PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 8 (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 |
Em um reator químico vazio, mantido a altas temperaturas, injeta-se uma mistura gasosa, com massa molar aparente igual a 29\text{ g}\boldsymbol{\bm{\cdot}}\text{mol}^{-1}, constituída de amônia e oxigênio puros. Os gases reagem entre si formando óxido nítrico e água no estado gasoso. Ao final do processo, toda a amônia é consumida e são formados 20 mol de óxido nítrico. A respeito deste processo, pede-se:
a) A equação química balanceada.
b) Os valores numéricos das frações molares de amônia e de oxigênio no início da reação.
c) O valor numérico da porcentagem de reagente em excesso.
d) Os valores numéricos das quantidades (em mols) das espécies químicas no final da reação.
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Resolução comentada
a) Os reagentes são \ce{NH3} e \ce{O2}, e os produtos são \ce{NO} e \ce{H2O}. Balanceando: N fica 1:1, então 4\ \ce{NH3} dão 4\ \ce{NO}. Os H dão 12, então 6\ \ce{H2O}. Os O somam 4+6=10, então 5\ \ce{O2}.
Equação balanceada: 4\ \ce{NH3} + 5\ \ce{O2} \rightarrow 4\ \ce{NO} + 6\ \ce{H2O}.
b) A massa molar aparente é a média ponderada das massas molares pelas frações molares. Com M(\ce{NH3}) = 17{,}04\ \text{g/mol} e M(\ce{O2}) = 32{,}00\ \text{g/mol}, e x sendo a fração molar de \ce{NH3}:
Logo, a fração molar de \ce{O2} é 1-0{,}20 = 0{,}80.
x(\ce{NH3}) \approx 0{,}20 e x(\ce{O2}) \approx 0{,}80.
c) Foram formados 20 mol de \ce{NO} e toda a amônia foi consumida. Pela proporção 4:4, havia inicialmente 20 mol de \ce{NH3}. Como x(\ce{NH3}) = 0{,}20, o total inicial era 20/0{,}20 = 100 mol, dos quais 80 mol eram de \ce{O2}.
O \ce{O2} consumido segue a proporção 4:5:
O excesso é 80-25 = 55 mol. A porcentagem de excesso é medida em relação à quantidade estequiometricamente necessária:
O \ce{O2} está em excesso de 220% (55 mol sobram, o que equivale a 68,75% do \ce{O2} inicial).
d) Ao final, a amônia foi toda consumida. As quantidades são:
- \ce{NH3}: 0 mol.
- \ce{O2}: 80-25 = 55 mol.
- \ce{NO}: 20 mol.
- \ce{H2O}: 20\cdot\frac{6}{4} = 30 mol.
O total é 105 mol. Ele é maior que os 100 mol iniciais, pois a reação aumenta o número de mols de gás (9\rightarrow10).
n(\ce{NH3})=0; n(\ce{O2})=55 mol; n(\ce{NO})=20 mol; n(\ce{H2O})=30 mol.
Assuntos: Reagente limitante, pureza e rendimento, Cálculo estequiométrico.
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Fonte: ITA 2ª fase 2022 · Química. Prova oficial ↗