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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 6 (Química) da 2ª fase do ITA 2025

Química · Química: Oxidação e redução de compostos orgânicos

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 (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 (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \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 (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 (e) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\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 ambiente: 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) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\ \text{L}^{-1}

\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

\log 2 = 0{,}301

\ln 2 = 0{,}693. \ln 3 = 1{,}099. \ln 5 = 1{,}609

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 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Nb 41 92,91
O 8 16,00 Ag 47 107,87
Na 11 22,99 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59
\text{C}\ell 17 35,45 Bi 83 208,98

O etilômetro é um instrumento utilizado na detecção da quantidade de etanol no ar expirado. Nesse dispositivo, o etanol proveniente da expiração de uma pessoa entra em contato com uma solução de dicromato de potássio em meio ácido (ácido sulfúrico). O etanol é oxidado a ácido acético, enquanto o crômio (VI), de cor amarelo-alaranjado, é reduzido a crômio (III), de cor verde. Como subprodutos, são gerados sulfato de potássio e água. Mediante detecção da variação de cor da solução, a quantidade de etanol é determinada.

a) Escreva a equação química balanceada, que representa a reação que ocorre no etilômetro.

b) Considere, hipoteticamente, um limite permitido de etanol de 0{,}05\ \text{mg}\cdot\text{L}^{-1}. Em uma aferição, foi gerada uma quantidade de 0{,}0207\ \text{mg} de água no reservatório do etilômetro. Considerando o volume de 200\ \text{mL} para o reservatório do etilômetro, verifique se a quantidade de etanol presente nesse teste é superior ao limite estabelecido e apresente os cálculos.

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Resolução comentada

a) Primeiro identifico quem oxida e quem reduz.

  • Cada Cr passa de +6 para +3 e ganha 3 elétrons. Como o \ce{K2Cr2O7} tem 2 Cr, ele recebe 6\ e^- por unidade.
  • No etanol (\ce{CH3CH2OH}), o carbono carbinólico tem NOX -1. No ácido acético (\ce{CH3COOH}), o carbono da carboxila tem NOX +3. Cada etanol perde 4\ e^-.

Para igualar os elétrons, 12\ e^- cedidos e recebidos, usamos 2 \ce{K2Cr2O7} para 3 etanol. Depois acerto K, S (8 \ce{H2SO4}) e, por fim, H e O (11 \ce{H2O}):

2\ \ce{K2Cr2O7} + 3\ \ce{C2H5OH} + 8\ \ce{H2SO4} \rightarrow 2\ \ce{Cr2(SO4)3} + 2\ \ce{K2SO4} + 3\ \ce{CH3COOH} + 11\ \ce{H2O}

Conferência: há 34 H e 49 O de cada lado.

Equação: 2\ \ce{K2Cr2O7} + 3\ \ce{C2H5OH} + 8\ \ce{H2SO4} \rightarrow 2\ \ce{Cr2(SO4)3} + 2\ \ce{K2SO4} + 3\ \ce{CH3COOH} + 11\ \ce{H2O}

b) A proporção da equação é 3 mol de etanol para 11 mol de água. Faço então o caminho água → etanol → concentração.

  1. Água formada: 0{,}0207\ \text{mg} = 2{,}07\times10^{-5}\ \text{g}. Com M(\ce{H2O}) = 18{,}02\ \text{g/mol}:
    n_{\ce{H2O}} = \frac{2{,}07\times10^{-5}}{18{,}02} \approx 1{,}149\times10^{-6}\ \text{mol}
  2. Etanol consumido:
    n_{\ce{C2H5OH}} = \frac{3}{11}\times 1{,}149\times10^{-6} \approx 3{,}13\times10^{-7}\ \text{mol}
  3. Massa de etanol, com M(\ce{C2H5OH}) = 46{,}08\ \text{g/mol}:
    m = 3{,}13\times10^{-7}\times 46{,}08 \approx 1{,}44\times10^{-5}\ \text{g} = 0{,}0144\ \text{mg}
  4. Concentração no reservatório de 0{,}200\ \text{L}:
    \frac{0{,}0144\ \text{mg}}{0{,}200\ \text{L}} \approx 0{,}072\ \text{mg/L}

Como 0{,}072 > 0{,}05\ \text{mg/L}, o limite foi ultrapassado.

A quantidade de etanol é superior ao limite: \approx 0{,}072\ \text{mg/L} (contra 0{,}05\ \text{mg/L}).

Assuntos: Oxidação e redução de compostos orgânicos, Cálculo estequiométrico.

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Fonte: ITA 2ª fase 2025 · Química. Prova oficial ↗