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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Corrosão e proteção de metais

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L (CNTP)}
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62{,}4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão = 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ Nm}^{\mathbf{-2}} = 760\text{ Torr}
1\text{ N} = 1\text{ kg m s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\text{ atm}, concentração das soluções: 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Cl 17 35,45
Be 4 9,01 K 19 39,10
B 5 10,81 Ca 20 40,08
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,39
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Br 35 79,91
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
P 15 30,97 Sn 50 118,71
S 16 32,06 I 53 126,90
Pt 78 195,08

Uma tubulação de aço enterrada em solo de baixa resistividade elétrica é protegida catodicamente contra corrosão, pela aplicação de corrente elétrica proveniente de um gerador de corrente contínua. Considere os seguintes parâmetros:

I. Área da tubulação a ser protegida: 480\ \text{m}^2;
II. Densidade de corrente de proteção: 10\ \text{mA/m}^2

Considere que a polaridade do sistema de proteção catódica seja invertida pelo período de 1 hora. Assinale a opção CORRETA que expressa a massa, em gramas, de ferro consumida no processo de corrosão, calculada em função de íons \ce{Fe^{2+}(aq)}. Admita que a corrente total fornecida pelo gerador será consumida no processo de corrosão da tubulação.

  1. A
    1 \times 10^{-3}
  2. B
    6 \times 10^{-2}
  3. C
    3 \times 10^{-1}
  4. D
    5
  5. E
    20
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Resolução comentada

Quando a polaridade é invertida, a tubulação passa a funcionar como ânodo e o ferro se oxida: \ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e-}. Cada mol de ferro consumido corresponde a 2 mol de elétrons.

O plano é achar a corrente, depois a carga em 1 hora, os mols de elétrons e, por fim, a massa de ferro.

  1. Corrente total: i = 10\ \text{mA/m}^2 \times 480\ \text{m}^2 = 4800\ \text{mA} = 4{,}8\ \text{A}.

  2. Carga em 1 hora (3600\ \text{s}): Q = i\,t = 4{,}8 \times 3600 = 17\,280\ \text{C}.

  3. Mols de elétrons: n_{e^-} = \dfrac{17\,280}{9{,}65\times10^{4}} \approx 0{,}179\ \text{mol}.

  4. Mols de ferro, com 2 elétrons por átomo: n_{Fe} = \dfrac{0{,}179}{2} \approx 0{,}0895\ \text{mol}.

  5. Massa de ferro: m = 0{,}0895 \times 55{,}85 \approx 5{,}0\ \text{g}.

A massa de ferro consumida é cerca de 5 g.

Alternativa D.

Pegadinha: Usar a corrente em mA sem converter para A, ou esquecer que o Fe^{2+} envolve 2 elétrons por átomo, leva às alternativas erradas.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor muito pequeno, que resulta de erros de unidade, como usar mA sem converter e dividir várias vezes.
  • BNão corresponde a nenhuma etapa correta do cálculo; subestima a carga ou a massa em cerca de 100 vezes.
  • CTambém fica uma ordem de grandeza abaixo, o que sugere erro na conversão de mA para A.
  • EResulta de usar 1 elétron por átomo de ferro, o que dobraria a massa para cerca de 10 g, ou de outro erro; não bate com o valor correto de 5 g.

Assuntos: Corrosão e proteção de metais, Eletrólise.

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Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗