Questão 2 da FUVEST 2020

Question

Equipamentos domésticos chamados de vaporizadores para roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento com potência nominal de 1.600\text{ W} foi utilizado para passar roupas por 20 minutos, consumindo 540\text{ mL} de água. Em relação ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,

A
0{,}04\%.
B
0{,}062\%.
C
4{,}6\%.
D
40\%.
E
62\%.

Note e adote:
Entalpia de vaporização da água a 100\ ^\circ\text{C} = 40\text{ kJ/mol};
Massa molar da água = 18\text{ g/mol};
Densidade da água = 1\text{ g/mL}.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 2 da FUVEST 2020

1ª fase · Química: Reações exotérmicas e endotérmicas

Equipamentos domésticos chamados de vaporizadores para roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento com potência nominal de 1.600\text{ W} foi utilizado para passar roupas por 20 minutos, consumindo 540\text{ mL} de água. Em relação ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,

A
0{,}04\%.
B
0{,}062\%.
C
4{,}6\%.
D
40\%.
E
62\%.

Note e adote:
Entalpia de vaporização da água a 100\ ^\circ\text{C} = 40\text{ kJ/mol};
Massa molar da água = 18\text{ g/mol};
Densidade da água = 1\text{ g/mL}.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

A ideia é comparar duas energias: a total fornecida pelo aparelho e a parte usada só para mudar de fase (líquido para vapor a 100\ ^\circ\text{C}).

Energia total. Potência é energia por tempo, então E = P\cdot\Delta t:

\Delta t = 20\ \text{min} = 1200\ \text{s}
E_{total} = 1600 \cdot 1200 = 1{,}92\times10^{6}\ \text{J} = 1920\ \text{kJ}

Energia de vaporização. A entalpia de vaporização é dada por mol, então precisamos do número de mols de água:

Massa: 540\ \text{mL} \times 1\ \text{g/mL} = 540\ \text{g}
Mols: n = \dfrac{540}{18} = 30\ \text{mol}
Energia: E_{vap} = 30 \cdot 40 = 1200\ \text{kJ}

Fração:

\frac{E_{vap}}{E_{total}} = \frac{1200}{1920} = 0{,}625 \approx 62\%

Portanto, cerca de 62% da energia consumida serve apenas para vaporizar a água; o restante aquece a água até 100\ ^\circ\text{C} e se perde para o ambiente.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

AErra as unidades (kJ com J) e a proporção, dando um valor milhares de vezes menor.
BReproduz os dígitos 0,62 com a ordem de grandeza errada, por confundir J com kJ na conversão.
CNão corresponde a nenhuma conta coerente; ignora o número de mols ou erra a conversão do tempo.
DValor arredondado sem cálculo; a razão correta é 1200/1920, que dá cerca de 62%.

Assuntos: Reações exotérmicas e endotérmicas, Mol, massa molar e constante de Avogadro.

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