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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 7 (Química) da 2ª fase do ITA 2022

Química · Química: Ligações iônica e metálica

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

Considere as seguintes informações:

I. Primeira energia de ionização do cálcio: 590\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}
II. Segunda energia de ionização do cálcio: 1145\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}
III. Afinidade eletrônica do cloro: -340\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}
IV. Entalpia de solubilização do cloreto de cálcio: -81\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}
V. Entalpia de hidratação do íon de cálcio: -1579\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}
VI. Entalpia de hidratação do íon de cloro: -378\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

Com base nessas informações, responda os itens abaixo.

a) Represente, na forma de equações químicas, as informações acima (I-VI).

b) Equacione a reação de entalpia de rede do cloreto de cálcio a partir das equações I-VI, conforme a necessidade.

c) Calcule o valor numérico da entalpia de rede do cloreto de cálcio (em \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}).

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Resolução comentada

a) Cada informação vira uma equação com o sinal da entalpia dado no enunciado.

  • I (1ª ionização): \ce{Ca(g) -> Ca+(g) + e-}, \Delta H = +590\ \text{kJ/mol}
  • II (2ª ionização): \ce{Ca+(g) -> Ca^{2+}(g) + e-}, \Delta H = +1145\ \text{kJ/mol}
  • III (afinidade eletrônica): \ce{Cl(g) + e- -> Cl-(g)}, \Delta H = -340\ \text{kJ/mol}
  • IV (solubilização): \ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(aq) + 2Cl-(aq)}, \Delta H = -81\ \text{kJ/mol}
  • V (hidratação do cálcio): \ce{Ca^{2+}(g) -> Ca^{2+}(aq)}, \Delta H = -1579\ \text{kJ/mol}
  • VI (hidratação do cloreto): \ce{Cl-(g) -> Cl-(aq)}, \Delta H = -378\ \text{kJ/mol}

b) A entalpia de rede é a energia necessária para separar o sólido iônico em íons gasosos: \ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(g) + 2Cl-(g)}.

Para chegar a ela, usamos só IV, V e VI. As equações I, II e III envolvem átomos neutros e elétrons, e não entram.

  1. Mantém-se IV: \ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(aq) + 2Cl-(aq)}
  2. Inverte-se V: \ce{Ca^{2+}(aq) -> Ca^{2+}(g)}, \Delta H = +1579
  3. Inverte-se VI e multiplica-se por 2: \ce{2Cl-(aq) -> 2Cl-(g)}, \Delta H = +756

Somando as três, os íons aquosos se cancelam:

\ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(g) + 2Cl-(g)}

Equação: \ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(g) + 2Cl-(g)}

c) Pela lei de Hess, somamos as entalpias das três etapas:

\Delta H_{\text{rede}} = (-81) + (+1579) + 2(+378) = -81 + 1579 + 756
\Delta H_{\text{rede}} = +2254\ \text{kJ/mol}

O valor é positivo porque separar os íons do retículo exige energia. Se a convenção for a da formação do sólido a partir dos íons gasosos, o valor tem sinal oposto, -2254\ \text{kJ/mol}.

\Delta H_{\text{rede}} = +2254\ \text{kJ/mol}

Assuntos: Ligações iônica e metálica, Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.

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