UPE 2021 (SSA 2) — questão 28 de Física

Gabarito EGases — reação química em volume constante e pressão finalSSA 2 · processo 2021 · 2ª fase · 1º dia
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 28 de Física do UPE 2021 (SSA 2)

Enunciado em texto

Nas questões com respostas numéricas, considere o módulo da aceleração da gravidade g=10,0 m/s2g = 10{,}0\ \text{m/s}^2, 1 kcal = 4,2 J, calor específico da água = 1 cal/g°C, calor latente de fusão da água LF=80L_F = 80 cal/g, calor latente de vaporização da água Lv=540L_v = 540 cal/g, índice de refração do ar nar=1,0n_{ar} = 1{,}0 e utilize π=3\pi = 3 e a constante universal dos gases ideais R=8,3 JK−1mol−1R = 8{,}3\ \text{JK}^{-1}\text{mol}^{-1}.

O esquema ao lado ilustra o funcionamento de uma câmara de reação com hidrogênio. Inicialmente a câmara está a 273 K com pressão de 1 atm, confinando 7 moles e 3 moles dos gases hidrogênio H2_2 e oxigênio O2_2, respectivamente. Uma faísca dentro da câmara promove uma reação exotérmica, que ocorre até que sobre apenas 1 mol de H2_2. Aguardando o resfriamento da câmara até 273 K, tem-se uma pressão interna final, em atm, de

[Figura: câmara retangular contendo O2O_2 e H2H_2, com um ponto de "Faísca" no interior; os terminais − e + da câmara estão ligados a um circuito com uma "Bateria" e um "Controlador" (mostrador).]

A) 0,5

B) 0,4

C) 0,3

D) 0,2

E) 0,1

(Enunciado e figura: SSA 2 — UPE 2021, Sistema Seriado de Avaliação — Universidade de Pernambuco.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade de Pernambuco (UPE).

Resolução comentada

O que a questão pede: a pressão na câmara depois que a reação consome o gás e tudo volta a 273 K.

Passo 1 — a reação (parte de Química). O hidrogênio queima com o oxigênio formando água:

2 H2+O2→2 H2O2\,H_2 + O_2 \rightarrow 2\,H_2O

Sobrou 1 mol de H2H_2, então reagiram 7−1=67 - 1 = 6 mol de H2H_2, que consomem 3 mol de O2O_2 (proporção 2 : 1): todo o oxigênio. Formam-se 6 mol de água.

Passo 2 — o que continua gás. De volta a 273 K (0 °C), a água formada condensa (vira líquido ou gelo); a pressão de vapor nessa temperatura é desprezível (cerca de 0,006 atm). Fica como gás praticamente só o 1 mol de H2H_2 que sobrou.

Passo 3 — gás ideal com V e T constantes. Pela equação pV=nRTpV = nRT, com volume e temperatura iguais no início e no fim, a pressão é proporcional ao número de mols de gás:

pfpi=nfni=17+3\frac{p_f}{p_i} = \frac{n_f}{n_i} = \frac{1}{7 + 3}

pf=110⋅1=0,1 atmp_f = \frac{1}{10} \cdot 1 = 0{,}1\ \text{atm}

Conferindo: sem a reação, 10 mol davam 1 atm, ou seja, 0,1 atm por mol de gás. No fim resta 1 mol: 0,1 atm.

⚠️ A armadilha: contar a água como gás: seriam 1+6=71 + 6 = 7 mol e p=0,7p = 0{,}7 atm, fora das alternativas. Outra é contar só o H2H_2 inicial no denominador (1/7≈0,141/7 \approx 0{,}14 atm) e acabar entre a D e a E.

A ideia em uma frase: a volume e temperatura constantes, a pressão é proporcional ao número de mols de gás; dos 10 mol iniciais, só 1 continua gás a 0 °C.

Resposta: alternativa E (0,1 atm).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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