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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 61 (1º exame) da FUVEST 2000

1º exame · Química: Estados físicos e mudanças de estado

  • O diagrama esboçado abaixo mostra os estados físicos do \ce{CO2} em diferentes pressões e temperaturas. As curvas são formadas por pontos em que coexistem dois ou mais estados físicos.

Diagrama de fases de pressão em atm versus temperatura em °C para o CO2, mostrando as regiões dos estados sólido, líquido e gás, com os pontos de equilíbrio em (-78 °C, 1 atm), (-57 °C, 5 atm), (25 °C, 67 atm) e o ponto crítico em (31 °C, 73 atm).

Um método de produção de gelo seco (\ce{CO2} sólido) envolve
I. compressão isotérmica do \ce{CO2(g)}, inicialmente a 25^\circ\text{C} e 1\text{ atm}, até passar para o estado líquido;
II. rápida descompressão até 1\text{ atm}, processo no qual ocorre forte abaixamento de temperatura e aparecimento de \ce{CO2} sólido.

Em I, a pressão mínima a que o \ce{CO2} (g) deve ser submetido para começar a liquefação, a 25^\circ\text{C}, é y e, em II, a temperatura deve atingir x.

Os valores de y e x são, respectivamente,

  1. A
    67\text{ atm} e 0^\circ\text{C}
  2. B
    73\text{ atm} e -78^\circ\text{C}
  3. C
    5\text{ atm} e -57^\circ\text{C}
  4. D
    67\text{ atm} e -78^\circ\text{C}
  5. E
    73\text{ atm} e -57^\circ\text{C}
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Resolução comentada

O diagrama de fases mostra, para cada par (temperatura, pressão), qual estado físico é estável. As curvas separam as regiões e indicam onde dois estados coexistem.

Etapa I (valor de y): a compressão é isotérmica, então percorremos a vertical em 25^\circ\text{C}, partindo de 1\text{ atm} (região do gás) e subindo. A liquefação começa quando essa vertical cruza a curva gás-líquido. Pelo gráfico, o cruzamento ocorre em 67\text{ atm}. Logo, y = 67\text{ atm}.

O valor 73\text{ atm} é a pressão do ponto crítico, que está a 31^\circ\text{C}, e não a 25^\circ\text{C}.

Etapa II (valor de x): na descompressão rápida até 1\text{ atm}, o CO_2 passa a existir como sólido. Sob 1\text{ atm}, o gráfico mostra que o sólido está em equilíbrio com o gás (sublimação) em -78^\circ\text{C}. Portanto, para aparecer CO_2 sólido nessa pressão, a temperatura deve chegar a x = -78^\circ\text{C}.

O ponto (-57^\circ\text{C},\ 5\text{ atm}) é o ponto triplo, em que coexistem sólido, líquido e gás. Ele não corresponde a 1\text{ atm}.

Assim, y = 67\text{ atm} e x = -78^\circ\text{C}.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa B engana por usar 73 atm, a pressão do ponto crítico, em vez de 67 atm, a pressão em que a vertical de 25 °C cruza a curva gás-líquido; a E e a C exploram o ponto triplo (-57 °C).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AAcerta y = 67 atm, mas 0^\circ\text{C} não é a temperatura de sublimação do CO2 a 1 atm; o gráfico indica -78^\circ\text{C}.
  • BUsa 73 atm, que é a pressão do ponto crítico (31 °C), e não a da liquefação a 25 °C.
  • CUsa as coordenadas do ponto triplo (5 atm, -57 °C), que não correspondem à liquefação a 25 °C nem ao equilíbrio sólido-gás a 1 atm.
  • EConfunde y com a pressão crítica (73 atm) e x com a temperatura do ponto triplo (-57 °C).

Assunto: Estados físicos e mudanças de estado.

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Ver como caiu na prova Questão 61 no caderno V da FUVEST 2000

Fonte: FUVEST 2000 · 1º exame. Prova oficial ↗