PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 10 (Química) da 2ª fase do IME 2024
Texto-base das questões 01 a 10 · Química
FOLHA DE DADOS
Considere:
-
Constante universal dos gases ideais:
R = 8{,}0\ \text{J.}(\text{mol.K})^{-1} = 0{,}082\ \text{atm.L.}(\text{mol.K})^{-1} = 2\ \text{cal.}(\text{mol.K})^{-1} -
Massa específica da água = 1{,}0\ \text{g.cm}^{-3}
-
Calor latente de vaporização da água = 540\ \text{cal.g}^{-1}
-
Massa molar da sacarose = 342\ \text{g.mol}^{-1}
-
Entalpias padrão de formação:
\Delta H_f^o(\ce{CO2(g)}) = -394\ \text{kJ.mol}^{-1} \qquad \Delta H_f^o(\ce{CO(g)}) = -111\ \text{kJ.mol}^{-1}
\Delta H_f^o(\ce{H2O(g)}) = -242\ \text{kJ.mol}^{-1} \qquad \Delta H_f^o(\ce{C6H6(g)}) = +83\ \text{kJ.mol}^{-1} -
\log(5) \simeq 0{,}7
-
\log(58) \simeq 1{,}8
Tabela Periódica dos Elementos Químicos:

Fonte: adaptada dos sites https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/40332 e https://www.tabelaperiodica.org/
Considere que o dióxido de carbono da atmosfera terrestre reage com a água da chuva, ao nível do mar, criando uma solução tampão de \ce{CO2(aq)|HCO3^-(aq)}, conforme a reação abaixo:
Suponha que:
i) a pressão parcial de equilíbrio inicial de \ce{CO2(g)} na atmosfera é 3{,}75\times 10^{-4}\text{ bar};
ii) para a formação de \ce{CO2(aq)} a partir de \ce{CO2(g)}, ocorre o seguinte equilíbrio de dissolução na atmosfera úmida, com [\ce{CO2(aq)}] em \text{mol.L}^{-1} e \text{P}_{\ce{CO2(g)}} em bar:
iii) 5\% em massa de \ce{NO2(g)} reagem, de forma irreversível, com OH gasoso na atmosfera para gerar \ce{HNO3(g)}, conforme a reação abaixo:
iv) todo \ce{HNO3(g)} se dissolve na atmosfera úmida, transformando-se em \ce{HNO3(aq)};
v) o \ce{H2CO3(aq)} formado a partir da reação de \ce{HNO3(aq)} com a base do tampão não se converte em \ce{CO2(aq)}, \ce{HCO3^-(aq)}, \ce{H3O^+(aq)} ou \ce{H2O(l)}.
Sabe-se que:
• a única solução positiva da equação x^2 + 1{,}5 \times 10^{-8}x - 225 \times 10^{-15} = 0 é aproximadamente 5{,}0 \times 10^{-7};
• a única solução positiva da equação x^2 + 8{,}15 \times 10^{-7}x - 6{,}75 \times 10^{-14} = 0 é aproximadamente 0{,}8\times 10^{-7}.
Após a liberação de 184\text{ mg} de \ce{NO2(g)} por \text{m}^3 de atmosfera úmida, calcule o módulo da diferença entre os valores final e inicial do pH do tampão de \ce{CO2(aq)|HCO3^-(aq)}.
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Resolução comentada
a)
Estado inicial do tampão. Pela dissolução, [\ce{CO2(aq)}]_{total}=K_{diss}\cdot P_{\ce{CO2}} = 0{,}04\times 3{,}75\times10^{-4}=1{,}5\times10^{-5}\ \text{mol/L}.
Seja x=[\ce{H3O^+}]=[\ce{HCO3^-}]. Então
Essa é a equação dada, logo x\approx5{,}0\times10^{-7} mol/L.
Assim, [\ce{H3O^+}]=[\ce{HCO3^-}]=5\times10^{-7} mol/L e [\ce{CO2(aq)}]=1{,}45\times10^{-5} mol/L.
Ácido adicionado. O \ce{NO2} liberado é 184\ \text{mg/m}^3=0{,}184\ \text{g}/\text{m}^3.
- n(\ce{NO2})=\dfrac{0{,}184}{46}=4\times10^{-3} mol por \text{m}^3.
- Reagem 5%: 2\times10^{-4} mol por \text{m}^3.
- Como 1\ \text{m}^3=1000 L, tem-se [\ce{HNO3}]=2\times10^{-7} mol/L.
Neutralização pela base do tampão. O \ce{HNO3} é ácido forte e reage com o \ce{HCO3^-}, formando \ce{H2CO3}, que pela hipótese (v) sai do sistema:
O \ce{HCO3^-} cai de 5\times10^{-7} para 3\times10^{-7} mol/L. O \ce{H3O^+} continua em 5\times10^{-7} e o \ce{CO2(aq)} em 1{,}45\times10^{-5} mol/L.
Novo equilíbrio. Seja x a quantidade de \ce{CO2} que reage:
Essa é a segunda equação dada, logo x\approx0{,}8\times10^{-7}.
Assim, [\ce{H3O^+}]_{final}=5\times10^{-7}+0{,}8\times10^{-7}=5{,}8\times10^{-7} mol/L.
Variação:
Assuntos: Hidrólise salina e solução-tampão, Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização.
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Fonte: IME 2ª fase 2024 · Química. Prova oficial ↗