Unicamp · Química

Questões de Separação de misturas e propriedades da matéria da Unicamp

7 questões oficiais da Unicamp sobre Separação de misturas e propriedades da matéria, de 2018 a 2022, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 5 médias, 2 difíceis.

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6 questões de Separação de misturas e propriedades da matéria resolvidas

Questão 1 · Unicamp 2022 · Questão 33média

O Purificador de Água P&G™ (anteriormente conhecido como PUR) é um pacote único de pó que usa as mesmas técnicas, princípios e produtos químicos usados no tratamento de água numa estação convencional. Um sachê do produto trata, em 30 minutos de ação, 10 litros de água, sendo que a água tratada contém cloro livre de resíduos, o qual serve para proteger contra recontaminação. A tecnologia P&G™ de purificação de água em ação é mostrada na figura a seguir.

O pacote contém: Ca(OCl)₂, KMnO₄, Fe₂(SO₄)₃, poliacrilamida aniônica de alto peso molecular e argila bentonítica. Levando em conta as informações dadas, pode-se concluir que o produto é capaz de tratar a água, pois contém agentes

A
antimicrobiano, oxidante, floculante e adsorvente.
B
microbiano, oxidante, floculante e adsorvente.
C
antimicrobiano, redutor, coagulante, floculante.
D
microbiano, redutor, coagulante, floculante.

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Gabarito: A

Associe cada componente do sachê à sua função no tratamento da água:

Ca(OCl)₂ (hipoclorito de cálcio): libera cloro ativo, que mata micro-organismos → antimicrobiano (é o "cloro livre" que protege contra recontaminação).
KMnO₄ (permanganato de potássio): forte oxidante (oxida matéria orgânica, ferro, manganês).
Fe₂(SO₄)₃ e poliacrilamida: o sulfato férrico coagula as impurezas e o polímero junta as partículas em flocos maiores → floculante (os flocos decantam, como se vê nas etapas D e E da figura).
Argila bentonítica: retém substâncias na superfície → adsorvente.

Resposta: A.

Por que as outras atraem: "microbiano" (B e D) não é função de tratamento; "redutor" (C e D) troca o papel do permanganato, que é oxidante.

Dica: Mn no permanganato tem Nox +7, o máximo possível; espécie com elemento no Nox máximo só pode se reduzir, então age como oxidante.

Questão 2 · Unicamp 2022 · Questão 40difícil

O sistema PSA (Pressure Swing Adsorption) é uma alternativa à produção de oxigênio para hospitais ou indústrias distantes de fornecedores. Esse sistema é também uma opção para os casos em que a produção por destilação criogênica não supre a demanda. O funcionamento do PSA se baseia na adsorção seletiva do oxigênio ou do nitrogênio. O ar pressurizado é forçado a passar por colunas contendo substâncias sólidas. Tais substâncias adsorvem seletivamente ou o oxigênio ou o nitrogênio. Quando o sólido fica saturado, promove-se uma despressurização do sistema e então o gás se dessorve do sólido. Dessa forma, os dois principais gases do ar são separados um do outro. A figura A esquematiza o sistema de funcionamento do PSA e os gráficos 1 e 2 representam isotermas de adsorção (estudo do equilíbrio a uma temperatura constante) de N₂ e O₂ para dois adsorventes distintos. O gráfico 1 diz respeito a um complexo do metal cobalto denominado CoBTTri, enquanto o gráfico 2 diz respeito a um zeólito representado pela fórmula NaX.

Gráfico 1 (CoBTTri). Eixo vertical: quantidade adsorvida (mmol g⁻¹), de 0 a 5; eixo horizontal: pressão (bar), de 0,0 a 1,0.

Figura A

Gráfico 2 (NaX). Eixo vertical: quantidade adsorvida (mmol g⁻¹), de 0,0 a 0,5; eixo horizontal: pressão (bar), de 0,0 a 1,0.

Considerando as figuras, é correto afirmar que a separação a que se refere o texto seria possível utilizando-se

A
apenas o material NaX. O oxigênio seria obtido na pressurização do sistema.
B
qualquer um dos dois materiais. O oxigênio seria obtido na despressurização do sistema apenas no caso do CoBTTri.
C
apenas o material CoBTTri. O oxigênio seria obtido na pressurização do sistema.
D
qualquer um dos dois materiais. O oxigênio seria obtido na despressurização do sistema apenas no caso do NaX.

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Gabarito: B

Para separar, basta que o sólido adsorva um gás muito mais que o outro.

Gráfico 1 (CoBTTri): adsorve muito mais O₂ (≈ 5 mmol/g a 1 bar) que N₂ (≈ 2 mmol/g). Na pressurização, o O₂ fica preso no sólido e o N₂ sai pela saída de gás. O O₂ só é recolhido na despressurização, quando se dessorve.

Gráfico 2 (NaX): adsorve mais N₂ (≈ 0,45 mmol/g) que O₂ (≈ 0,12 mmol/g). Na pressurização, o N₂ fica retido e o O₂ sai pela saída de gás: é obtido na pressurização.

Os dois materiais servem, e o O₂ vem da despressurização apenas no caso do CoBTTri.

Resposta: B.

Por que as outras atraem: A e C dizem que só um material funciona, mas ambos têm adsorção seletiva; D troca os materiais (no NaX o O₂ sai durante a pressurização).

Dica: o gás retido no adsorvente só é recuperado na despressurização; o gás pouco adsorvido passa direto.

Questão 3 · Unicamp 2021 · Questão 31média

No início da pandemia da Covid-19, houve escassez de máscaras de proteção. Muitas pessoas passaram a fabricar suas próprias máscaras com tecidos comuns. Seriam essas máscaras caseiras tão eficientes quanto a máscara recomendada, a N95? Um estudo avaliou a eficiência de alguns tecidos na filtração de partículas de 10 nm a 10 µm, faixa de tamanho importante para a transmissão de vírus baseada em aerossóis, e que compreende a faixa do novo coronavírus (20-250 nm). Algumas informações obtidas pelos pesquisadores encontram-se nos gráficos a seguir.

Máscaras: camada simples e N95

Máscaras: camada dupla e N95

Nos dois gráficos, o eixo vertical é a eficiência de filtração (de 0,2 a 1,0, marcas de 0,2 em 0,2) e o eixo horizontal é o tamanho de partícula em nm, em escala logarítmica (10, 100, 1000 e 10000).

(Adaptado de A. Konda e outros. ACS Nano 14, 2020, 6339-6347.)

Com base nessas informações, é correto afirmar que a eficiência na filtração de uma máscara caseira é sempre

A
maior para partículas abaixo de 300 nm quando uma única camada de qualquer tecido é usada.
B
menor para partículas abaixo de 300 nm quando uma única camada de qualquer tecido é usada.
C
maior que a da N95 para a faixa do novo coronavírus, desde que se use uma camada dupla de diferentes tecidos.
D
menor que a da N95 para a faixa do novo coronavírus, mesmo que se use uma camada dupla de diferentes tecidos.

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Gabarito: C

A faixa do coronavírus é 20-250 nm.

Camada simples: o algodão fica abaixo da N95 em parte da faixa, e a seda fica bem abaixo (≈ 0,35-0,55). Não há regra "sempre maior" nem "sempre menor" abaixo de 300 nm para qualquer tecido: A e B caem.

Camada dupla: a combinação algodão/flanela (tecidos diferentes) fica em torno de 0,9 a 0,97 em toda a faixa de 20-250 nm, acima da N95, que cai para cerca de 0,6 perto de 150 nm. A seda/seda é do mesmo tecido e fica abaixo, mas a alternativa C fala em tecidos diferentes.

Resposta: C

Por que as outras atraem: D vale para seda/seda, mas não para algodão/flanela; A e B generalizam para "qualquer tecido".

Dica: em questões com "sempre", procure no gráfico um único ponto que contradiga a afirmação.

Questão 4 · Unicamp 2020 · Questão 45média

Em 15 de abril de 2019, a Catedral de Notre-Dame de Paris ardeu em chamas, atingindo temperaturas de 800 °C. Estima-se que, na construção da catedral, foram empregadas pelo menos 300 toneladas de chumbo. Material usual à época, o chumbo é um metal pesado com elevado potencial de contaminação em altas temperaturas. Sabendo que o ponto de fusão do chumbo é de 327,5 °C e seu ponto de ebulição é de 1750 °C, identifique a curva que pode representar o histórico da temperatura de uma porção de chumbo presente na catedral ao longo do incêndio, bem como o fenômeno corretamente relacionado ao potencial de contaminação.

A
Gráfico de temperatura × tempo:
O potencial de contaminação estaria associado à evaporação do chumbo em alta temperatura.
B
Gráfico de temperatura × tempo:
O potencial de contaminação estaria associado à ebulição do chumbo em alta temperatura.
C
Gráfico de temperatura × tempo:
O potencial de contaminação estaria associado à ebulição do chumbo em alta temperatura.
D
Gráfico de temperatura × tempo:
O potencial de contaminação estaria associado à evaporação do chumbo em alta temperatura.

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Gabarito: D

1. A curva. O chumbo esquenta, funde a 327,5 °C (primeiro patamar), continua esquentando até a temperatura do incêndio, cerca de 800 °C (segundo patamar, enquanto o fogo dura), e depois esfria. Ao esfriar, solidifica na mesma temperatura em que fundiu, 327,5 °C: o patamar da descida tem de estar na mesma altura do patamar da subida. Depois esfria até a temperatura ambiente.

Nos gráficos: em A o patamar da descida está mais alto que o da subida; em B, mais baixo; C não tem patamar na descida. Só D tem os dois patamares na mesma altura.

2. O fenômeno. O incêndio chegou a 800 °C, bem abaixo da ebulição do chumbo (1750 °C). Então não houve ebulição: o chumbo líquido evapora (passa a vapor pela superfície, abaixo do ponto de ebulição), e esse vapor tóxico é o que contamina.

Resposta: D

Dica: fusão e solidificação de uma substância pura acontecem na mesma temperatura; ebulição só ocorre ao atingir o ponto de ebulição, mas evaporação ocorre em qualquer temperatura.

Questão 5 · Unicamp 2020 · Questão 46média

O “Ebulidor de Franklin” é um brinquedo constituído de dois bulbos de vidro conectados por um tubo espiralado, preenchido com líquido colorido. Seu uso consiste em encostar a mão na base do bulbo inferior, fazendo com que o líquido seja aquecido e ascenda para o bulbo superior. Popularmente, a libido de uma pessoa é avaliada com base na quantidade de líquido que ascende. O sucesso de venda, obviamente, é maior quanto mais positivamente o brinquedo indicar uma “alta libido”. Abaixo apresenta-se um gráfico da pressão de vapor em função da temperatura para dois líquidos, A e B, que poderiam ser utilizados para preencher o “Ebulidor de Franklin”.

Gráfico: pressão de vapor (mmHg, eixo vertical de 0 a 800) em função da temperatura (°C, eixo horizontal de 0 a 120). A curva A vai de cerca de 250 mmHg a 5 °C até cerca de 750 mmHg a 35 °C; a curva B vai de cerca de 20 mmHg a 5 °C até cerca de 750 mmHg a 80 °C.

Considerando essas informações, é correto afirmar que a pressão no interior do brinquedo

A
não se altera durante o seu uso, e o ebulidor com o líquido A teria mais sucesso de vendas.
B
aumenta durante o seu uso, e o ebulidor com o líquido A teria mais sucesso de vendas.
C
não se altera durante o seu uso, e o ebulidor com o líquido B teria mais sucesso de vendas.
D
aumenta durante o seu uso, e o ebulidor com o líquido B teria mais sucesso de vendas.

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Gabarito: B

1. A pressão dentro do brinquedo. O brinquedo é fechado e contém o líquido e seu vapor. Ao segurar o bulbo de baixo, a mão aquece o líquido, e a pressão de vapor aumenta com a temperatura (como mostram as duas curvas). Esse aumento de pressão no bulbo inferior empurra o líquido para cima. Logo, a pressão aumenta durante o uso.

2. O líquido que vende mais. A mão está a cerca de 30 a 35 °C. Nessa faixa, a curva A sobe muito (de cerca de 650 para 750 mmHg) e a pressão de vapor é alta; a curva B quase não sai do lugar (cerca de 100 a 120 mmHg). Com o líquido A, um pequeno aquecimento produz grande variação de pressão: o líquido sobe mais e o brinquedo indica "alta libido" para todos.

Resposta: B

Por que as outras atraem: B nas curvas só ganha pressão de vapor apreciável acima de 50 °C, temperatura que a mão não atinge (C e D); e dizer que a pressão "não se altera" contradiz o próprio funcionamento do brinquedo (A e C).

Questão 6 · Unicamp 2018 · Questão 62média

Com a crise hídrica de 2015 no Brasil, foi necessário ligar as usinas termoelétricas para a geração de eletricidade, medida que fez elevar o custo da energia para os brasileiros. O governo passou então a adotar bandeiras de cores diferentes na conta de luz para alertar a população. A bandeira vermelha indicaria que a energia estaria mais cara. O esquema a seguir representa um determinado tipo de usina termoelétrica.

(Adaptado de BITESIZE. Thermal power stations. Disponível em http://www.bbc.co.uk/bitesize/standard/physics/energy_matters/genera tion_of_electricity/revision/1/. Acessado em 26/07/17.)

Conforme o esquema apresentado, no funcionamento da usina há

A
duas transformações químicas, uma transformação física e não mais que três tipos de energia.
B
uma transformação química, uma transformação física e não mais que dois tipos de energia.
C
duas transformações químicas, duas transformações físicas e pelo menos dois tipos de energia.
D
uma transformação química, duas transformações físicas e pelo menos três tipos de energia.

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Gabarito: D

Siga o esquema da usina e classifique cada etapa.

1. Transformações
- No aquecedor, um combustível é queimado: combustão = transformação química (a única do esquema).
- A água vira vapor na caldeira: vaporização = transformação física.
- No condensador, o vapor volta a ser água líquida: condensação = transformação física.

Logo: uma química e duas físicas.

2. Formas de energia
Energia química do combustível → energia térmica (calor do vapor) → energia cinética/mecânica da turbina → energia elétrica no gerador. São pelo menos três tipos (na verdade quatro).

Resposta: D

Por que as outras atraem: A e C contam a vaporização como reação química, mas mudança de estado não forma substância nova; B esquece a condensação e limita os tipos de energia a dois.

Dica: mudança de estado físico (fusão, vaporização, condensação) é sempre transformação física; combustão é química.