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Fuvest 2020 - 1ª fase


Questão 1 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Mudança de Estado Físico Soluções Solubilidade

Em  Xangai,  uma  loja  especializada em café oferece  uma  opção diferente  para  adoçar  a  bebida.  A  chamada  sweet  little  rain consiste  em  uma xícara de café sobre a qual é pendurado um algodão‐doce,  material  rico  em  sacarose,  o  que  passa  a  impressão  de existir  uma  nuvem  pairando  sobre  o  café,  conforme  ilustrado na imagem.  

Disponível em https://www.boredpanda.com/.

 


O café quente é então adicionado na xícara e, passado um  tempo, gotículas começam a pingar sobre a bebida, simulando  uma chuva doce e reconfortante. A adição de café quente inicia  o processo descrito, pois

Note e adote: Temperatura de fusão da sacarose à pressão ambiente = 186 °C; Solubilidade da sacarose a 20 °C = 1,97 kg/L de água.    



a)

a temperatura do café é suficiente para liquefazer a sacarose do algodão‐doce, fazendo com que este goteje na forma de sacarose líquida.

b)

o vapor de água que sai do café quente irá condensar na superfície do algodão‐doce, gotejando na forma de água pura.

c)

a sacarose que evapora do café quente condensa na superfície do algodão‐doce e goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

d)

o vapor de água encontra o algodão‐doce e solubiliza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

e)

o vapor de água encontra o algodão-doce e vaporiza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

Resolução

a) Incorreto. Não acontece liquefação da sacarose, pois esta interage com a água sendo solvatada. Além disso, o ponto de fusão da sacarose é acima de 160°C, logo, não seria possível passar para o estado líquido, visto que a temperatura do café seria no máximo algo em torno de 100°C.

b) Incorreto. De fato, o vapor de água ao entrar em contato com o algodão forma núcleos de condensação, mas não precipitam na forma e água pura, visto que o componente constituinte do algodão é solúvel nela.

c) Incorreto. O texto não informa se há açúcar no café, no entanto, deixa a entender que não há ("opção diferente para adoçar a bebida"). De qualquer forma, a sacarose é termicamente instável e não evaporaria, pois se decompõe antes.

d) Correto. O café quente perde moléculas de água para fase gasosa devido à pressão de vapor do solvente, de tal forma que, ao entrarem em contato com o algodão-doce, solubilizam as moléculas de sacarose, visto que essas são polares e interagem com a água por ligação de hidrogênio através dos grupos hidroxilas presentes em sua estrutura, conforme apresentado abaixo.

e) Incorreto. Conforme citado anteriormente, a sacarose não vaporiza, pois é termicamente instável.

Questão 2 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Mudança de Estados Físicos na Calorimetria Potência Térmica

Equipamentos  domésticos  chamados  de  vaporizadores  para  roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de  resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento  com potência nominal de 1.600 W foi utilizado para passar  roupas por 20 minutos, consumindo 540 mL de água. Em relação  ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia  utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a  temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,  

Note e adote:

Entalpia de vaporização da água a 100 °C = 40 kJ/mol;

Massa molar da água = 18 g/mol;

Densidade da água = 1 g/mL.  



a)

0,04%.

b)

0,062%.

c)

4,6%.

d)

40%.

e)

62%.

Resolução

Sendo a potência do aparelho igual a 1,6 kW (1600 W) e o tempo total de utilização igual a 1200 segundos (20 minutos), o gasto total de energia do vaporizador é dado por:

ΔE=POT·ΔtΔE=1,6 kW·1200 s

ΔE=1920 kJ

O gasto de energia utilzado apenas na vaporização da água pode ser obtido por:

Q=n·ΔHVAPQ=540 g18 g/mol·40 kJ/mol

Q=1200 kJ

Comparando os dois resultados, temos:

QΔE=12001920=0,625

Q62%·ΔE

Questão 3 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Tabela Periódica Ligações Químicas Radioatividade

Pesquisadores (...) conseguiram controlar reações químicas de  um modo inovador. Usaram feixes de laser para promover um  esbarrão entre dois átomos e uni‐los, criando uma molécula.  Utilizando pinças ópticas (feixes de laser altamente focados  capazes  de  aprisionar  objetos  microscópicos),  os  pesquisadores empurraram um átomo do elemento químico  césio (Cs) contra um átomo de sódio (Na) até que colidissem.  Um  terceiro  laser  foi  lançado  sobre  ambos,  fornecendo  energia extra para criar a molécula NaCs. Na natureza, as  moléculas formam‐se a partir da interação de átomos por  acaso. Por suas características químicas, césio e sódio jamais  originariam uma molécula espontaneamente. (...)  

Molécula criada em laboratório. Disponível em http://revistapesquisa.fapesp.br/.  Adaptado.  


Com base nas informações do texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que



a)

o Cs é um elemento químico radioativo e, devido a essa característica química, a molécula de NaCs não se formaria sem esse modo inovador  (L.2), que estabiliza o decaimento.

b)

o raio atômico do Na é maior que o do Cs, portanto, a sua energia de ionização também é maior. O esbarrão (L.3) entre os átomos retira um elétron do Na, permitindo a ligação.

c)

o terceiro laser (L.8) usado no experimento serviu para  retirar  um  nêutron  do  Cs, tornando‐o um cátion e possibilitando a reação com o Na.

d)

na natureza, com esses elementos se esbarrando por acaso (L.10‐11), a tendência seria formar CsNa, e não  NaCs, justificando o caráter inovador do experimento.

e)

o Cs e o Na não formariam uma molécula espontaneamente  (L.11‐12), uma vez que ambos têm grande tendência a  formarem cátions e ligações iônicas.  

Resolução

a) Incorreta. O césio (Cs) possui isótopos que podem ser radioativos (césio-137) ou não (césio-133). A molécula de NaCs não se formaria, pois esses dois elementos são metais e não conseguiriam se ligar por compartilhamento de elétrons (ligação covalente) para formar moléculas.

b) Incorreta. O raio atômico do Na é menor que o do Cs uma vez que ambos estão na mesma família da Tabela Periódica, o Na está localizado no 3o período tendo 3 camadas com elétrons, enquanto o Cs está no 6o período com 6 camadas eletrônicas. Assim, a energia de ionização do Na é maior que a do Cs, tornando a retirada de elétrons do Na mais difícil.

c) Incorreta. A retirada de nêutrons seria um fenômeno nuclear e não formaria íons. Para formar um cátion seria necessária a retirada de um elétron.

d) Incorreta. Na natureza, os átomos desses dois elementos não se ligariam formando moléculas ou compostos iônicos, pois trata-se de elementos que tendem a formar cátions, perdendo elétrons, já que apresentam baixas energias de ionização.

e) Correta. Os elementos Na e Cs não se ligam espontaneamente, pois apresentam tendência a perder elétrons (cátions) e por isso formam ligações iônicas.

 

Questão 4 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Propriedade de Alcenos e Ciclanos Propriedades de Ácidos Carboxílicos Propriedades de Álcoois Polaridade de moléculas

Ao se preparar molho de tomate (considere apenas a fervura de tomate batido com água e azeite), é possível observar que a fração aquosa (fase inferior) fica vermelha logo no início e a fração oleosa (fase superior), inicialmente com a cor característica do azeite, começa a ficar avermelhada conforme o preparo do molho. Por outro lado, ao se preparar uma sopa de beterraba (considere apenas a fervura de beterraba batida com água e azeite), a fração aquosa (fase inferior) fica com a cor rosada e a fração oleosa (fase superior) permanece com sua coloração típica durante todo o processo, não tendo sua cor alterada.

Considerando as informações apresentadas no texto e no quadro, a principal razão para a diferença de coloração descrita é que a fração oleosa



a)

fica mais quente do que a aquosa, degradando a betanina; o mesmo não é observado com o licopeno, devido à sua cadeia carbônica longa.

b)

está mais exposta ao ar, que oxida a betanina; o mesmo não é observado com o licopeno, devido à grande quantidade de duplas ligações.

c)

é apolar e a betanina, polar, havendo pouca interação; o mesmo não é observado com o licopeno, que é apolar e irá interagir com o azeite.

d)

é apolar e a aquosa, polar, mantendo‐se separadas; o licopeno age como um surfactante misturando as fases, colorindo a oleosa, enquanto a betanina não.

e)

tem alta viscosidade, facilitando a difusão do licopeno, composto de menor massa molar; o mesmo não é observado para a betanina, com maior massa.

Resolução

a) Incorreta. Não é possível determinar qual das fases (oleosa ou aquosa) se encontra em maior temperatura. Entretanto, deve-se notar que a betanina, composto polar que faz ligações de hidrogênio com a água, encontra-se na fase aquosa (polar) e não na fase oleosa (apolar), dessa forma, a betanina não sofreria degradação na fase oleosa. Além disso, dependendo da temperatura, tanto a betanina quanto o licopeno poderiam sofrer degradação.

b) Incorreta. Apesar da fração oleosa estar mais exposta ao ar e a betanina poder sofrer oxidação (as hidroxilas poderiam ser oxidadas), a betanina, por ser polar, está presente na fase aquosa (polar) e não na fase oleosa (apolar), que está mais exposta ao ar. Além disso, o licopeno também poderia sofrer oxidação devido à grande quantidade de duplas ligações.

c) Correta. A fração oleosa é apolar e a betanina, molécula que possui vários grupos polares (principalmente hidroxilas e grupos carboxílicos), é polar, de tal forma que a interação entre elas é pequena.  Já o licopeno é um alceno, molécula apolar, portanto, interage bem com a fase oleosa (azeite, constituído majoritariamente por ácidos graxos) que também é apolar.

d) Incorreta. De fato, a fase oleosa é apolar e a fase aquosa é polar, mantendo-se separadas. Todavia, o licopeno, que é apolar, não atua como um surfactante, o qual deve possuir um grupo (cabeça) polar e uma cadeia (cauda) apolar.

e) Incorreta. Apesar da fase oleosa ter maior viscosidade que a fase aquosa, sua alta viscosidade dificultaria a difusão do licopeno ao invés de facilitá-la.

Questão 5 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Cinética Química

Numa  determinada condição experimental e com o catalisador adequado, ocorre uma reação, conforme representada no gráfico, que relaciona porcentagem do composto pelo tempo de reação.

Uma representação adequada para esse processo é:  



a)

limoneno   p-cimeno   α-terpineno

b)

limoneno p-cimeno(catalisador)  α-terpineno

c)

limoneno + p-cimeno  α-terpineno

d)

limoneno α-terpineno(catalisador)  p-cimeno

e)

limoneno  α-terpineno  p-cimeno

Resolução

Pela leitura do gráfico, temos que apenas o limoneno tem uma quantidade de 100% presente no tempo 0 (início da reação) e vai dimunuiindo sua quantidade com o tempo, sendo o único reagente usado no processo. O α-terpineno e o p-cimeno têm suas quantidades iniciais iguais a 0 e vão aumentando com o tempo, o que indica que serão formados na reação. Como o α-terpineno, após um tempo tem sua concentração diminuída, conclui-se que ele é um intermediário da reação. Assim, podemos representar o processo como:

  limonenoα-terpinenop-cimeno

Obs.: O processo não pode ser equilíbrio (processo reversível), pois a quantidade de limoneno final é nula. Também não há catalisador já que esse teria que estar presente no início da reação e no final a sua quantidade deveria ser igual a inicial.

Questão 6 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Diluição

Os chamados “remédios  homeopáticos” são  produzidos seguindo a farmacotécnica homeopática, que se baseia em diluições sequenciais de determinados compostos naturais. A dosagem utilizada desses produtos é da ordem de poucos mL.Uma das técnicas de diluição homeopática é chamada de diluição  centesimal (CH), ou seja, uma parte da solução é diluída em 99 partes de solvente e a solução resultante é homogeneizada (ver esquema).
Alguns desses produtos  homeopáticos são produzidos com até 200 diluições centesimais sequenciais (200CH).  

Considerando  uma  solução  de  partida  de  100 mL  com  concentração 1 mol/L de princípio ativo, a partir de qual diluição centesimal a solução passa a não ter, em média, nem mesmo  uma molécula do princípio ativo?

Note e adote: Número de Avogadro =  6·1023



a)

12ª diluição (12CH).

b)

24ª diluição (24CH).

c)

51ª diluição (51CH).

d)

99ª diluição (99CH).

e)

200ª diluição (200CH).

Resolução

Considerando a concentração inicial Ci, ao tomarmos 1 mL dessa solução e diluirmos em 99 mL de água teremos um total de 100 mL de solução. Dessa forma, a concentração final (C1) diminuirá 100 vezes a cada etapa, pois:

     Ci·Vi=C1·VfCi·1 mL=C1·100 mL            C1 = Ci100

Para a segunda dilução e concentração final C2, teremos:

     Ci100·Vi=C2·VfCi100·1 mL=C2·100mL  C2 = Ci100×100=Ci1002

É possível observar que as concetrações formam uma progressão geométrica de razão 1100. Desse modo, temos o termo geral da PG:

Cn=C1·1100n-1=Ci100·1100n-1Cn = Ci100n

onde n representa o número de diluições.

Considerando que a concentração inicial é de 1 mol/L, temos o equivalente a 6×1023 moléculas por litro (Ci). Sendo assim, para sobrar apenas 1 molécula (Cn), teremos no mínimo:

Cn = Ci100n1 = 6·1023100n

            100n=6·1023log(100n)=log(6·1023)n·log102=log6+log1023 2n·log10=log6+23·log10               2n = log6+23 n=0,5·log6+11,5

Visto que o log6<log10, ou seja, log6<1, temos que, ao dividir esta inequação por 2, chegaremos em:

0,5·log6<0,5

Considerando a relação anterior para o resultado de n, teremos que:

0,5·log6<0,50,5·log6+11,5n<0,5+11,5n<12

Assim, serão necessárias pelo menos 12 diluições centesimais para que sobre ao menos 1 molécula ao final.

Como o objetivo é que não se tenha nem ao mesmo uma molécula, então, o número de diluições deverá ser a partir de 12.

Questão 7 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Radioatividade

O gás hélio disponível comercialmente pode ser gerado pelo decaimento radioativo, sobretudo do urânio, conforme esquematizado pela série de decaimento. Desde a formação da Terra, há 4,5 bilhões de anos, apenas metade do 238U decaiu para a formação de He.

Com base nessas informações e em seus conhecimentos, é correto afirmar:



a)

O decaimento de um átomo de 238U produz, ao final da série de decaimento, apenas um átomo de He.

b)

O decaimento do 238U para 234U gera a mesma quantidade de He que o decaimento do 234U para 230Th.

c)

Daqui a 4,5 bilhões de anos, a quantidade de He no planeta Terra será o dobro da atual.

d)

O decaimento do 238U para 234U gera a mesma quantidade de He que o decaimento do 214Pb para 214Po.

e)

A produção de He ocorre pela sequência de decaimento a partir do 206Pb. 

Resolução

a) Incorreta. No decaimento do 238U há emissões de partículas α que podem ser consideradas núcleos de átomos de He por possuírem 2 prótons e 2 nêutrons. No deciamento todo são formadas 8 partículas α, ou seja, 8 núcleos de He.

b) Correta. No decaimento de 238U para 234U temos a emissão de 1 partícula α  (ou 1 núcleo de He), mesma quantidade emitida na transformação de 234U para 230Th.

c) Incorreta. Pelo enunciado em 4,5 bilhões de anos (desde a formação da Terra), apenas metade do 238U decaiu, ou seja, a meia vida do 238U é 4,5 bilhões de anos. Assim, daqui a 4,5 bilhões de anos, metade da quantidade de 238U presente hoje irá decair formando He. Teremos, então, uma quantidade de He igual a atual mais 25%, considerando apenas esse processo para a formação de He:

238U: 100%4,5 bilhões de anos50% 4,5 bilhões de anos25%

d) Incorreta. O decaimento de 238U para 234U gera 1 partícula α (ou 1 núcleo de He) enquanto que o decaimento do 214Pb para 214Po não emite partícula α .

e) Incorreta. A formação de He ocorre a partir do decaimento de 238U, pois é a primeira emissão da partícula α .

Obs.: Nas emissões de partícula α, temos a formação de núcleos de átomos de He, que posteriormente se transformarão em átomos de He na natureza ao "pegar" elétrons da matéria ao redor.

Questão 8 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Propriedades periódicas Condições Para Ocorrência de Reações

Os movimentos das moléculas antes e depois de uma reação química obedecem aos princípios físicos de colisões. Para tanto, cada átomo é representado como um corpo pontual com uma certa massa, ocupando uma posição no espaço e com uma determinada velocidade (representada na forma vetorial). Costumeiramente, os corpos pontuais são representados como esferas com diâmetros proporcionais à massa atômica. As colisões ocorrem conservando a quantidade de movimento. Considerando um referencial no qual as moléculas neutras encontram‐se paradas antes e após a colisão, a alternativa que melhor representa o arranjo de íons e moléculas instantes antes e instantes depois de uma colisão que leva à reação

F-+ H3CCl  CH3F + Cl- é

Note e adote: Massas atômicas: H = 1 u.m.a., C = 12 u.m.a., F = 19 u.m.a. e Cl = 35 u.m.a.

Considere que apenas o isótopo de cloro Cl = 35 u.m.a. participa da reação.

 

 



a)

       Antes da colisão                                         Após a colisão 
    Íon                 Neutro                                   Íon                 Neutro

b)

       Antes da colisão                                         Após a colisão 
    Íon                 Neutro                                   Íon                 Neutro

c)

       Antes da colisão                                         Após a colisão 
    Íon                 Neutro                                   Íon                 Neutro

d)

       Antes da colisão                                         Após a colisão 
    Íon                 Neutro                                   Íon                 Neutro

e)

       Antes da colisão                                         Após a colisão 
    Íon                 Neutro                                   Íon                 Neutro

Resolução

No enunciado é informado que os diâmetros dos corpos são proporcionais às massas atômicas. Assim, ao representar os átomos como esferas, tem-se a seguinte ordem crescente de diâmetro para os átomos neutros: d(H) < d(C) < d(F) < d(Cl). Deve-se lembrar também que um ânion sempre tem um raio (e, consequentemente, um diâmetro) maior do que seu átomo neutro. A partir disso, são feitas as análises das alternativas:

a) Incorreta. De acordo com a equação, nota-se que, nos produtos, deveria ocorrer a formação de apenas uma esfera, que representaria o íon cloro (monoatômico), e, na colisão representada, nos produtos existe uma espécie diatômica e uma poliatômica, o que não é coerente com a equação química.

b) Incorreta. Explicação análoga à explicação da alternativa A.

c) Correta. Ao analisar a situação após a colisão, nota-se a presença de uma espécie poliatômica (molécula neutra), que está em repouso, e de uma espécie monoatômica (que seria o íon cloro), o que é coerente com a equação química. Além disso, nota-se também que os vetores velocidade para as espécies monoatômicas antes e após a colisão (íons flúor e cloro, respectivamente) têm intensidades diferentes, o que é coerente com os valores de suas massas e com a conservação da quantidade de movimento: notando que a espécie poliatômica (neutra) permanece em repouso antes e após a colisão, o íon flúor, por ter uma massa menor, teria uma maior velocidade e o íon cloro, por ter uma massa maior, teria uma menor velocidade.

d) Incorreta. Após a colisão, a espécie poliatômica, que representaria a molécula neutra, está se movendo, conforme indicado pelo vetor velocidade, o que é incoerente com a informação dada no enunciando de que as moléculas neutras se encontram em repouso antes e após a colisão.

e) Incorreta. A espécie monoatômica antes da colisão, que seria o íon flúor, está representado com diâmetro maior do que a espécie monoatômica após a colisão, que seria o íon cloro, e isso não é coerente, uma vez que o diâmetro do átomo neutro de flúor é menor o diâmetro do átomo neutro de cloro, e como ambos ganham um elétron para formar os ânions, esperar-se-ia que os raios iônicos obedecessem a mesma ordem, sendo o diâmetro do íon flúor menor que o do íon cloro.

Questão 9 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Introdução à Orgânica Isomerias

Quando o nosso corpo é lesionado por uma pancada, logo se cria um hematoma que, ao longo do tempo, muda de cor. Inicialmente, o hematoma torna‐se avermelhado pelo acúmulo de hemoglobina. Em seguida, surge uma coloração azulada, decorrente da perda do O2 ligado ao Fe do grupo heme. Essa coloração torna‐se, então, esverdeada (biliverdina) e, após isso, surge um tom amarelado na pele (bilirrubina). Essa sequência de cores ocorre pela transformação do grupo heme da hemoglobina, como representado a seguir:

Com base nas informações e nas representações, é correto afirmar:



a)

A conversão da biliverdina em bilirrubina ocorre por meio de uma redução.

b)

A biliverdina, assim como a hemoglobina, é capaz de transportar O2 para as células do corpo, pois há oxigênio ligado na molécula.

c)

As três estruturas apresentadas contêm o grupo funcional amida.

d)

A degradação do grupo heme para a formação da biliverdina produz duas cetonas.

e)

O grupo heme, a biliverdina e a bilirrubina são isômeros.

Resolução

a) Correta. Na transformação da biliverdina para a bilirrubina há hidrogenação numa ligação dupla e uma alteração na posição de uma outra ligação dupla em um dos ciclos. Com isso, há alteração de NOX em dois átomos de carbono, diminuindo o valor do NOX desses dois átomos no processo (redução).