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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 2 (Química) da 2ª fase do ITA 2021

Química · Química: Poluição atmosférica e chuva ácida

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

AS QUESTÕES NUMÉRICAS DEVEM SER DESENVOLVIDAS SEQUENCIALMENTE ATÉ O FINAL.


Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.
u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
C 6 12,01 Cr 24 52,00
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Ni 28 58,69
Na 11 22,99 Cu 29 63,55
Mg 12 24,31 Ga 31 69,72
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
S 16 32,06 Pb 82 207,19
K 19 39,10

Três regiões industrializadas apresentaram as seguintes concentrações (em partes por milhão em volume) de óxidos gasosos em suas atmosferas:

Região Gás(es) presente(s) Concentração (\text{ppm}_\text{v})
R \ce{CO2} 5{,}00 \times 10^2
S \ce{NO2} 4{,}00
\ce{NO} 1{,}45 \times 10^1
T \ce{SO2} 2{,}00 \times 10^3

Sabe-se que a chuva ácida se refere à água da chuva com \text{pH} menor que 5,6 (equivale a [\ce{H+}] > 2{,}5{\times}10^{-6}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}). Considere a pressão atmosférica igual a 1 atm e a formação apenas dos ácidos \ce{H2CO3}, \ce{HNO2} e \ce{H2SO3} na dissolução dos gases.

a) Determine a concentração molar de \ce{H+} esperada para a água da chuva em cada uma das regiões.

b) Organize as regiões em ordem crescente de \text{pH} esperado da água da chuva.

c) Qual(is) região(ões) pode(m) sofrer os efeitos negativos de uma chuva ácida?

Dados eventualmente necessários: \text{K}_\text{H} = constante da lei de Henry, \text{K}_\text{a} = constante de ionização da espécie ácida A formada na solubilização do gás X.

Substância X \mathbf{K}_\mathbf{H} (\text{mol}\cdot\text{atm}^{-1}\cdot\text{L}^{-1}) \mathbf{K}_\mathbf{a1} \mathbf{K}_\mathbf{a2}
\ce{X(g) <=> X(aq)} \ce{HA(aq) <=> H+(aq) + A-(aq)} \ce{HA-(aq) <=> H+(aq) + A^{2-}(aq)}
\ce{CO2} 0,04 4{,}5 \times 10^{-7} 4{,}7 \times 10^{-11}
\ce{NO2} 0,01 7{,}0 \times 10^{-4} ——————
\ce{NO} 0,002
\ce{SO2} 0,04 1{,}2 \times 10^{-2} 6{,}6 \times 10^{-8}
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Resolução comentada Em breve: a resolução passo a passo desta questão.
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Fonte: ITA 2ª fase 2021 · Química. Prova oficial ↗