Em um processo de purificação, uma indústria aquece uma amostra pura da substância orgânica X para promover…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um processo de purificação, uma indústria aquece uma amostra pura da substância orgânica X para promover sua fusão. A amostra tem massa de 3,0 kg e está inicialmente no ponto de fusão, a 50 °C. Dados de caracterização da substância indicam massa molar igual a 100 g/mol e entalpia molar de fusão igual a 15 kJ/mol. Durante o processo, a amostra recebe 450 kJ de energia, sem ocorrência de reações químicas nem trocas de matéria com o ambiente. Enquanto a fusão ocorre, a temperatura permanece constante. Considerando os dados do texto-base, qual será a condição da amostra ao final do processo?
- A) A amostra terá 2,0 kg no estado líquido e 1,0 kg no estado sólido, a 50 °C.
- B) A amostra estará totalmente no estado líquido, acima de 50 °C.
- C) A amostra terá 1,5 kg no estado líquido e 1,5 kg no estado sólido, a 50 °C.
- D) A amostra estará totalmente no estado líquido, a 50 °C.
- E) A amostra estará totalmente no estado sólido, a 50 °C.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Converta a massa para gramas. 3,0 kg = 3000 g.
- Calcule a quantidade de matéria. n = 3000 g / 100 g/mol = 30 mol.
- Calcule a energia necessária para fundir toda a amostra. Q = n x entalpia de fusão = 30 mol x 15 kJ/mol = 450 kJ.
- Compare com a energia recebida. A amostra recebeu exatamente 450 kJ, ou seja, a energia necessária para fundir toda a substância, sem sobra e sem falta.
- Analise a temperatura. Durante a fusão, a temperatura permanece constante. Como toda a energia foi usada na mudança de estado e não sobrou energia para elevar a temperatura, a amostra permanece a 50 °C.
- Conclua. A amostra estará totalmente no estado líquido, a 50 °C. A alternativa D está correta, coincidindo com o gabarito oficial.
- Verifique as demais. A alternativa A está errada, pois 2,0 kg fundidos exigiriam 300 kJ, não 450 kJ. A alternativa B está errada, pois não há energia excedente para elevar a temperatura acima de 50 °C. A alternativa C está errada, pois fundir apenas metade da massa exigiria 225 kJ. A alternativa E está errada, pois a energia recebida é suficiente para fundir toda a amostra.
💡 Dica: Divida o calor recebido pelo calor latente por quilograma para obter a massa fundida.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente calculou a fração fundida pela energia de forma incorreta, obtendo cerca de 2/3 da massa fundida, sem confirmar que 450 kJ correspondem a 30 mol inteiros.
O aluno acredita que toda energia recebida sempre eleva a temperatura, ignorando que, durante a mudança de estado, o calor é usado na fusão e a temperatura permanece constante.
Por que engana: Concluir que todo o material derreteu ou interpretar o calor recebido como aumento de temperatura.
O aluno provavelmente dividiu a energia de forma errada, supondo que metade da massa foi fundida, sem usar a entalpia molar de fusão para calcular a quantidade de matéria envolvida.
A massa de 3,0 kg corresponde a 30 mol da substância X, pois 3 000 g ÷ 100 g/mol = 30 mol. A energia necessária para fundir toda a amostra é Q = n · ΔH_fusão = 30 mol · 15 kJ/mol = 450 kJ. Como a energia recebida é exatamente igual à necessária para a fusão completa, não restará material sólido, e a temperatura permanecerá em 50 °C.
O aluno pode ter confundido o sentido do processo, achando que a energia recebida não seria suficiente para fundir a amostra, ou que a energia apenas aqueceria o sólido sem fundi-lo.
Raio-X da questão
Calor latente de fusão
Determinar as fases
Cálculo de razão e proporcionalidade · Identificação das fases durante a fusão
Mudanças de estado e conservação de energia
Concluir que todo o material derreteu ou interpretar o calor recebido como aumento de temperatura.
Uso consciente de energia
Tomada de decisão baseada em evidências
Oficina e aproveitam
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