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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (Química) da 2ª fase do ITA 2022

Química · Química: Cálculo estequiométrico

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

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.
(\text{s}) = sólido. (\ell) = líquido. (\text{g}) = gás. (\text{aq}) = aquoso. (\text{conc}) = concentrado. (\text{ua}) = unidades arbitrárias.
\text{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

Dados eventualmente necessários:

\text{e}^{10} = 2{,}2 \times 10^4

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 Cl 17 35,45
B 5 10,81 K 19 39,10
C 6 12,01 Ca 20 40,08
N 7 14,01 Mn 25 54,94
O 8 16,00 Br 35 79,90
F 9 19,00 Ag 47 107,87
Na 11 22,99 I 53 126,90
Mg 12 24,30 Hg 80 200,59
P 15 30,97 Pb 82 207,19
S 16 32,06 Pa 91 231,04

Uma mistura de cloreto de cálcio e fluoreto de sódio, de massa igual a 39{,}0\text{ g}, foi adicionada à água, sendo observada a formação de um precipitado (Precipitado 1), o qual foi removido por filtração. Ao sobrenadante, foram adicionados 900\text{ mL} de uma solução aquosa 0{,}5\text{ mol L}^{-1} em nitrato de prata, sendo essa quantidade em excesso para garantir a formação de um precipitado (Precipitado 2) que também foi removido por filtração. Posteriormente, foi adicionada a essa nova solução sobrenadante uma placa polida de zinco metálico. Após um tempo suficientemente longo, observou-se um aumento de massa dessa placa igual a 3{,}76\text{ g}. A partir dessas observações:

a) apresente todas as equações que representam as reações químicas balanceadas envolvidas no processo, identificando cada um dos precipitados.

b) calcule o valor numérico do número de mols do Precipitado 2.

c) calcule o valor numérico das massas de cloreto de cálcio e fluoreto de sódio na mistura inicial.

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Resolução comentada

a) Ao dissolver a mistura em água, o \ce{Ca^{2+}} encontra o \ce{F^-} e forma o sal pouco solúvel \ce{CaF2} (Precipitado 1). Os íons \ce{Na+} e \ce{Cl-} ficam no sobrenadante.

\ce{CaCl2(aq) + 2 NaF(aq) -> CaF2(s) + 2 NaCl(aq)}

Ao adicionar \ce{AgNO3}, o \ce{Cl-} forma \ce{AgCl}, insolúvel (Precipitado 2). O \ce{AgF} é solúvel e não precipita.

\ce{NaCl(aq) + AgNO3(aq) -> AgCl(s) + NaNO3(aq)}

O \ce{AgNO3} estava em excesso. O \ce{Ag+} que sobrou é reduzido pelo zinco, que se oxida e fica coberto de prata:

\ce{Zn(s) + 2 AgNO3(aq) -> Zn(NO3)2(aq) + 2 Ag(s)}

Resposta: Precipitado 1 = \ce{CaF2}; Precipitado 2 = \ce{AgCl}; equações acima.

b) O \ce{Ag+} total adicionado foi n = 0{,}9\ \text{L} \times 0{,}5\ \text{mol/L} = 0{,}45\ \text{mol}.

Cada mol de Zn que reage (65,4 g, valor tabelado usual, pois o Zn não está na tabela do enunciado) libera 2 mol de Ag (215,74 g). O ganho de massa por mol de Zn é:

2(107{,}87) - 65{,}4 \approx 150{,}3\ \text{g}
  1. Zn consumido: \dfrac{3{,}76}{150{,}3} \approx 0{,}025\ \text{mol}.
  2. \ce{Ag+} que sobrou após a precipitação do \ce{AgCl}: 2 \times 0{,}025 = 0{,}050\ \text{mol}.
  3. \ce{Ag+} que precipitou como \ce{AgCl}: 0{,}45 - 0{,}05 = 0{,}40\ \text{mol}.

Resposta: n(\ce{AgCl}) = 0{,}40\ \text{mol}.

c) A proporção 1\ \ce{AgCl} : 1\ \ce{Cl-} dá n(\ce{Cl-}) = 0{,}40\ \text{mol} no sobrenadante.

Esse \ce{Cl-} vem do \ce{NaCl} formado na primeira reação. Como o \ce{CaCl2} forneceu todo o \ce{Cl-} (e o cálcio saiu no \ce{CaF2}), temos:

n(\ce{CaCl2}) = \frac{0{,}40}{2} = 0{,}20\ \text{mol}

M(\ce{CaCl2}) = 40{,}08 + 2(35{,}45) = 110{,}98\ \text{g/mol}, logo:

m(\ce{CaCl2}) = 0{,}20 \times 110{,}98 \approx 22{,}2\ \text{g}

A massa de \ce{NaF} é o restante da mistura:

m(\ce{NaF}) = 39{,}0 - 22{,}2 = 16{,}8\ \text{g}

Conferência: com M(\ce{NaF}) = 41{,}99\ \text{g/mol}, 16{,}8/41{,}99 \approx 0{,}40\ \text{mol}. Isso é o dobro do \ce{CaCl2}, a proporção exata da primeira reação, e o resultado é coerente.

Resposta: m(\ce{CaCl2}) \approx 22{,}2\ \text{g} e m(\ce{NaF}) \approx 16{,}8\ \text{g}.

Assuntos: Cálculo estequiométrico, Tipos de reações inorgânicas, Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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Fonte: ITA 2ª fase 2022 · Química. Prova oficial ↗