Questõesde CESMAC sobre Transformações Químicas e Energia

Após a realização de exercícios físicos de forma intensa, pode ocorrer o acúmulo de lactato em grande quantidade, provocando dor e desconforto muscular. A nicotinamida adenina dinucleotídio (NADH – coenzima envolvida na transferência de energia) é responsável pela redução do piruvato (produto final da degradação da glicose) levando à formação de lactato. Os potenciais-padrão de redução das semirreações envolvidas no processo de oxirredução entre NADH e piruvato estão representados abaixo.

Com base nos potenciais-padrão de redução apresentados, qual é a variação do potencial padrão  da reação de oxirredução que promove a formação do lactato?

Devido à alta dureza e ao elevado valor agregado do carbono diamante (Cdiam), a conversão do carbono grafite (Cgraf) em carbono diamante é algo viável em termos comerciais, a partir da aplicação de alta temperatura e pressão. Desta forma, o cálculo da entalpia de reação para essa transformação pode ser realizado a partir das reações de formação do gás carbônico a partir do Cgraf e do Cdiam, expressas abaixo:

Cgraf + O2(g) → CO2(g) = -393,3 kJ

Cdiam + O2(g) → CO2(g) = -395,2 kJ

Cgraf → Cdiam = ?

A partir dos valores de entalpia de formação do CO2, qual é a entalpia de reação para a transformação do carbono grafite em carbono diamante?

Uma das funções da Lei Seca no Brasil é coibir o consumo de bebidas alcoólicas ao dirigir. Um dos primeiros bafômetros criados (dispositivo utilizado para a medição do teor alcoólico ingerido pelo motorista) foi baseado na reação do etanol com o dicromato de potássio em meio ácido, de acordo com a reação química que está descrita a seguir.

Após a reação redox, ocorre uma mudança de coloração promovida pelos compostos de cromo (Cr), levando à formação do etanal. Com base na equação química acima, qual é o número de oxidação do cromo (Cr) nos compostos K2Cr2O7 e Cr2(SO4)3, respectivamente?

Ao se casar, um químico decidiu utilizar a galvanoplastia para reaproveitar sua aliança de prata, fazendo o depósito de uma camada de ouro sob a prata. Para isso, o químico possui apenas 17,5 g de brometo de ouro (III). Para a produção de 200 mL de solução de brometo de ouro (III), utilizando toda a massa que possui, qual será a concentração da solução obtida?

Dados: Massas molares em g.mol−1 : Au = 197; Br = 80.

Na medicina veterinária, o cloreto de amônio (NH4Cl) é utilizado como acidulante da urina com o objetivo de evitar infecções. Para a produção do NH4Cl, é empregada a reação do ácido clorídrico (HCl) com amônia (NH3), representada abaixo:

HCl(aq) + NH3(aq) → NH4Cl(s)           = ???

A partir dos valores das entalpias de formação do HCl (= -46 kJ.mol-1), NH3 (= -92 kJ.mol-1) e NH4Cl (= -314 kJ.mol-1), determine a variação de entalpia () da reação acima e se o processo é endotérmico ou exotérmico.

O tipo de pilha mais utilizado em equipamentos eletrônicos são as pilhas alcalinas. Elas são chamadas de alcalinas por causa do tipo de eletrólito utilizado (KOH). As reações que ocorrem em uma pilha alcalina estão descritas nas equações abaixo.


I. Zn(s) + 2OH− (aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e− , E° = +1,26 V

II. 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e− → Mn2O3(s) + 2OH− (aq), E° = +0,26 V


É correto afirmar sobre as pilhas alcalinas:

1) A reação (I) ocorre no ânodo; a reação (II) ocorre no cátodo.
2) A concentração do eletrólito alcalino (KOH) é mantida constante.
3) O potencial de cela (∆E°) desenvolvido através da célula eletroquímica, envolvendo as duas reações (I e II), será de +1,52 V.

Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A maior parte da energia de nossos corpos provem de carboidratos e gorduras. Os carboidratos se decompõem em glicose, C6H12O6, no intestino. Transportada pelo sangue, a glicose chega às células, onde reage com o oxigênio numa sequência de reações que levam à produção final de gás CO2, água líquida e energia:


Calcule a entalpia padrão de combustão da glicose sabendo as entalpias padrão de formação:

∆Hf°(CO2,g) = −393,51 kJ∙mol−1

∆Hf°(H2O,l) = −285,83 kJ∙mol−1

A propulsão de um ônibus espacial ocorre através da reação do hidrogênio com oxigênio. Os tanques desses combustíveis são externos e separados, carregando 1,20 x 106 L de hidrogênio líquido a -253ºC e 0,55 x 106 L de oxigênio líquido a -183ºC. Nessas temperaturas, a densidade do hidrogênio é 34 mol.L-1 e a do oxigênio é 37 mol.L-1.

Levando-se em consideração a aplicação, e que todo o combustível é consumido, qual é a energia (J) liberada para propulsão do ônibus espacial?

A química nuclear transformou os diagnósticos médicos. Os traçadores radioativos são utilizados para medir as funções de diferentes órgãos do corpo humano. Por exemplo, o isótopo sódio-24 (2411Na) é usado para monitorar o fluxo sanguíneo. Sabendo que o nuclídeo 2411Na se desintegra, espontaneamente, originando o nuclídeo 2412Mg , de acordo com a equação:

para completar a equação dessa reação nuclear, a espécie X deve ser:

Quando ocorre a fissão nuclear, o núcleo original quebra-se em dois ou mais núcleos menores, e uma grande quantidade de energia é liberada. Considere que núcleos de urânio-235 são bombardeados por nêutrons, e a reação produz bário-142 e outro elemento (X), conforme a equação:

Nesse contexto, o número de massa e o número de prótons de X são, respectivamente:

A pilha alcalina é a fonte de energia mais utilizada em equipamentos eletrônicos. Elas são chamadas de alcalinas por causa do tipo de eletrólito utilizado (KOH). Os valores de potencial de redução tabelados, para as reações que ocorrem em uma pilha alcalina, estão descritos nas equações abaixo.

Qual é o potencial de célula (ΔE°) desenvolvido entre os polos positivo e negativo da pilha alcalina?

O marcapasso é um sistema de estimulação elétrica do coração, que consiste em um gerador de pulsos e um eletrodo. O marcapasso só funciona na ausência de pulsações naturais do coração, liberando impulsos elétricos. As baterias de marcapasso duram de 6 a 10 anos e são fabricadas com eletrodos de iodo e lítio, cujas respectivas semi-reações de redução estão representadas abaixo:

I2(s) + 2 e- → 2 I- (aq)                       E0 = +0,54 V

Li+ (aq) + e^- → Li(s)                          E0 = -3,05 V

Com base nas reações de redução acima, foram realizadas as seguintes afirmações:

1) a ddp da bateria do marcapasso é de -3,59 V.

2) o Li(s) é considerado um forte agente redutor.

3) o I2 apresenta potencial de redução mais positivo que o Li+ , por isso, numa célula galvânica deve sofrer oxidação.

Está(ão) correta(s):

A emissão de gases na atmosfera afeta diretamente o equilíbrio do ecossistema terrestre provocando o aquecimento global. Dentre os gases mais poluentes, se destacam o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4). Sobre o metano, cerca de 70% do total emitido vem da criação de gado bovino e o gás tem potencial de geração de energia, como vem sendo realizado a partir da biomassa. Na queima de 5,0 g de metano são produzidos 278,2 kJ de calor. Portanto, qual é a quantidade de calor gerada na combustão de um mol de metano?

Dado: massa molecular do metano = 16 g.mol-1.

Os radioisótopos são bastante utilizados na medicina como radiotraçadores, permitindo o monitoramento de órgãos e também na radioterapia, destruindo células tumorais. O iodo-131 (131I) é um dos compostos radioterápicos mais utilizados no tratamento do câncer. Se 80 gramas do 131I passam a 20 gramas em 16 dias, qual é o tempo de meia vida do 131I?

Adornos, como colares e brincos, fazem parte da cultura humana por questões estéticas, de religião ou sociais. Atualmente, as bijuterias são os adornos mais vendidos, constituídos de zinco, cobre e em alguns casos níquel, que provoca alergia em aproximadamente 10% dos usuários. Uma alternativa é o recobrimento destes materiais com metais nobres, como prata, ouro e ródio, para aumentar seu brilho, valor agregado e evitar alergia. Durante o processo de recobrimento de uma bijuteria, sabe-se que a cada coulomb de carga aplicada, 1 mg de prata é depositada sobre um colar. Qual será a massa de prata depositada após aplicação de 5,0 A, durante um período de 1 hora?

O etanol (CH3COOH) ou álcool etílico, pode ser obtido através do processamento e fermentação de diferentes fontes, como cana-de-açúcar, milho, beterraba e batata. A indústria sucroalcooleira brasileira utiliza a cana como principal matéria prima para o etanol. A equação da entalpia termoquímica de formação do etanol está representada abaixo.

2 C(graf) + 3 H2(g) + 1/2 O2(g) → C2H6O(l)

ΔHf = ?

Energeticamente, a entalpia padrão de formação do etanol pode ser determinada através de 3 diferentes equações de combustão. As equações estão representadas abaixo:

C(graf) + O2(g) → CO2(g)

ΔHf = -394 kJ mol-1

H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l)

ΔHf = -286 kJ mol-1

C2H6O(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)

ΔHf = -1368 kJ mol-1

Baseado nos dados acima, qual o ΔHf do etanol, em kJ.mol-1?

Os cientistas John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino foram os vencedores do prêmio Nobel de 2019, devido ao desenvolvimento das baterias de íons lítio, que revolucionaram o armazenamento de energia, para utilização em uma ampla gama de dispositivos. As meias-reações mais relevantes para a bateria de íons lítio de LiCoO2 (eletrólito = propileno carbonato, PC) e seus potenciais padrão de redução estão apresentados abaixo.

C6(s) + Li+ (PC) + e- → LiC6(s)

E° = 0,855 V

CoO2(s) + Li+ (PC) + e- → LiCoO2(s)

E° = - 2,745 V

Baseado nos dados acima, qual a equação global e o potencial da pilha?

No Brasil, líder mundial na reciclagem de latas de alumínio, cerca de 98% das latas produzidas são recicladas, devido ao alto valor agregado do alumínio e à economia energética ocasionada pela reciclagem. O alumínio é obtido através da eletrólise da bauxita (Al2O3.xH2O), misturado à criolita fundida (Na3AlF6). A reação química simplificada da extração do alumínio está representada abaixo.

Al2O3(s) + 3 C(s) → 2 Al(l) + 3 CO(g)

O processo de extração demanda um custo energético de aproximadamente 600 kJ para a obtenção de 54 g de alumínio, enquanto para a mesma massa através da reciclagem são utilizados 50 kJ de energia. Quanto é economizado de energia, para cada 108 kg do alumínio reciclado em relação ao material extraído da bauxita, em 106 kJ?

Dados: Massas atômica em g·mol-1 : Al = 27.

O sulfeto de hidrogênio, H2S, proveniente da decomposição de matéria orgânica ou de depósitos minerais subterrâneos, possui um cheiro desagradável de “ovo podre”. O gás cloro, que é muito usado no tratamento de águas e esgotos, pode remover o sulfeto de hidrogênio da água potável pela reação:


Analisando a reação redox acima, três afirmações foram feitas:

1) O H2S é o agente oxidante.
2) O NOX (número de oxidação) do cloro varia de zero para -1; portanto, o cloro sofre redução.
3) Cada mol de Cl2 gasoso recebe 2 mol de elétrons.

Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A equação termoquímica para a fermentação da glicose em álcool e dióxido de carbono é:

C6H12O6(s) → 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g) ∆H°= −74,0 kJ.mol−1

Calcule a quantidade de glicose, em gramas, a ser fermentada para produzir 300 kJ de calor.

Dados:

Massas molares em g.mol−1: H = 1; C = 12; O = 16.