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Questão 2 (Química) da 2ª fase do ITA 2026

Química · Química: Lei de velocidade e ordem de reação

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{Torr} = 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}\ \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}, 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}\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}) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (\text{g}) = \text{gás}. (\text{aq}) = \text{aquoso}. (\text{conc}) = \text{concentrado}. (\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}. \text{u.m.a.} = \text{unidade de massa atômica}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}.

\begin{array}{llll} \ln \text{X} = 2{,}3\ \log \text{X} & \ln 2 = 0{,}693 & \ln 5 = 1{,}609 & \sqrt{3} = 1{,}73 \\ \log 2 = 0{,}301 & \ln 3 = 1{,}099 & \text{e}^{-0{,}3465} = 0{,}707 & \sqrt{5} = 2{,}24 \end{array}

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 Ca 20 40,08
B 5 10,80 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Nb 41 92,91
Na 11 22,99 Ag 47 107,87
Si 14 28,09 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Au 79 196,97
\text{C}\ell 17 35,45 Hg 80 200,59
K 19 39,10 Bi 83 208,98

A decomposição do peróxido de hidrogênio (\ce{H2O2}) ocorre segundo esta equação: \ce{2 H2O2(aq) -> 2 H2O(l) + O2(g)}. Em um experimento, 100\text{ mL} de uma solução 0{,}5\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1} de \ce{H2O2} decompõem-se na presença de um catalisador. Sabendo que a constante de velocidade é 0{,}0693\text{ min}^{-1}, calcule os seguintes valores numéricos:

a) volume de \ce{O2(g)} produzido a 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}, ao término da reação;

b) concentração de \ce{H2O2} restante em 5 minutos.

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Resolução comentada

a) Primeiro calculo a quantidade de \ce{H2O2} que existe na solução:

n_{\ce{H2O2}} = 0{,}5\ \text{mol/L} \times 0{,}100\ \text{L} = 0{,}05\ \text{mol}

"Ao término da reação" significa que todo o \ce{H2O2} foi consumido (o catalisador não altera a quantidade final). Pela estequiometria, 2 mol de \ce{H2O2} geram 1 mol de \ce{O2}:

n_{\ce{O2}} = \frac{0{,}05}{2} = 0{,}025\ \text{mol}

As condições são 25\ ^\circ\text{C} = 298\ \text{K} e 1\ \text{atm}. Tratando o \ce{O2} como gás ideal:

V = \frac{nRT}{P} = \frac{0{,}025 \times 8{,}21\times10^{-2} \times 298}{1} \approx 0{,}61\ \text{L}

Volume de \ce{O2} \approx 0{,}61\ \text{L} (cerca de 610 mL).

b) A unidade da constante de velocidade (\text{min}^{-1}) mostra que a reação é de primeira ordem em relação ao \ce{H2O2}. A lei integrada é:

[\ce{H2O2}] = [\ce{H2O2}]_0\, e^{-kt}
  1. Expoente: kt = 0{,}0693 \times 5 = 0{,}3465.
  2. Fator de decaimento: e^{-0{,}3465} = 0{,}707, valor dado no enunciado.
  3. Concentração: [\ce{H2O2}] = 0{,}5 \times 0{,}707 \approx 0{,}354\ \text{mol/L}.

Conferindo: k = \ln 2 / t_{1/2} dá t_{1/2} = 10\ \text{min}. Em 5 min passou meia meia-vida, e 0{,}5/\sqrt{2} \approx 0{,}354, o que confirma o resultado.

[\ce{H2O2}] \approx 0{,}35\ \text{mol/L} após 5 min.

Assuntos: Lei de velocidade e ordem de reação, Volume molar e estequiometria de gases.

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Fonte: ITA 2ª fase 2026 · Química. Prova oficial ↗