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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Estados físicos e mudanças de estado

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

300 gramas de gelo a 0\text{ }^\text{o}\text{C} foram adicionados a 400 gramas de água a 55\text{ }^\text{o}\text{C}. Assinale a opção CORRETA para a temperatura final do sistema em condição adiabática.

Dados: calor de fusão do gelo = 80\text{ cal g}^{-1}; calor específico do gelo = 0{,}50\text{ cal g}^{-1}\text{ K}^{-1}; calor específico da água líquida = 1\text{ cal g}^{-1}\text{ K}^{-1}.

  1. A
    - 4\text{ }^\text{o}\text{C}
  2. B
    - 3\text{ }^\text{o}\text{C}
  3. C
    0\text{ }^\text{o}\text{C}
  4. D
    + 3\text{ }^\text{o}\text{C}
  5. E
    + 4\text{ }^\text{o}\text{C}
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Resolução comentada

Num sistema adiabático não há troca de calor com o exterior: o calor cedido pela água quente é igual ao calor absorvido pelo gelo.

Primeiro, calcule o calor que a água pode ceder ao esfriar de 55\ ^\circ\text{C} até 0\ ^\circ\text{C}:

Q_{\text{água}} = m\,c\,\Delta T = 400 \times 1 \times 55 = 22\,000\ \text{cal}

Depois, calcule o calor necessário para derreter todo o gelo, que já está a 0\ ^\circ\text{C}:

Q_{\text{fusão}} = m\,L = 300 \times 80 = 24\,000\ \text{cal}

Como 22\,000 < 24\,000, a água não fornece calor suficiente para fundir todo o gelo. Falta 2\,000\ \text{cal}.

Assim, o sistema chega ao equilíbrio com gelo e água líquida coexistindo. Enquanto há mistura de gelo e água, a temperatura é a da fusão, 0\ ^\circ\text{C}.

A massa de gelo que derrete é 22\,000/80 = 275\ \text{g}, sobrando 25\ \text{g} de gelo.

O gelo não é aquecido acima de 0\ ^\circ\text{C} e a água não fica abaixo de 0\ ^\circ\text{C}, então a temperatura final é 0\ ^\circ\text{C}.

Alternativa C.

Pegadinha: As alternativas D e E enganam quem ignora o calor de fusão e faz só a média das temperaturas; a A e a B enganam quem esquece que o gelo, ao sobrar, mantém a mistura em 0 °C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ASupõe que o gelo sobrante esfriaria a mistura abaixo de 0 °C, mas a água não tem como ficar abaixo disso com gelo e água em equilíbrio.
  • BTambém admite temperatura negativa, o que é impossível com água líquida e gelo coexistindo.
  • DIgnora o calor de fusão e trata a mistura como só água, o que daria temperatura positiva.
  • EIgnora o calor latente de fusão do gelo; é um resultado sem sentido físico aqui.

Assunto: Estados físicos e mudanças de estado.

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Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗