Físico-Química I - Resolução

01. (Enem 2024) As placas que indicam saída de emergência brilham no escuro, pois apresentam substâncias que fosforescem na cor amarelo-esverdeada após exposição à luz ambiente, conforme a figura.

Esse fenômeno ocorre pela presença do sulfeto de zinco (ZnS), dopado com prata ou cobre, na superfície da placa.

Zinc Sulphide Phosphorescence. Disponível em: https://physicsonpenlab.org. Acesso em: 8 nov. 2023 (adaptado).

O aparecimento do brilho nessas condições ocorre como consequência de

1. colisões interatômicas.
2. coloração dos átomos.
3. transições eletrônicas.
4. reações nucleares.
5. reflexão da luz.

02. (Enem 2024) Placas solares comuns dependem de dias ensolarados para gerar energia. Mas podemos gerar eletricidade com a ajuda de gotas de chuva, revestindo placas solares com uma fina camada de grafeno. Os íons dissociados a partir da água da chuva (Am+ e Bn+) tornam a combinação grafeno e água da chuva um par perfeito para geração de energia. O processo requer apenas uma camada de grafeno para que grande quantidade de elétrons (e−) se movimente ao longo da superfície.

TANG, Q. et al. A Solar Cell that is Triggered by Sun and Rain Angewandte Chemie International Edition, n. 55, 2016 (adaptado).

Ao produzir eletricidade em dias chuvosos, o grafeno

1. oxida os cátions dissolvidos na água da chuva.
2. impede a difusão da água através das placas solares.
3. diminui a energia de ativação da reação no pseudocapacitor.
4. forma um compósito não metálico com os íons na água da chuva.
5. gera uma diferença de potencial pela interação dos elétrons com os cátions.

03. (Enem 2024) Um dos agentes que mais contribui para a poluição do ar é o automóvel a combustão interna. Em áreas urbanas, isso é demonstrado dramaticamente pela fumaça fotoquímica, resultante da interação entre óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e luz solar, para formar produtos de oxidação, que causam irritação aos olhos, ao aparelho respiratório e danos às plantas. As condições de operação de motores a combustão, como a razão da mistura ar/combustível no cilindro, influenciam na composição dos gases lançados pelo escapamento na atmosfera. O gráfico ilustra a variação nas composições dos principais gases, dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), monóxido de nitrogênio (NO) e oxigênio molecular (O2), emitidos por um motor a gasolina, em diferentes razões ar/combustível, em massa.

RANGEL, M. C.; CARVALHO, M. F.A. Impacto dos catalisadores automotivos no controle da qualidade do ar. Química Nova, V. 26, 2003 (adaptado).

Na condição de razão ar/combustível igual a 18, haverá uma emissão

1. baixa de O2 e alta de NO.
2. baixa de NO e alta de HC.
3. baixa de CO e alta de CO2.
4. baixa de HC e alta de CO.
5. baixa de CO2 e alta de HC.

04. (Enem 2024) A hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH, é um mineral constituinte do esmalte dos dentes. Entre as diversas reações que ocorrem no meio bucal, encontram-se em equilíbrio as reações de desmineralização e mineralização da hidroxiapatita em meio aquoso, ilustradas a seguir. A desmineralização está associada à fragilização do esmalte do dente e à formação de cáries.

O uso de creme dental pode minimizar a perda da hidroxiapatita. O quadro apresenta o agente de polimento e o pH de alguns cremes dentais comerciais.

STORGATTO, G.A.; BRAIBANTE, M. E. F.: BRAIBANTE, H. A química na odontologia. Química Nova na Escola, V. 39, fev. 2017 (adaptado).

Considerando o equilíbrio químico envolvido, qual creme dental promove a maior desmineralização do esmalte do dente?

1. I
2. II
3. III
4. IV
5. V

05. (Enem 2024) O magnésio metálico utilizado em ligas leves é produzido em um processo que envolve várias etapas e utiliza água do mar como matéria-prima. A primeira etapa desse processo consiste na reação entre o íon Mg2+ e hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, obtendo uma mistura que contém hidróxido de magnésio, pouco solúvel, e íons Ca2+, de acordo com a equação química:

Mg2+ (aq) + Ca(OH)2 (aq) → Mg(OH)2 (s) + Ca2+ (aq)

O método adequado para separar o Mg(OH)2 dessa mistura é a

1. filtração.
2. catação.
3. destilação.
4. dissolução.
5. evaporação.

06. (Enem 2024) O biogás é uma alternativa energética muito importante, pois, além de reduzir a dependência por combustíveis fósseis, sua obtenção pode ser realizada a partir de resíduos da produção agroindustrial. Considere que o biogás produzido em um empreendimento de suinocultura contém 70% em volume de metano (massa molar 16 g/mol; volume molar 22 L/mol). Ele será utilizado para geração de energia em substituição ao etanol (massa molar 46 g/mol) em um gerador no qual 1 m³ de biogás de origem suína substitui 0,59 L de etanol anidro (densidade 0,78 g/mL).

Nessas condições, a massa de metano necessária para substituir 10 mol de etanol na produção de energia é mais próxima de

1. 300 g.
2. 400 g.
3. 510 g.
4. 590 g.
5. 720 g.

07. (Enem 2024) O soro caseiro serve para combater a desidratação por meio da reposição da água e sais minerais perdidos, por exemplo, por diarreia. Uma receita simples para a sua preparação consiste em utilizar duas colheres grandes (de sopa) de açúcar e duas colheres pequenas (de café) de sal de cozinha, dissolvidos em 2 L de água fervida, obtendo-se uma solução com concentração de íon sódio de 1,4 mg/mL.

Considere as massas molares: NaCl = 58,5 g/mol; Na = 23 g/mol.

Qual é o valor mais próximo da massa, em grama, de cloreto de sódio presente em uma única colher pequena?

1. 0,7 g
2. 1,8 g
3. 2,8 g
4. 3,6 g
5. 7,0 g

08. (Enem 2024) Células a combustível microbianas (CCM) são capazes de gerar eletricidade a partir de águas residuárias urbanas e agroindustriais. As CCM são compostas de duas câmaras. Numa delas, contendo matéria orgânica, as bactérias eletrogênicas crescem formando um biofilme e se alimentam dos poluentes presentes no efluente. Ao se alimentarem, essas bactérias geram uma corrente elétrica que percorre o material sobre o qual se formam o biofilme. Um fio condutor externo possibilita a migração dessa corrente até uma segunda câmara, promovendo uma reação redox. A figura esquematiza uma CCM e as reações envolvidas.

CH3COO- (aq) + 2H2O(I) → 2 CO2 (g) + 7 H+ (aq) + 8 e-

4H+(aq) + O2(g) + 4e- → 2H2O (l)

QUINTO, A. C. Biobaterias geram eletricidade a partir de esgoto sanitário e efluentes agroindustriais. Disponível em: https://jornal.usp.br. Acesso em: 1 dez. 2021 (adaptado).

Qual das equações representa a reação global que ocorre durante o funcionamento dessa CCM?

1. CH3COO- (aq) + O2(g) → 2 CO2 (g) + 3 H+ (aq)
2. CO2 (g) + O2(g) + H+ (aq) + H+ (g) → H2O(I) + CH3COO- (aq)
3. CH3COO- (aq) + H+ (aq) + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 2 H2O (l)
4. CH3COO- (aq) + 6 H2O (l) → 2 CO2 (g) 2 O2(g) + 15H+ (aq)
5. 2 CO2 (g) + 11 H+ (aq) + O2 (g) → CH3COO- (aq) + 4 H2O (l)

09. (Enem 2023) Existe no comércio um produto antimofo constituído por uma embalagem com tampa perfurada contendo cloreto de cálcio anidro, CaCl2. Uma vez aberto o lacre, essa substância absorve a umidade ambiente, transformando-se em cloreto de cálcio di-hidratado, CaCl2•2H2O.

Considere a massa molar da água igual a 18 g mol^-1, e a massa molar do cloreto de cálcio anidro igual a 111 g mol^-1.

Na hidratação da substância presente no antimofo, o ganho percentual, em massa, é mais próximo de

1. 14%
2. 16%
3. 24%
4. 32%
5. 75%

10. (Enem 2023) Um assistente de laboratório precisou descartar sete frascos contendo solução de nitrato de mercúrio(II) que não foram utilizados em uma aula prática. Cada frasco continha 5,25 g de Hg2(NO3)2 dissolvidos em água. Temendo a toxicidade do mercúrio e sabendo que o Hg2Cl2 tem solubilidade muito baixa, o assistente optou por retirar o mercúrio da solução por precipitação com cloreto de sódio (NaCl), conforme a equação química:

Hg2(NO3)2 (aq) + 2 NaCl (aq) → Hg2Cl2 (s) + 2 NaNO3 (aq)

Na dúvida sobre a massa de NaCl a ser utilizada, o assistente aumentou gradativamente a quantidade adicionada em cada frasco, como apresentado no quadro.

O produto obtido em cada experimento foi filtrado, secado e teve sua massa aferida. o assistente organizou os resultados na forma de um gráfico que correlaciona a massa de NaCI adicionada com a massa de Hg2Cl2 obtida em cada frasco. A massa molar do Hg2(NO3)2 é 525 g mol-1, a do NaCl é 58 g mol-1 e a do Hg2Cl2 é 472 g mol-1.

Qual foi o gráfico obtido pelo assistente de laboratório?

11. (Enem 2023) De acordo com a Constituição Federal, é competencia dos municípios o gerenciamento dos serviços de limpeza e coleta dos resíduos urbanos (lixo). No entanto, há relatos de que parte desse lixo acaba sendo incinerado, liberando substâncias tóxicas para o ambiente e causando acidentes por explosões, principalmente quando ocorre a incineração de frascos de aerossóis (por exemplo: desodorantes, inseticidas e repelentes). A temperatura elevada provoca a vaporização de todo o conteúdo dentro desse tipo de frasco, aumentando a pressão em seu interior até culminar na explosão da embalagem.

ZVEIBIL, V. Z. et al. Cartilha de limpeza urbana. Disponível em: www.lbam.org.br. Acesso em: 6 jul. 2015 (adaptado).

Suponha um frasco metálico de um aerossol de capacidade igual a 100 mL, contendo 0,1 mol de produtos gasosos à temperatura de 650 °C, no momento da explosão.

Considere R = 0,082 L.atm/mol.K

A pressão, em atm, dentro do frasco, no momento da explosão, é mais próxima de

1. 756.
2. 533.
3. 76.
4. 53.
5. 13.

12. (Enem 2022) A biomassa celulósica pode ser utilizada para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, é necessario que os polissacarídeos sejam convertidos em mono e dissacarideos, processo que pode ser conduzido em meio ácido. conforme mostra o esquema:

Nessa conversão de polissacarídeos, a função do íon H+ é

1. dissolver os reagentes.
2. deslocar o equilíbrio químico.
3. aumentar a velocidade da reação.
4. mudar a constante de equilíbrio da reação.
5. formar ligações de hidrogênio com o polissacarídeo.

13. (Enem 2022) A figura ilustra esquematicamente um processo de remediação de solos contaminados com tricloroeteno (TCE), um agente desengraxante. Em razão de vazamentos de tanques de estocagem ou de manejo inapropriado de resíduos industriais, ele se encontra presente em águas subterrâneas, nas quais forma uma fase líquida densa não aquosa (DNAPL) que se deposita no fundo do aquifero. Essa tecnologia de descontaminação emprega o Íon persulfato (S2O82-), que é convertido no radica •SO4- por minerais que contêm Fe(lll). O esquema representa de forma simplificada o mecanismo de ação química sobre o TCE e a formação dos produtos de degradação.

Esse procedimento de remediação de águas subterrâneas baseia-se em reações de

1. oxirredução.
2. substituição.
3. precipitação.
4. desidratação.
5. neutralização.

14. (Enem 2022) O elemento iodo (l) tem função biológica e é acumulado na tireoide. Nos acidentes nucleares de Chernobyl e Fukushima, ocorreu a liberação para a atmosfera do radioisótopo 131l responsável por enfermidades nas pessoas que foram expostas a ele. O decaimento de uma massa de 12 microgramas do isótopo 131l foi monitorado por 14 dias, conforme e quadro.

Após o período de 40 dias, a massa residual desse isótopo é mais próxima de

1. 2,4 µg.
2. 1,5 µg.
3. 0,8 µg.
4. 0,4 µg.
5. 0,2 µg.

15. (Enem 2022) O ácido tartárico é o principal ácido do vinho e está diretamente relacionado com sua qualidade. Na avaliação de um vinho branco em produção, uma analista neutralizou uma alíquota de 25,0 mL do vinho com NaOH a 0,10 mol L-1, consumindo um volume igual a 8,0 mL dessa base. A reação para esse processo de titulação é representada pela equação química

A concentração de ácido tartárico no vinho analisado é mais próxima de:

1. 1,8 g L^-1
2. 2,4 g L^-1
3. 3,6 g L^-1
4. 4,8 g L^-1
5. 9,6 g L^-1

16. (Enem 2022) O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico — o urânio-235.

Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos deurânio-235 de urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvida, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos altemativos de enriquecimento.

ATKINS, P; JONES, L. Principios de química: questionando a vida modema eo meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).

Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade?

1. Peneiração.
2. Centrifugação.
3. Extração por solvente.
4. Destilação fracionada.
5. Separação magnética.

17. (Enem 2022) A nanotecnologia é responsável pelo aprimoramento de diversos materiais, incluindo os que são impactados com a presença de poluentes e da umidade na atmosfera, causadores de corrosão. O processo de corrosão é espontâneo e provoca a deterioração de metais como o ferro, que, em presença de oxigênio e água, sofre oxidação, conforme ilustra a equação química:

4 Fe (s) + 2 H2O (l) +3 O2 (g) → 2 Fe2O3 · H2O (s)

Uma forma de garantir a durabilidade da estrutura metálica e a sua resistência à umidade consiste na deposição de filmes finos nanocerâmicos à base de zircônia (ZrO2) e alumina (AL2O2) sobre a superfície do objeto que se deseja proteger.

CLEMENTE, G.A. B. F. et al. O uso de materiais híbridos ou nanocompósitos comorevestimentos anticorrosivos do aço. Química Nova, n. 9, 20221 (adaptado).

Essa nanotecnologia aplicada na proteção contra a corrosão se baseia no(a)

1. proteção catódica, que utiliza um metal fortemente redutor.
2. uso de metais de sacrifício, que se oxidam no lugar do ferro.
3. passivação do ferro, que fica revestido pelo seu próprio óxido.
4. efeito de barreira, que impede o contato com o agente oxidante.
5. galvanização, que usa outros metais de menor potencial de redução.

18. (Enem PPL 2024) O titânio é encontrado na natureza em minerais, dos quais o rutilo (TiO2) está presente na principal mina do Brasil, localizada no Rio Grande do Norte. Para obtenção do titânio metálico, o TiO2 é submetido a duas operações industriais. A primeira consiste na cloração, produzindo tetracloreto de titânio, conforme a equação:

TiO2 + 2 Cl2 + 2 CO TiCI4 + 2 CO2

A segunda operação consiste na redução do tetracloreto de titânio, utilizando magnésio metálico:

2 Mg + TiCl4 2 MgCl2 + Ti

Considere as massas molares:

Cl = 35,5 g/mol ; Ti = 48 g/mol .

Qual a massa de gás cloro necessária para produzir 480 kg de titânio metálico?

1. 179 kg
2. 359 kg
3. 480 kg
4. 710 kg
5. 1 420 kg

19. (Enem PPL 2024) O ácido sulfúrico é uma das principais substâncias produzidas industrialmente no mundo. O esquema apresenta, de forma simplificada, as etapas de sua produção.

Em qual etapa ocorre a conversão química do enxofre (S) para o seu maior estado de oxidação?

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5

20. (Enem PPL 2024) Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, desenvolveram um dessalinizador-pilha.

O invento se mostrou muito promissor para dessalinizar água do mar, empregando eletrodos com bismuto e titânio em suas composições. Para realizar a dessalinização, o dispositivo funciona por eletrólise, conforme a figura. No descarregamento do dispositivo ocorre o processo inverso, que permite reaproveitar a energia, como em uma pilha.

Durante a dessalinização da água por eletrólise ocorre a formação de

1. BiOCl no ânodo.
2. H2 (g) no cátodo.
3. Bi no polo positivo.
4. O2 (g) no polo negativo.
5. Na3 Ti2 (PO4)3 no ânodo.

21. (Enem PPL 2024) A hipertensão arterial é um problema de saúde que se agrava pelo crescente consumo de sal rico em sódio. O consumo máximo diário recomendado pelo Ministério da Saúde é de, aproximadamente, 5 g de NaCl. No entanto, os brasileiros consomem em média 12 g desse sal por dia. Por isso, a indústria lançou no mercado o chamado sal light, que apresenta um teor reduzido de cloreto de sódio. Sua composição é cerca de 50% de NaCl e 50% de KCl, em massa.

Massas molares:

Na = 23 g/mol; Cl = 35,5 g/mol; K = 39 g/mol

Pesquisa de orçamentos familiares: análise do consumo alimentar pessoal no Brasil. Disponível em: www.biblioteca.ibge.gov.br. Acesso em: 27 nov. 2019 (adaptado).

Ainda que os brasileiros consumam apenas sal light, a massa de sódio ingerida em excesso será mais próxima de

1. 0,4 g.
2. 1,0 g.
3. 1,4 g.
4. 2,8 g.
5. 3,5 g.

22. (Enem PPL 2024) Na lavagem a seco, um solvente é considerado efetivo para limpeza de roupas quando evita o encolhimento dos tecidos, evapora facilmente e dissolve manchas lipofílicas, como óleos, ceras e gorduras em geral, por apresentar polaridade similar.

BORGES, L.; MACHADO, P. F. L. Lavagem a seco. Química Nova na Escola, n. 1, fev. 2013.

Qual estrutura molecular representa o solvente mais efetivo na lavagem a seco de roupas?

23. (Enem PPL 2023) O odor desagradável de peixe deve-se principalmente a compostos orgânicos que contêm um grupo amino (R―NH2), em que R representa um grupo alquil. Um chefe de cozinha experimental dispõe, em seu laboratório, de cinco soluções aquosas, dentre as quais deve escolher uma para eliminar o odor de peixe, por meio da neutralização do grupo amino. Suponha que a molécula responsável pelo odor é a metilamina (CH3NH2, Kb = 5,5 × 10⁻⁴). O quadro apresenta dados de acidez/basicidade de algumas espécies químicas.

Qual substância deve ser escolhida pelo chefe de cozinha?

1. NaClO
2. NaHCO3
3. CH3COOH
4. NaCl
5. CH3CH2OH

24. (Enem PPL 2023) Os agentes lacrimogêneos são espécies químicas capazes de provocar forte irritação das vias aéreas superiores e dos olhos. Até o final da década de 1960, a cloroacetofenona (CA) foi a substância mais utilizada com essa finalidade. Uma forma de descontaminar a pele exposta à CA consiste em lavá-la com uma solução aquosa de determinado sal, o qual reagirá com a CA, conforme a reação representada

Qual destes compostos pode ser usado para fazer essa descontaminação?

1. NaCH3COO
2. NaHCO3
3. NaHSO3
4. Na2SO4
5. NaOH

25. (Enem PPL 2023) Com o objetivo de demonstrar a transferência de energia de um sistema para outro, um professor solicitou a seus alunos que determinassem o calor de combustão de alguns alimentos e, para auxiliar nessa tarefa, forneceu um quadro que apresenta cinco alimentos identificados por números e seus respectivos calores de combustão.

Posteriormente, entregou uma amostra de 0,5 g de um alimento indeterminado a um dos estudantes, que realizou o seguinte procedimento experimental: colocou 4 mL de água em um tubo de ensaio e mediu a temperatura, encontrando 20 °C. Em seguida, o estudante queimou o alimento recebido, abaixo do tubo de ensaio contendo a água, o que elevou a temperatura da água para 50 °C. Considere que, nas condições do experimento, a perda de calor para o ambiente é desprezível e o calor específico da água e sua densidade são, respectivamente, 1 cal/(g °C) e 1 g/mL.

Qual alimento do quadro o estudante recebeu do professor?

1. I
2. II
3. III
4. IV
5. V

26. (Enem PPL 2023) Na produção do politereftalato de etileno, o PET, utiliza-se como reagente o para-dimetilbenzeno, também chamado de para-xileno, que deve ter alta pureza. No entanto, o para-xileno obtido do petróleo possui contaminação dos seus isômeros orto-xileno e meta-xileno, cujas estruturas são apresentadas na figura. No quadro, são listadas as temperaturas de fusão e ebulição desses três isômeros.

Qual processo de separação permite a purificação desse reagente?

1. Destilação simples.
2. Cristalização simples.
3. Destilação fracionada.
4. Extração líquido-líquido.
5. Solidificação fracionada.

27. (Enem PPL 2022) Bebidas alcoólicas, algumas soluções desinfetantes ou até álcool combustível são exemplos de misturas constituídas por etanol (CH3CH2OH) e água. A “afinidade” entre esses líquidos é suficiente para possibilitar que a mistura formada por 500 mL de água e 500 mL de etanol origine uma solução de 970 mL, em um processo que envolve liberação de pequena quantidade de energia. De certa forma, isso constitui um problema para os fabricantes, uma vez que, para obterem um litro dessa mistura, necessitariam misturar mais do que 500 mL de cada um dos líquidos

Do ponto de vista da química, a que se deve essa variação de volume?

1. À redução do volume das moléculas.
2. Ao abaixamento da massa molecular.
3. À formação de ligações covalentes mais fortes.
4. À diminuição do grau de agitação das moléculas.
5. Ao estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas.

28. (Enem PPL 2022) Solos ácidos apresentam baixo valor de pH, e o plantio de culturas nesse meio acarreta baixa produção agrícola. Entretanto, esse problema pode ser contornado adicionando-se substâncias que, ao entrarem em contato com a água, liberam íons OH−, que neutralizam os íons H3 O+ presentes no solo e elevam o seu pH. Para esse objetivo, um agricultor tem comercialmente à disposição as espécies químicas enumeradas:

I – KCl II – MgO III – NH4 Br IV – AlCl3 V – P2 O5

Para a correção do pH desse solo, o agricultor deverá utilizar a espécie química indicada pelo número

1. I.
2. II.
3. III.
4. IV.
5. V.

29. (Enem PPL 2022) Os combustíveis são materiais utilizados na produção de energia que, dependendo da sua composição, podem produzir diferentes substâncias. Por exemplo, numa queima completa, o hidrogênio se transforma em H2 O; e o carbono, em CO2 . O quadro apresenta as entalpias de combustão de alguns combustíveis nas condições padrão.

Visando a redução do impacto ambiental, qual dos combustíveis listados libera maior quantidade de energia com menor produção de CO2 ?

1. Carbono
2. Etino
3. Propano
4. Butano
5. Octano