PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 10 (Química) da 2ª fase do ITA 2024
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}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\ \text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72
Definições
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \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}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\ \text{L}.
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\ \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) = gasoso. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie \text{X} em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
\log 2 = 0{,}30
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio
Massas Molares
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1,01 | K | 19 | 39,10 |
| B | 5 | 10,81 | Zn | 30 | 65,38 |
| C | 6 | 12,01 | Se | 34 | 78,96 |
| N | 7 | 14,01 | Nb | 41 | 92,91 |
| O | 8 | 16,00 | Ag | 47 | 107,87 |
| Na | 11 | 22,99 | Te | 52 | 127,60 |
| S | 16 | 32,06 | Po | 84 | 209,00 |
| Cl | 17 | 35,45 |
Sejam as substâncias simples na forma alotrópica mais estável nas condições padrão dos elementos de números atômicos Z, (Z-2) e (Z-3). Considere que 96,0 g da substância simples gasosa de um calcogênio de número atômico Z reage estequiometricamente com
I. a substância simples sólida do elemento de número atômico (Z-2), formando aproximadamente 132,0 g de um gás;
II. a substância simples sólida do elemento de número atômico (Z-3), formando aproximadamente 139,2 g de um sólido.
Responda as questões abaixo, utilizando as informações fornecidas.
a) Identifique os elementos químicos de números atômicos Z, (Z-2) e (Z-3).
b) Apresente a equação química balanceada que representa a reação entre as substâncias simples dos elementos de números atômicos Z e (Z-2).
c) Apresente a equação química balanceada que representa a reação entre as substâncias simples dos elementos de números atômicos Z e (Z-3).
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Resolução comentada
a) O único calcogênio (grupo 16) que forma substância simples gasosa nas condições padrão é o oxigênio, na forma \ce{O2}. Logo Z = 8.
Assim, Z-2 = 6 é o carbono (grafita, a forma mais estável) e Z-3 = 5 é o boro (sólido).
Verificação com as massas dadas. Os 96,0 g de \ce{O2} correspondem a:
- I: 3{,}00\ \text{mol} de C têm massa 36{,}03\ \text{g}. A soma 96{,}0 + 36{,}0 \approx 132{,}0\ \text{g} confere com a massa do gás formado.
- II: o produto tem massa 139{,}2 - 96{,}0 = 43{,}2\ \text{g} de boro, ou seja, 43{,}2/10{,}81 = 4{,}0\ \text{mol} de B. A proporção é 4\ \text{B} : 3\ \text{O}_2.
Z = 8 (oxigênio); Z−2 = 6 (carbono); Z−3 = 5 (boro).
b) Os 132{,}0\ \text{g} de gás formados, a partir de 3{,}00\ \text{mol} de \ce{O2} e 3{,}00\ \text{mol} de C, correspondem a 132{,}0/44{,}01 = 3{,}00\ \text{mol} de \ce{CO2}. Isso mostra que a proporção entre C e \ce{O2} é 1:1. O \ce{CO} não serve: seriam 6{,}00\ \text{mol}, ou 168\ \text{g}.
\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g)}
c) A proporção encontrada é 4\ \text{B} : 3\ \text{O}_2. O boro tem estado de oxidação +3, e o sólido formado é o \ce{B2O3} (69{,}62\ \text{g/mol}). Com 3{,}00\ \text{mol} de \ce{O2} formam-se 2{,}00\ \text{mol} de \ce{B2O3}, isto é, 2{,}00 \times 69{,}62 = 139{,}2\ \text{g}, o valor do enunciado.
\ce{4 B(s) + 3 O2(g) -> 2 B2O3(s)}
Assuntos: Tabela periódica, Cálculo estequiométrico.
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Fonte: ITA 2ª fase 2024 · Química. Prova oficial ↗