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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 14 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Constante de equilíbrio (Kc e Kp)

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

Assinale o valor da constante de equilíbrio, nas condições-padrão, da reação química descrita pela seguinte equação:

\ce{Sn^{2+}(aq) + 2 Fe^{3+}(aq) <=> Sn^{4+}(aq) + 2 Fe^{2+}(aq)}

Dados eventualmente necessários: Potenciais de eletrodo em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio nas condições-padrão:

\mathrm{E^o}_{\ce{Fe^{2+}/Fe}} = - 0{,}44\ \text{V} \qquad \mathrm{E^o}_{\ce{Fe^{3+}/Fe}} = - 0{,}04\ \text{V} \qquad \mathrm{E^o}_{\ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}}} = 0{,}76\ \text{V} \qquad \mathrm{E^o}_{\ce{Sn^{4+}/Sn^{2+}}} = 0{,}15\ \text{V}
  1. A
    10^{21}
  2. B
    10^{18}
  3. C
    10^{15}
  4. D
    10^{12}
  5. E
    10^9
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Resolução comentada

A constante de equilíbrio se relaciona com o potencial padrão da reação pela expressão \Delta E^\circ = \dfrac{0{,}059}{n}\log K (a 25 °C). Então precisamos de \Delta E^\circ e de n.

  1. Oxidação (ânodo): \ce{Sn^{2+} -> Sn^{4+} + 2e-}, com E^\circ_{\text{red}} = 0{,}15\ \text{V}.
  2. Redução (cátodo): \ce{Fe^{3+} + e- -> Fe^{2+}}, com E^\circ_{\text{red}} = 0{,}76\ \text{V}. Esse é o par certo, pois a equação tem \ce{Fe^{3+}} virando \ce{Fe^{2+}}. Os potenciais com Fe metálico não servem aqui.
  3. Multiplicando a semirreação do ferro por 2, passam 2 elétrons: n = 2.
  4. \Delta E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} = 0{,}76 - 0{,}15 = 0{,}61\ \text{V}.
  5. \log K = \dfrac{n\,\Delta E^\circ}{0{,}059} = \dfrac{2 \times 0{,}61}{0{,}059} \approx 20{,}7.

Logo K \approx 10^{20{,}7}, que é da ordem de 10^{21}, a opção mais próxima.

Alternativa A.

Pegadinha: Os potenciais com Fe metálico (−0,44 V e −0,04 V) são distratores: o par correto é \ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}} (0,76 V). Também é preciso usar n=2.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BResulta de usar um \Delta E^\circ ou um n incorreto, dando \log K em torno de 18.
  • CValor sem correspondência com \log K \approx 20{,}7; talvez use n=1 ou um potencial errado.
  • DValor muito baixo, típico de usar n=1 (\log K\approx 10{,}3) ou potenciais trocados.
  • ECorresponde a \log K em torno de 9, muito abaixo do valor calculado.

Assuntos: Constante de equilíbrio (Kc e Kp), Pilhas e potencial de redução.

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Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗