Questão 63 (1º exame) da FUVEST 2002

Question

O esquema abaixo apresenta, de maneira simplificada, processos possíveis para a obtenção de importantes substâncias, a partir de gás natural e ar atmosférico.

Esquema simplificado de processos químicos a partir de CH4 e H2O (com catalisador formando H2 + CO2, que na etapa A é separado em CO2 e H2) e ar (que na etapa B é separado em N2 e O2). H2 e N2 são combinados na etapa C com catalisador para produzir NH3.

Dados:

gás	\ce{H2}	\ce{N2}	\ce{O2}	\ce{NH3}
temperatura de ebulição (kelvin), sob pressão de 1\ \text{atm}	20	77	90	240

Considere as afirmações:

I. Na etapa A, a separação dos gases pode ser efetuada borbulhando-se a mistura gasosa numa solução aquosa alcalina.
II. Na etapa B, \ce{N2} e \ce{O2} podem ser separados pela liquefação do ar, seguida de destilação fracionada.
III. A amônia, formada na etapa C, pode ser removida da mistura gasosa por resfriamento.

Está correto o que se afirma

A
em I apenas.
B
em II apenas.
C
em III apenas.
D
em II e III apenas.
E
em I, II e III.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 63 (1º exame) da FUVEST 2002

1º exame · Química: Separação de misturas

O esquema abaixo apresenta, de maneira simplificada, processos possíveis para a obtenção de importantes substâncias, a partir de gás natural e ar atmosférico.

Esquema simplificado de processos químicos a partir de CH4 e H2O (com catalisador formando H2 + CO2, que na etapa A é separado em CO2 e H2) e ar (que na etapa B é separado em N2 e O2). H2 e N2 são combinados na etapa C com catalisador para produzir NH3.

Dados:

gás	\ce{H2}	\ce{N2}	\ce{O2}	\ce{NH3}
temperatura de ebulição (kelvin), sob pressão de 1\ \text{atm}	20	77	90	240

Considere as afirmações:

I. Na etapa A, a separação dos gases pode ser efetuada borbulhando-se a mistura gasosa numa solução aquosa alcalina.
II. Na etapa B, \ce{N2} e \ce{O2} podem ser separados pela liquefação do ar, seguida de destilação fracionada.
III. A amônia, formada na etapa C, pode ser removida da mistura gasosa por resfriamento.

Está correto o que se afirma

A
em I apenas.
B
em II apenas.
C
em III apenas.
D
em II e III apenas.
E
em I, II e III.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Vamos testar cada afirmação.

I. Correta. Na etapa A a mistura é \ce{H2} + \ce{CO2}. O \ce{CO2} é um óxido ácido: reage com base, formando carbonato:

\ce{CO2 + 2 OH- -> CO3^2- + H2O}

O \ce{H2} não reage com a solução e não é muito solúvel em água, então sai borbulhando. Assim, a solução alcalina retém o \ce{CO2} e deixa passar o \ce{H2}.

II. Correta. Na etapa B, o ar é resfriado até liquefazer. Depois, a mistura líquida é aquecida aos poucos (destilação fracionada). Pela tabela, o \ce{N2} ferve a 77 K e o \ce{O2} a 90 K. Como os pontos de ebulição são diferentes, o \ce{N2} evapora primeiro e se separa do \ce{O2}.

III. Correta. Na etapa C a mistura final contém \ce{NH3}, \ce{H2} e \ce{N2} que não reagiram. A tabela mostra que o \ce{NH3} ferve a 240 K, bem acima do \ce{H2} (20 K) e do \ce{N2} (77 K). Ao resfriar a mistura a uma temperatura entre 240 K e 77 K, só o \ce{NH3} condensa e pode ser removido como líquido; os outros continuam gasosos.

As três afirmações estão corretas.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

AConsidera só a afirmação I, ignorando que a destilação fracionada do ar líquido e a condensação da amônia também funcionam.
BConsidera só a II, esquecendo que o CO2 é óxido ácido e reage com solução alcalina, e que a amônia condensa antes dos outros gases.
CConsidera só a III, desprezando a diferença de ebulição entre N2 e O2 e a absorção do CO2 em base.
DExclui a I por achar que a solução alcalina não separa os gases, mas ela retém o CO2 e deixa o H2.

Assunto: Separação de misturas.

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Fonte: FUVEST 2002 · 1º exame. Prova oficial ↗