Questão 34 do IME 2024

Question

Um drone submarino estava navegando a 90 m de profundidade e a uma pressão de 10 atm, quando o casco sofreu uma avaria. Para trazê-lo à superfície, foi acionado um dispositivo de emergência, que produz hidrogênio por uma célula eletroquímica contendo 2 L de solução aquosa de \ce{H2SO4} com concentração 2\ \text{mol/L}. A eletrólise foi encerrada quando o drone atingiu a superfície. Nesse momento, o restante da solução aquosa de \ce{H2SO4} foi analisado nas CNTP, tendo sido verificado que sua concentração era de 8\ \text{mol/L}.

A única alternativa correta é:

A
A uma pressão de 10 atm, o catodo passou a agir como anodo e o anodo como catodo.
B
A estrutura interna do drone sofreu avarias, porque o \ce{H2SO4} decomposto no anodo gerou vapores corrosivos.
C
O volume de \ce{H2O} consumido foi de 1,5 L.
D
A massa de \ce{H2SO4} restante foi de 49 g.
E
O volume da solução aquosa de \ce{H2SO4} reduziu para 75% do seu valor inicial.

Answer 1

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Questão 34 do IME 2024

Prova objetiva · Química

Um drone submarino estava navegando a 90 m de profundidade e a uma pressão de 10 atm, quando o casco sofreu uma avaria. Para trazê-lo à superfície, foi acionado um dispositivo de emergência, que produz hidrogênio por uma célula eletroquímica contendo 2 L de solução aquosa de \ce{H2SO4} com concentração 2\ \text{mol/L}. A eletrólise foi encerrada quando o drone atingiu a superfície. Nesse momento, o restante da solução aquosa de \ce{H2SO4} foi analisado nas CNTP, tendo sido verificado que sua concentração era de 8\ \text{mol/L}.

A única alternativa correta é:

A
A uma pressão de 10 atm, o catodo passou a agir como anodo e o anodo como catodo.
B
A estrutura interna do drone sofreu avarias, porque o \ce{H2SO4} decomposto no anodo gerou vapores corrosivos.
C
O volume de \ce{H2O} consumido foi de 1,5 L.
D
A massa de \ce{H2SO4} restante foi de 49 g.
E
O volume da solução aquosa de \ce{H2SO4} reduziu para 75% do seu valor inicial.

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Resolução comentada

Na eletrólise da solução aquosa de \ce{H2SO4}, quem se decompõe é a água: o ácido não é consumido, apenas fica mais concentrado. Reação global: \ce{H2O -> H2 + 1/2 O2}.

Dados: quantidade inicial de ácido = 2\ \text{L} \times 2\ \text{mol/L} = 4\ \text{mol}.

Como essa quantidade se mantém, calculamos o volume final com a concentração de 8\ \text{mol/L}:

V_f = \frac{4\ \text{mol}}{8\ \text{mol/L}} = 0{,}5\ \text{L}

Volume de água consumido: 2 - 0{,}5 = 1{,}5\ \text{L} (se considerarmos que o volume da solução varia só pela perda de água, que é o que a questão pretende).

Conferindo as demais:

(D) massa de ácido restante = 4 \times 98 = 392\ \text{g}, e não 49 g.
(E) o volume caiu para 0{,}5/2 = 25\%, e não 75%. Foi a redução que foi de 75%.
(A) catodo e anodo não trocam de função com a pressão; o catodo é onde ocorre a redução.
(B) o ácido não se decompõe, quem se oxida no anodo é a água, liberando \ce{O2}.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa E engana ao trocar 25% (volume restante) por 75% (redução do volume).

Por que as outras alternativas estão erradas

ACatodo (redução) e anodo (oxidação) não se invertem com a pressão; a polaridade é imposta pela fonte.
BO \ce{H2SO4} não se decompõe; a água é oxidada no anodo, liberando \ce{O2}, que não é vapor corrosivo.
DA massa restante de ácido é 4\ \text{mol}\times 98\ \text{g/mol}=392\ \text{g}, pois o ácido não é consumido.
EO volume final é 0,5 L, ou seja, 25% do inicial; 75% é a fração que diminuiu.

Assuntos: eletrólise aquosa, concentração molar.

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Questão 34 no caderno Prova objetiva do IME 2024

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