Correção IME 2027 · MatemáticaAcompanhe a resolução de cada questão da 2ª fase, ao vivoAcompanhar

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 4 (Química) da 2ª fase do IME 2024

Química · Química: Cálculo estequiométrico

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:

Tabela Periódica dos Elementos Químicos com os elementos de número atômico 1 a 118 distribuídos em 7 períodos e 18 colunas, além das séries dos lantanídeos (57 a 71) e actinídeos (89 a 103) destacadas abaixo. Cada célula informa o número atômico (Z), a massa atômica, o símbolo químico e o nome do elemento.

Fonte: adaptada dos sites https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/40332 e https://www.tabelaperiodica.org/

Uma amostra de 0{,}156\text{ g} de benzeno gasoso sofreu combustão em um calorímetro de pressão constante com capacidade calorífica de 586\text{ J.K}^{-1}.

Sabe-se que:
i) a temperatura do calorímetro aumentou em 6{,}0\text{ K};
ii) todos os produtos formados são gasosos;
iii) o conjunto calorímetro-meio reacional é um sistema isolado;
iv) todo o benzeno foi consumido.

Calcule a massa, em gramas, de dióxido de carbono formado.

Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

a)

O calorímetro opera a pressão constante e o sistema é isolado. Assim, o calor liberado na reação é todo absorvido pelo calorímetro, e \Delta H da reação é igual a -q.

  1. Calor absorvido pelo calorímetro: q = 586 \times 6{,}0 = 3516\ \text{J} = 3{,}516\ \text{kJ}.
  2. Quantidade de benzeno (M = 78\ \text{g/mol}): n = \dfrac{0{,}156}{78} = 0{,}002\ \text{mol}.
  3. Entalpia de combustão por mol de benzeno: \Delta H = -\dfrac{3{,}516}{0{,}002} = -1758\ \text{kJ/mol}.

Se a combustão fosse completa, teríamos \ce{C6H6 + 15/2 O2 -> 6 CO2 + 3 H2O} e

\Delta H = 6(-394) + 3(-242) - 83 = -3173\ \text{kJ/mol}.

O valor medido é bem menor em módulo. Logo, a combustão foi incompleta e formou também \ce{CO}, com todos os produtos gasosos.

Seja x o número de mols de \ce{CO2} por mol de benzeno. Então se formam (6-x) mols de \ce{CO} e 3 mols de \ce{H2O}:

\Delta H = -394x - 111(6-x) - 3(242) - 83 = -283x - 1475.

Igualando a -1758:

-283x - 1475 = -1758 \Rightarrow x = 1.

Portanto, cada mol de benzeno produz 1 mol de \ce{CO2} e 5 mols de \ce{CO}.

Mols de \ce{CO2}: 0{,}002 \times 1 = 0{,}002\ \text{mol}.

Massa (M = 44\ \text{g/mol}): 0{,}002 \times 44 = 0{,}088\ \text{g}.

Massa de \ce{CO2} = 0,088 g

Assuntos: Cálculo estequiométrico, Combustão e poder calorífico.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 4 no caderno Química da 2ª fase do IME 2024

Fonte: IME 2ª fase 2024 · Química. Prova oficial ↗