Termoquímica e geração de energia elétrica

Química, 2ª série: Termoquímica e geração de energia elétrica

1. Em uma usina termelétrica, um combustível é queimado em uma caldeira; o vapor de água produzido gira uma turbina ligada a um gerador. A sequência de transformações de energia que ocorre nessa usina é

   1. aquímica → elétrica → térmica → mecânica
   2. bquímica → térmica → mecânica → elétrica
   3. celétrica → mecânica → térmica → química
   4. dtérmica → química → elétrica → mecânica
   5. emecânica → química → térmica → elétrica

2. Uma usina termelétrica queima gás natural (considerado metano puro) e converte em energia elétrica 40% da energia liberada na combustão. Sabe-se que 1 kWh = 3 600 kJ. A massa de metano queimada para gerar 1 kWh de energia elétrica é de aproximadamente

   Dados: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O, ΔH = −890 kJ/mol; H = 1, C = 12.

   1. a26 g
   2. b65 g
   3. c160 g
   4. d400 g
   5. e1 600 g

3. Uma usina termelétrica a carvão (considerado carbono puro) tem rendimento de 35%: só essa fração da energia da combustão vira energia elétrica. Sabe-se que 1 kWh = 3 600 kJ. A massa de CO₂ emitida para gerar 1 kWh é de aproximadamente

   Dados: C + O₂ → CO₂, ΔH = −394 kJ/mol; C = 12, O = 16.

   1. a0,14 kg
   2. b0,31 kg
   3. c0,40 kg
   4. d1,1 kg
   5. e3,3 kg

4. Em uma célula a combustível, o hidrogênio reage com o oxigênio do ar (2 H₂ + O₂ → 2 H₂O) e a energia é convertida diretamente em eletricidade, com rendimento de cerca de 60%. Sabe-se que a formação de 1 mol de água líquida libera 286 kJ e que 1 kWh = 3 600 kJ. A energia elétrica obtida a partir de 1,0 kg de H₂ é de aproximadamente

   Dado: H = 1.

   1. a0,024 kWh
   2. b14 kWh
   3. c24 kWh
   4. d40 kWh
   5. e86 kWh

5. Usinas heliotérmicas concentram a luz do sol com milhares de espelhos para aquecer grandes tanques de sais de nitrato fundidos, que chegam a mais de 500 °C. O sal quente é usado para produzir vapor e movimentar turbinas, inclusive durante a noite. Do ponto de vista energético, o sal fundido funciona como

   1. aum reservatório de energia térmica, que absorve calor durante o dia e o transfere à água para gerar vapor depois
   2. bum combustível, que é queimado à noite e libera gás carbônico na produção do vapor que movimenta as turbinas da usina
   3. cum catalisador, que acelera a evaporação da água sem fornecer nenhuma quantidade de energia
   4. dum isolante térmico, que impede que a energia solar seja transferida para a água das caldeiras
   5. euma bateria química, que transforma diretamente a luz do sol em corrente elétrica dentro dos tanques

6. O chamado hidrogênio verde é produzido pela eletrólise da água com eletricidade de fontes renováveis. A decomposição da água é o inverso da formação: H₂O(l) → H₂(g) + ½ O₂(g), ΔH = +286 kJ/mol. Considerando 1 kWh = 3 600 kJ, a energia mínima necessária para produzir 1,0 kg de hidrogênio é de aproximadamente

   Dado: H = 1.

   1. a0,08 kWh
   2. b20 kWh
   3. c40 kWh
   4. d79 kWh
   5. e143 kWh

7. Evidências arqueológicas indicam que ancestrais da espécie humana controlavam o fogo há centenas de milhares de anos. Alguns pesquisadores defendem que cozinhar os alimentos facilitou a digestão e aumentou a energia obtida da comida, o que teria influenciado a evolução humana, com redução do tamanho dos dentes e do intestino e aumento do cérebro. Sobre os processos químicos envolvidos, é correto afirmar que

   1. acozinhar aumenta a energia química total dos alimentos, porque o fogo transfere massa e energia química para eles
   2. ba energia liberada no fogo vem do oxigênio do ar, que é destruído durante a combustão
   3. ca combustão da madeira é endotérmica, pois só ocorre depois que se fornece calor com uma faísca
   4. do cozimento não envolve transformações químicas, apenas mudanças de estado físico da água
   5. ea combustão da madeira é exotérmica, e o cozimento envolve transformações que absorvem parte desse calor

8. Nas melhores termelétricas convencionais, apenas cerca de 40% da energia liberada pela combustão é convertida em eletricidade. Por isso, essas usinas precisam de sistemas de resfriamento, como torres ou captação de água de rios. A maior parte da energia restante

   1. afica armazenada no vapor de água, que é reaproveitado indefinidamente sem nenhuma perda de energia na própria usina
   2. bvolta ao combustível na forma de energia química, que poderá ser liberada em outra queima
   3. cé destruída durante a combustão, o que comprova que a energia não se conserva nas usinas térmicas
   4. dé convertida em massa nos produtos da combustão, o que aumenta a massa do gás carbônico emitido
   5. eé transferida como calor para o ambiente, principalmente pela água de resfriamento e pelos gases da chaminé

9. Em uma usina termelétrica, toda a energia liberada pela combustão é convertida em energia elétrica, pois a energia se conserva.

   (   ) Verdadeiro   (   ) Falso

10. Uma cidade consome 50 000 MWh de energia elétrica por ano e estuda duas opções: construir uma termelétrica a gás natural ou ampliar a geração solar com baterias. Estima-se que a termelétrica a gás emita 0,45 kg de CO₂ por kWh gerado.

    a) Calcule a massa de CO₂, em toneladas, que a termelétrica emitiria em um ano para atender a todo o consumo da cidade (1 MWh = 1 000 kWh).

    b) Apresente uma vantagem e uma desvantagem de cada opção.

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