PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 6 (Química) da 2ª fase do IME 2019
Texto-base das questões 01 a 10 · Química
Folha de dados
Informações de Tabela Periódica:
| Elemento | H | C | N | O | F | Mg | Al | Cl | K | Ca | Cu | Br |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Massa atômica (u) | 1,00 | 12,0 | 14,0 | 16,0 | 19,0 | 24,3 | 27,0 | 35,5 | 39,1 | 40,1 | 63,5 | 80,0 |
| Número atômico | 1 | 6 | 7 | 8 | 9 | 12 | 13 | 17 | 19 | 20 | 29 | 35 |
Constantes:
Constante de Faraday: 1\ \text{F} = 96500\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante Universal dos Gases = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 2{,}00\ \text{cal}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1} = 8{,}314\ \text{J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}
\log 2 = 0{,}3 \qquad 10^{0{,}4} = 2{,}5
Dados:
Potenciais-padrão de redução a 25°C:
Equação de Nernst: E = E^o - \dfrac{0{,}059}{n} \log Q
Conversão: \text{T(K)} = \text{t}(^\circ\text{C}) + 273
Sabe-se que o íon cobre (II) tem tendência a reagir quase que totalmente com a amônia, em meio aquoso, formando o íon [Cu(NH_3)_4]^{2+}. A constante de equilíbrio dessa reação, denominada constante de formação (\text{K}_\text{f}), permite avaliar a estabilidade desse íon na solução.
Considere uma célula voltaica, a 25 ºC, em que uma semicélula é constituída por uma haste de cobre mergulhada em 50,0 mL de solução aquosa 0,20 mol/L de \ce{CuSO4} e a outra por uma haste de ferro mergulhada em 50,0 mL de solução aquosa 0,25 mol/L de \ce{FeSO4}. Adicionando-se 50,0 mL de solução aquosa 2,80 mol/L de \ce{NH3} ao compartimento que contém \ce{CuSO4}, obtém-se uma fem de 0,387 V na célula. Determine a constante de formação do [Cu(NH_3)_4]^{2+}
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Resolução comentada
a) A célula tem ferro como ânodo (menor potencial de redução) e cobre como cátodo. A reação global é:
A amônia foi adicionada só ao compartimento do cobre. Assim, [\ce{Fe^{2+}}] continua 0{,}25 mol/L. Já [\ce{Cu^{2+}}] livre ficou muito pequena, porque quase todo o cobre virou complexo.
1. Nernst, com n=2:
Logo Q = 10^{14}.
2. Concentração de \ce{Cu^{2+}} livre:
3. Concentrações após a mistura (volume final de 100 mL):
- Cobre total: \dfrac{0{,}20\cdot 50}{100}=0{,}10 mol/L.
- \ce{NH3} inicial: \dfrac{2{,}80\cdot 50}{100}=1{,}40 mol/L.
Como [\ce{Cu^{2+}}] livre é desprezível, praticamente todo o cobre está como [\ce{Cu(NH3)4}]^{2+}, com 0{,}10 mol/L. Isso consome 4\cdot0{,}10=0{,}40 mol/L de \ce{NH3}, que sobra com 1{,}40-0{,}40=1{,}00 mol/L.
4. Constante de formação (\ce{Cu^{2+} + 4NH3 <=> [Cu(NH3)4]^{2+}}):
K_f = 4\times10^{13}
Assuntos: Pilhas e potencial de redução, Constante de equilíbrio (Kc e Kp).
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Fonte: IME 2ª fase 2019 · Química. Prova oficial ↗