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Questão 7 (Química) da 2ª fase do ITA 2024

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}\ \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

Uma solução foi preparada por meio da dissolução de 1{,}330\text{ g} de uma mistura de \ce{NaCl(s)} e \ce{KCl(s)} em água. A essa solução, foram adicionados 10\text{ mL} de uma solução 4{,}0\text{ mol.L}^{-1} em \ce{AgNO3} para precipitar todo cloreto na amostra. Posteriormente, o sólido foi removido e uma placa de zinco foi adicionada à solução sobrenadante. Após um tempo suficiente para a reação completa, verificou-se uma variação de massa de 1{,}506\text{ g} na placa de zinco. Com base nessas informações, determine as quantidades, em mol, de:

a) zinco consumido na placa;

b) cloreto na solução inicial;

c) \ce{NaCl(s)} e \ce{KCl(s)} na mistura inicial.

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Resolução comentada

a) Os \ce{Ag+} que sobraram após a precipitação do cloreto reagem com o zinco da placa:

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

Para cada mol de Zn que se dissolve, a placa perde 65{,}38\ \text{g} e ganha 2 \times 107{,}87 = 215{,}74\ \text{g} de prata. O ganho líquido é 215{,}74 - 65{,}38 = 150{,}36\ \text{g} por mol de Zn consumido.

n_{\ce{Zn}} = \frac{1{,}506}{150{,}36} \approx 0{,}0100\ \text{mol}

Zinco consumido: \approx 1{,}00\times10^{-2} mol.

b) A quantidade total de \ce{Ag+} adicionada é n = 4{,}0 \times 0{,}010 = 0{,}040\ \text{mol}.

O zinco consumiu 2 \times 0{,}0100 = 0{,}020\ \text{mol} de \ce{Ag+}. Esse \ce{Ag+} estava em excesso, ou seja, não reagiu com o cloreto.

O \ce{Ag+} que precipitou como \ce{AgCl} foi 0{,}040 - 0{,}020 = 0{,}020\ \text{mol}. A proporção é 1:1, então:

Cloreto na solução inicial: 2{,}0\times10^{-2} mol.

c) Sejam x = n_{\ce{NaCl}} e y = n_{\ce{KCl}}. As massas molares são 58{,}44 e 74{,}55\ \text{g/mol}. O sistema é:

  1. x + y = 0{,}020
  2. 58{,}44x + 74{,}55y = 1{,}330

Substituindo x = 0{,}020 - y na segunda equação:

1{,}169 + 16{,}11y = 1{,}330 \Rightarrow y \approx 0{,}010\ \text{mol}

Logo x = 0{,}010\ \text{mol}.

Verificação: 0{,}010 \times 58{,}44 + 0{,}010 \times 74{,}55 = 1{,}330\ \text{g}.

n_{\ce{NaCl}} = 1{,}0\times10^{-2} mol e n_{\ce{KCl}} = 1{,}0\times10^{-2} mol.

Assuntos: Cálculo estequiométrico, Tipos de reações inorgânicas.

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Fonte: ITA 2ª fase 2024 · Química. Prova oficial ↗