PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 4 (Química) da 2ª fase do ITA 2022
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 |
Um novo método para potabilização da água residual em espaçonaves emprega íons de prata como agente bactericida. Considere os dados de produto de solubilidade de alguns sais apresentados na Tabela 1 e o limite máximo permitido de íons nos padrões de qualidade da água potável disposto na Tabela 2.
Tabela 1. Dados de constantes de solubilidade.
| Sal | \text{K}_{\text{ps}} |
|---|---|
| \ce{AgCl(s)} | 1{,}21 \times 10^{-10} |
| \ce{AgBr(s)} | 4{,}90 \times 10^{-13} |
| \ce{AgI(s)} | 1{,}00 \times 10^{-16} |
| \ce{NaCl(s)} | 37{,}3 |
| \ce{NaBr(s)} | 127 |
| \ce{NaI(s)} | 151 |
| \ce{HgCl2(s)} | 8{,}10 \times 10^{-2} |
| \ce{HgBr2(s)} | 6{,}20 \times 10^{-20} |
| \ce{HgI2(s)} | 3{,}20 \times 10^{-29} |
Tabela 2. Limite máximo permitido nos padrões de qualidade da água potável.
| Espécie | Máximo nível permitido (\text{mg}\cdot\text{L}^{-1}) |
|---|---|
| Cloretos | 1000 |
| Brometos | 4{,}0 |
| Iodetos | 0{,}018 |
| Prata | 0{,}090 |
| Sódio | 20 |
| Mercúrio | 0{,}002 |
Sabe-se que concentrações de íons de prata acima de dez partes por bilhão (>10\text{ ppb}) são suficientes para prevenir o crescimento de bactérias, algas e outros microorganismos. A estratégia do método consiste em assegurar uma concentração fixa de \ce{Ag+} na água potável por meio da saturação da solução com um sal de prata moderadamente solúvel. Com base nessas informações, responda:
a) Dentre os sais de prata apresentados na Tabela 1, indique qual(is) poderia(m) ser empregado(s) no método de potabilização da água e calcule a concentração em ppb de \ce{Ag+} na solução resultante.
b) Dentre os sais de prata que não poderiam ser usados no item (a) e considerando o limite máximo permitido nos padrões de qualidade da água potável, indique aquele(s) sal(is) que poderia(m) ser empregado(s), juntamente com \ce{NaCl} ou \ce{HgCl2}, para ajustar a concentração total de \ce{Ag+} para 10{,}8\text{ ppb}. Determine o valor numérico da concentração final de \ce{Na+} ou \ce{Hg^2+} em cada situação.
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Fonte: ITA 2ª fase 2022 · Química. Prova oficial ↗