Correção FUVEST 2027 · 1ª faseAcompanhe a resolução de cada questão da 1ª fase, ao vivoAcompanhar
Entrar

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 18 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Entropia e energia livre de Gibbs

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

Considere que os quatro processos químicos, descritos a seguir nos itens I a IV, são realizados isobárica e isotermicamente:

I. \ce{KNO3(s) -> K+(aq) + NO3-(aq)}

II. \ce{H2O(\ell) -> H2O(g)}

III. \ce{C(grafita) -> C(diamante)}

IV. \ce{2 Na(s) + 1/2 O2(g) -> Na2O(s)}

Qual das opções abaixo contém os processos químicos cuja variação de energia interna é nula?

  1. A
    Apenas I e II
  2. B
    Apenas I, II e III
  3. C
    Apenas II e III
  4. D
    Apenas III e IV
  5. E
    Nenhum processo
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

A variação de energia interna é \Delta U = q + w. Em processo isobárico, q = \Delta H e w = -P\Delta V, então \Delta U = \Delta H - P\Delta V.

Para \Delta U ser nula, seria preciso que \Delta H = P\Delta V exatamente. Isso não acontece em nenhum dos quatro processos, pois todos envolvem troca de calor com o ambiente.

  1. Processo I: dissolver \ce{KNO3} em água é endotérmico, com \Delta H > 0. O volume quase não muda, então P\Delta V \approx 0 e \Delta U \approx \Delta H \neq 0.
  2. Processo II: a vaporização absorve muito calor. O trabalho de expansão é P\Delta V \approx RT\,\Delta n, bem menor que \Delta H_{vap}. Logo \Delta U = \Delta H - RT > 0.
  3. Processo III: a grafita vira diamante com \Delta H \approx +1{,}9\ \text{kJ/mol}. O volume varia muito pouco, então \Delta U \neq 0.
  4. Processo IV: a formação do \ce{Na2O} é fortemente exotérmica. O gás é consumido, o que dá \Delta U = \Delta H - RT\,\Delta n \neq 0.

A condição \Delta U = 0 exigiria que o calor absorvido fosse igual ao trabalho realizado, o que não ocorre em nenhum caso. Em geral, \Delta U = 0 vale para um gás ideal em processo isotérmico, e aqui nenhuma das transformações é desse tipo. Não há processo com \Delta U nula.

Alternativa E.

Pegadinha: A palavra 'isotérmica' induz a pensar que \Delta U = 0, mas isso só vale para gás ideal em transformação isotérmica, não para reações e mudanças de fase.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AConfunde processo isotérmico com \Delta U = 0; a dissolução e a vaporização absorvem calor, então \Delta U \neq 0.
  • BInclui a grafita→diamante, que tem \Delta H \neq 0 e variação de volume desprezível, logo \Delta U \neq 0.
  • CSupõe que vaporização e mudança alotrópica não alteram a energia interna, mas ambas absorvem calor.
  • DA formação do \ce{Na2O} é muito exotérmica, com \Delta U bem diferente de zero, e III também não é nula.

Assunto: Entropia e energia livre de Gibbs.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 18 no caderno Química do ITA 2008

Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗