PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 6 (Química) da 2ª fase do ITA 2025
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}):
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.
- 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} - Etanol consumido:
n_{\ce{C2H5OH}} = \frac{3}{11}\times 1{,}149\times10^{-6} \approx 3{,}13\times10^{-7}\ \text{mol} - 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} - 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 ↗