Nessa situação dizemos que a ponte está em
equilíbrio, ou balanceada.
Observe a figura ao a seguir:
Amperímetro ideal
G
R G
A
V
G
C
R X
i 1 R
i 1
i G
= 0
B
Amperímetro é o instrumento que se destina a medir intensidades de correntes
elétricas. O amperímetro ideal tem resistência interna nula. Entretanto, um
bom amperímetro, com pequena resistência elétrica interna, pode ser fabricado a
partir de um galvanômetro modificado.
Um galvanômetro pode medir apenas correntes de intensidades muito pequenas.
i G
R G
G
= A
i S
R S
Voltímetro ideal
O voltímetro é um dispositivo que se destina a medir diferenças de potencial
entre dois pontos de um circuito elétrico. Ele é colocado em paralelo com o circuito,
possuindo uma alta resistência, diminuindo, assim, a corrente que passa por
ele, evitando alterar a corrente total do circuito.
Ohmímetro ideal
O valor da resistência elétrica de um resistor pode ser determinado, basicamente,
através de um dos dois processos: da lei de Ohm e da ponte de Wheatstone.
A partir da aplicação da lei de Ohm
i
Nesse processo de determinação do valor de uma resistência elétrica, os valores
da intensidade de corrente elétrica que atravessa o resistor e da ddp entre seus
terminais são obtidos diretamente a partir da indicação de um amperímetro e de
um voltímetro, ambos de boa qualidade. Observe a figura a seguir:
i
i 2
i 2
R 1
R 2
D
+ -
Com a ponte balanceada, a corrente elétrica através do condutor CD é nula, e,
pela lei de Ohm, a ddp entre seus terminais também é nula. Portanto, sendo nula
a ddp entre os pontos C e D, podemos concluir que esses pontos estão a um mesmo
potencial elétrico.
Dividindo membro a membro as equações (I) e (II), obtemos:
(I)
UAC = UAD ® RXi 1 = Ri 12
(II)
UCB
= UDB
® Ri 1 = Ri 2 2
R X
L 2
= RL 1
Numa ponte de Wheatstone em equilíbrio, são iguais os produtos das resistências
elétricas dos resistores situados em lados opostos.
Logicamente, conhecendo os valores de R, R 1
e R 2
,podemos determinar
o valor de Rx.
i
5

FÍSICA E QUÍMICA
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
01. Baseado nas propriedades ondulatórias de transmissão e reflexão, as
ondas de ultrassom podem ser empregadas para medir a espessura de vasos
sanguíneos. A figura a seguir representa um exame de ultrassonografia obtido
de um homem adulto, onde os pulsos representam os ecos provenientes
das reflexões nas paredes anterior e posterior da artéria carótida.
04. Em uma aula no laboratório de Física, o professor solicita aos alunos
que meçam o valor da resistência elétrica de um resistor utilizando um voltímetro
ideal e um amperímetro ideal. Dos esquemas abaixo, que representam
arranjos experimentais, qual o mais indicado para a realização dessa
medição?
a) Esquema A
d) Esquema D
b) Esquema B
e) Esquema E
Suponha que a velocidade de propagação do ultrassom seja de 1.500 m/s.
Nesse sentido, a espessura e a função dessa artéria são, respectivamente:
a) 1,05 cm – transportar sangue da aorta para a cabeça.
b) 1,05 cm – transportar sangue dos pulmões para o coração.
c) 1,20 cm – transportar sangue dos pulmões para o coração.
d) 2,10 cm – transportar sangue da cabeça para o pulmão.
e) 2,10 cm – transportar sangue da aorta para a cabeça.
c) Esquema C
02. Luz linearmente polarizada (ou plano-polarizada) é aquela que:
a) apresenta uma só frequência.
b) se refletiu num espelho plano.
c) tem comprimento de onda menor que o da radiação ultravioleta.
d) tem a oscilação, associada a sua onda, paralela a um plano.
e) tem a oscilação, associada a sua onda, na direção de propagação.
03. Pedro está trabalhando na base de um barranco e pede uma ferramenta
a Paulo, que está na parte de cima (ver figura). Além do barranco, não
existe, nas proximidades, nenhum outro obstáculo.
05. Um eletricista precisa medir a resistência elétrica de uma lâmpada.
Ele dispõe de uma pilha, de uma lâmpada (L), de alguns fios e de dois aparelhos:
um voltímetro (V), para medir a diferença de potencial entre dois
pontos, e um amperímetro (A), para medir a corrente elétrica. O circuito
elétrico montado pelo eletricista para medir essa resistência é:
a)
d)
b)
e)
Do local onde está, Paulo não vê Pedro, mas escuta-o muito bem porque, ao
passarem pela quina do barranco, as ondas sonoras sofrem:
a) convecção.
b) reflexão.
c) polarização.
d) difração.
c)
6

Química
Cálculo estequiométrico
Cálculo estequiométrico ou estequiometria é o cálculo das quantidades
das substâncias que reagem e/ou são produzidas numa reação química.
Regras Fundamentais:
1. Escrever a equação química mencionada no problema;
2. Acertar os coeficientes dessa equação;
3. Em uma equação química, a proporção de mols é igual à proporção
dos coeficientes.
4. Estabelecer uma regra de três entre o dado e a pergunta do problema,
obedecendo aos coeficientes da equação, que poderá ser escrita em
massa, ou em volume, ou em mols, conforme as conveniências dos
problemas;
Massa/Massa
O minério Blenda(ZnS) foi fortemente aquecido na presença do Oxigênio, produzindo
óxido de zinco e anidrido sulfuroso. Calcule a massa de anidrido sulfuroso,
em gramas, que poderá ser obtida a partir de 24g de oxigênio. (Dado: O=16; S=32.)
32g/ mol
64g/
mol
2 ZnS+ 3 O2
® 2ZnO + 2 SO2
24g
m
3× 32g® 2×
64g
24g
m=
32g
® m
Reagente em excesso e reagente limitante
As reações químicas ocorrem sempre numa proporção constante. Se uma
das substâncias que participa da reação estiver em quantidade maior que a
proporção correta, ela não será consumida totalmente. A quantidade da substância
que não reage é chamada de excesso.
• Dependendo das quantidades iniciais, pode sobrar um ou outro reagente.
O reagente que for totalmente consumido (não está em excesso) é o limitante
(a reação termina quando ele se esgota).
Questões Resolvidas
01. O bisfenol-A é um composto que serve de matéria-prima para a fabricação
de polímeros utilizados em embalagens plásticas de alimentos,
em mamadeiras e no revestimento interno de latas. Esse composto está
sendo banido em diversos países, incluindo o Brasil, principalmente por
ser um mimetizador de estrógenos (hormônios) que, atuando como tal
no organismo, pode causar infertilidade na vida adulta. O bisfenol-A
(massa molar igual a 228g mol) é preparado pela condensação da propanona
(massa molar igual a 58g mol) com fenol (massa molar igual a
94g mol), em meio ácido, conforme apresentado na equação química.
Massa/Volume (CNTP)
O volume de CO 2
, medidos nas CNTP, produzido na combustão de 960g de
metano, é: (Dado: C=12 ; H=1; Vm=22,4L/mol.)
16g/
mol
1 CH 4 + 2 2 ® 1 2 + 2 2 960G
V
Massa/Mol
116 . G®
1. 22,
4L
960G
® V
V = 1344 . L
O óxido de alumínio(Al 2
O 3
) é utilizado como antiácido. Sabendo-se que a
reação que ocorre no estômago é: Al 2
O 3
+ HCl → AlCl 3
+ H 2
O, a massa desse óxido
que reage com 0,25 mol de ácido será: Dado: Al=27 ; O=16.
1
102g
/ mol
A 2 3 + 6 HC ® 2 AC 3 + 3 2
m 025 , mol
Massa/Moléculas
1.
102g®
6mol
m
m=
425 , g
® 025 , mols
Qual o número de moléculas de amônia obtidas a partir de 0,4Kg de gás
Hidrogênio? Dado: H=1; N A
=6.10 23 .
2g/ mol
60210 ,
⋅ 23
23
moléculas
3× 2g® 2×
6,
02 moléculas
3 H2
+ 1 N2 → 2 NH
400g®
x
3
25
400g
x moléculas x = 810 .
Considerando que, ao reagir 580g de propanona com 3760g de
fenol, obteve-se 1,14 kg de bisfenol-A, de acordo com a reação descrita,
o rendimento real do processo foi de
a) 0,025%. b) 0,05%. c) 12,5%. d) 25%. e) 50%.
Passo 1: Multiplicar a equação de baixo por 2 para que o ZnO
iguale o coefiente e possa ser simplificado (equação global).
Passo 1:Descobrir qual reagente está excesso.
2∙94 g
3760g
→ 58g
→
m 1
m 1
= 1160g
Massa de
propanona que
pode reagir.
Não há excesso
desse reagente.
2∙94 g
m 2
→
→
m 2
= 1880g
94g /mol 58 g / mol 228
3760g 580g 1,14kg (obtido)
58g
580g
Massa de fenol que
pode reagir.
Esse reagente está em excesso.
Pode reagir 1880g, mas estão
reagindo 3760g.
Passo 2: Descobrir massa que deveria ter
sido formado de bisfenol
Usaremos reagente que não está e excesso.
58g → 228g
580g → 580g
m=2280g m=2,28Kg
Passo 3: Achar rendimento da reação.
2,28Kg → 100%
580g → x
x=50%
Letra E
7

FÍSICA E QUÍMICA
Rendimento de uma reação química
Rendimento é o quociente entre a quantidade de produto realmente
obtida em uma reação e a quantidade que, teoricamente, seria obtida, de
acordo com a equação química correspondente.
Questões Resolvidas
02. Para proteger estruturas de aço da corrosão, a indústria utiliza uma
técnica chamada galvanização. Um metal bastante utilizado nesse processo
é o zinco, que pode ser obtido a partir de um minério denominado
esfalerita (ZnS), de pureza 75%. Considere que a conversão do minério
em zinco metálico tem rendimento de 80% nesta sequência de
equações químicas:
2ZnS + 3 O 2
→ 2 ZnO + 2 SO 2
ZnO + CO → Zn + CO2
Considere as massas molares: ZnS (97 g mol); O 2 (32 g mol);
ZnO (81g mol); SO 2 (64 g mol); CO (28 g mol); CO 2
(44 g mol); e Zn (65 g mol).
Que valor mais próximo de massa de zinco metálico, em quilogramas,
será produzido a partir de 100 kg de esfalerita?
a) 25 b) 33 c) 40 d) 50 e) 54
Questões Resolvidas
03. Grandes fontes de emissão do gás dióxido de enxofre são as indústrias
de extração de cobre e níquel, em decorrência da oxidação dos minérios
sulfurados. Para evitar a liberação desses óxidos na atmosfera e a
consequente formação da chuva ácida, o gás pode ser lavado, em um processo
conhecido como dessulfurização, conforme mostrado na equação
(1). CaCO3(s) + SO2(g) → CaSO3(s) + CO 2(g) (1)
Por sua vez, o sulfito de cálcio formado pode ser oxidado, com o auxílio
do ar atmosférico, para a obtenção do sulfato de cálcio, como mostrado
na equação (2). Essa etapa é de grande interesse porque o produto
da reação, popularmente conhecido como gesso, é utilizado para fins
agrícolas.
2 CaSO 3(S)
+ O 2(g)
→ 2 CaSO 4(S)
(2)
As massas molares dos elementos carbono, oxigênio, enxofre e cálcio são
iguais a 12g / mol, 16g / mol, 32g / mol e 40g / mol, respectivamente.
BAIRD, C. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman. 2002 (adaptado).
Considerando um rendimento de 90% no processo, a massa de gesso
obtida, em gramas, por mol de gás retido é mais próxima de
a) 64. b) 108. c) 122. d) 136. e) 245.
Passo 1: Multiplicar a equação de baixo por 2 para que o ZnO
iguale o coefiente e possa ser simplificado (equação global).
2 ZnS + 3 O 2
→ 2 ZNO + 2 SO 2
ZnO + CO → Zn + CO 2 x2
2ZnS + 30 2
→2ZnO + 2SO 2
2ZnO +2CO → 2Zn +2CO 2
2ZnS + 30 2
+2CO ⎯⎯→
Global
2SO 2
+2Zn + 2CO 2 Equação global
Passo 2: Achar a massa de ZnS que reage (pureza)
Passo 1:
• Perceba que CaSO 3
é a subtância em comum as duas reações. Porém,apresentam coeficientes
estequiométricos diferentes.
• Devemos, então multiplicar a reação (1) por 2, para igualar os coeficientes estequiométricos
e poder achar a equação global.
2CaCO 3(S)
+ 2SO 2(g)
→2CasO (3)(S)
+ 2CO 2(g)
(1)
2 CaSO 3s
+O 2
+ O 2(g)
→ 2 CaSO 4(s)
(2)
2CaCO 3(s_
+ 2SO 2(g)
+O 2(g)
⎯⎯⎯⎯→2
Global
CaSO 4(s)
2∙97g
2Zns + 3O 2
+2CO
⎯⎯⎯⎯→
2∙65g
2SO 2
+ 2Zn + 2CO 2
Passo 3: Achar a massa de Zn formada
100Kg → 100%
m → 75%
m= 75Kg
Passo 4: Aplicar o rendimento da reação
2∙97g → 2∙65g
75Kg → m
Passo 2: Passo 3:
2 CaSO 3(s)
+2SO 2(g)
2 +O 2(g)
2 mol ⎯⎯⎯⎯⎯
1 mol ⎯⎯⎯⎯⎯
2 CaSO 4(S)
2x136g
mCaSO 4(s)
136g → 100%
m → 90%
m= 122,4g
2∙97g → 2∙65g
75Kg → m
m= 136g
Letra C
m = 50,25Kg
m = 40Kg
Letra C
Pureza de reagente e produtos
Cálculos com reações consecutivas:
Nesse tipo de problema é indispensável que:
• Todas as equações estejam balanceadas individualmente.
• As substâncias intermediarias sejam canceladas; em certos problemas,
isso obriga a multiplicar ou dividir uma ou outra equação por números
convenientes, que levem ao cancelamento desejado.
Parte pura da amostra: a substância útil em um dado processo.
Impurezas: todas as demais substâncias do sistema (não reagem no
processo considerado).
Na química é comum o uso de reagentes impuros, principalmente em
reações industriais, ou porque são mais baratos ou porque já são encontrados
na natureza acompanhados de impurezas (como nos minérios).
Grau de pureza: é o quociente entre a massa da substância pura e a
massa total da amostra.
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FÍSICA E QUÍMICA
Questões Resolvidas
04. Em setembro de 1998, cerca de 10.000 toneladas de ácido sulfúrico
(H 2
SO 4
) foram derramadas pelo navio Bahamas no litoral do Rio
Grande do Sul. Para minimizar o impacto ambiental de um desastre
desse tipo, é preciso neutralizar a acidez resultante. Para isso pode-se,
por exemplo, lançar calcário, minério rico em carbonato de
cálcio (CaCO 3
), na região atingida. A equação química que representa
a neutralização do H 2
SO 4
por CaCO 3
, com a proporção aproximada entre
as massas dessas substâncias é:
H 2
SO 4
+ CaCO 3
→ CaSO 4
+ H 2
O + CO 2
1 tonelada do ácido reage 1 tonelada do sal originando um sedimentado
e gás.
Pode-se avaliar o esforço de mobilização que deveria ser empreendido
para enfrentar tal situação, estimando a quantidade de caminhões
necessária para carregar o material neutralizante. Para transportar certo
calcário que tem 80% de CaCO 3
, esse número de caminhões, cada um
com carga de 30 toneladas, seria próximo de:
a) 100 b) 200 c) 300 d) 400 e) 500
Passo 1: Descobrir a massa de carbonato necessária para neutralizar o ácido.
98g/mol 100g/mol
H 2
SO 4
+ CaCO 3
CaSO 4
H 2
O+CO2
10 4 ton m
98g → 100g
10 4 ton → 100g
m= 1,02∙10 4 ton
Passo 2: Descobrir a massa total do minério a ser transportada pelo caminhão.
1,02∙10 4 ton 80%
m=1,275∙10 4 ton
m 100%
Passo 3: Descobrir a quantidade de caminhões necessária a transportar todo minério.
1 Caminhão 30 ton
x
12750 ton
Letra D
x ≅ 400 caminhões
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
06. Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que também apresenta
enxofre em sua composição. Esse enxofre é um componente indesejável,
pois o trióxido de enxofre gerado é um dos grandes causadores da
chuva ácida. Nos anos 1980, não havia regulamentação e era utilizado
óleo diesel com 13 000 ppm de enxofre. Em 2009, o diesel passou a ter
1 800 ppm de enxofre (S1800) e, em seguida, foi inserido no mercado o
diesel S500 (500 ppm). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com 50 ppm
de enxofre em sua composição. Atualmente, é produzido um diesel com
teores de enxofre ainda menores.
Os Impactos da má qualidade do óleo diesel brasileiro. Disponível em: www.cnt.org.br.
Acesso em: 20 dez. 2012 (adaptado).
A substituição do diesel usado nos anos 1980 por aquele difundido
em 2012 permitiu uma redução percentual de emissão de SO 3 de
a) 86,2%.
b) 96,2%.
c) 97,2%.
d) 99,6%.
e) 99,9%.
07. A produção de aço envolve o aquecimento do minério de ferro,
junto com carvão (carbono) e ar atmosférico em uma série de reações
de oxirredução. O produto é chamado de ferro-gusa e contém cerca de
3,3% de carbono. Uma forma de eliminar o excesso de carbono é a oxidação
a partir do aquecimento do ferro-gusa com gás oxigênio puro.
Os dois principais produtos formados são aço doce (liga de ferro com
teor de 0,3% de carbono restante) e gás carbônico. As massas molares
aproximadas dos elementos carbono e oxigênio são, respectivamente,
12 g/mol e 16 g/mol.
LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. São Paulo: Edgard Blücher, 1999 (adaptado).
Considerando que um forno foi alimentado com 2,5 toneladas de
ferro-gusa, a massa de gás carbônico formada, em quilogramas, na
produção de aço doce, é mais próxima de
a) 28.
b) 75.
c) 175.
d) 275.
e) 303.
08. No Japão, um movimento nacional para a promoção da luta contra
o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO 2
a
menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO 2
emitida
todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir
a queima de gás de cozinha.
Um hambúrguer ecológico? É pra já! Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br. Acesso em:
24 fev. 2012 (adaptado).
Considerando um processo de combustão completa de um gás de
cozinha composto exclusivamente por butano (C 4
H 10
), a mínima quantidade
desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender
à meta diária, apenas com esse gesto, é de
Dados: CO 2
(44 g/mol); C 4
H 10
(58 g/mol)
a) 0,25 kg.
b) 0,33 kg.
c) 1,0 kg.
d) 1,3 kg.
e) 3,0 kg.
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FÍSICA E QUÍMICA
09. O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico
e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração
de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença
de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio,
este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir:
Dados: Massas Molares em g/mol Pb = 207; S = 32; Na = 23; O = 16; C = 12
ARAÚJO, R.V.V.; TINDADE, R.B.E.; SOARES, P.S.M.
Reciclagem de chumbo de bateria automotiva: estudo de caso.
Disponível em: http://www.iqsc.usp.br. Acesso em: 17 abr. 2010 (adaptado).
5 H2O 2(aq) + 2 KMnO 4(aq) + 3 H2SO 4(aq) → 5 O 2(g) + 2 MnSO 4(aq) + K2SO 4(aq) + 8 H2O ( )
Segundo as condições do processo apresentado para a obtenção
de carbonato de chumbo (II) por meio da lixiviaçao por carbonato de
ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos Cálculos da Química. São Paulo: McGraw- sódio e considerando uma massa de pasta residual de uma bateria de 6
kg, qual quantidade aproximada, em quilogramas, de PbCO 3
é obtida?
a) 1,7 kg
b) 1,9 kg
c) 2,9 kg
d) 3,3 kg
e) 3,6 kg
11. Atualmente, sistemas de purificação de emissões poluidoras estão sendo
exigidos por lei em um número cada vez maior de países. O controle das
emissões de dióxido de enxofre gasoso, provenientes da queima de carvão que
contém enxofre, pode ser feito pela reação desse gás com uma suspensão de
hidróxido de cálcio em água, sendo formado um produto não poluidor do ar.
A queima do enxofre e a reação do dióxido de enxofre com o hidróxido
de cálcio, bem como as massas de algumas das substâncias envolvidas
nessas reações, podem ser assim representadas:
enxofre (32g) + oxigênio (32g) → dióxido de enxofre (64g)
dióxido de enxofre (64g) + hidróxido de cálcio (74g) → produto
não poluidor
PbSO 4
+ Na 2
CO 3
→ PbCO 3
+ Na 2
SO 4
-Hill, 1992.
De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade
de permanganato de potássio necessária para reagir completamente
com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é
igual a
a) 2,0 10 0 mol
b) 2,0 10 -3 mol
c) 8,0 10 -1 mol
d) 8,0 10 -4 mol
e) 5,0 10 -3 mol
10. A composição média de uma bateria automotiva esgotada é de
aproximadamente 32% Pb, 3% PbO, 17% PbO 2
e 36% PbSO 4
. A média de
massa da pasta residual de uma bateria usada é de 6kg, onde 19% é
PbO 2
, 60% PbSO 4
e 21% Pb. Entre todos os compostos de chumbo presentes
na pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo (II), pois
nos processos pirometalúrgicos, em que os compostos de chumbo (placas
das baterias) são fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de
enxofre, gás muito poluente.
Para reduzir o problema das emissões de SO 2
(g), a indústria pode
utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o processo hidrometalúrgico,
para a dessulfuração antes da fusão do composto de chumbo.
Nesse caso, a redução de sulfato presente no PbSO 4
é feita via lixiviação
com solução de carbonato de sódio (Na 2
CO 3
) 1M a 45°C, em que
se obtém o carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%. Após
esse processo, o material segue para a fundição para obter o chumbo
metálico.
Dessa forma, para absorver todo o dióxido de enxofre produzido
pela queima de uma tonelada de carvão (contendo 1% de enxofre), é
suficiente a utilização de uma massa de hidróxido de cálcio de, aproximadamente,
a) 23 kg.
b) 43 kg.
c) 64 kg.
d) 74 kg.
e) 138 kg.
https://goo.gl/67XhWs
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