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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Química) do ITA 2009

Química · Química: Estudo dos gases e equação de Clapeyron

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

DEFINIÇÕES
Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{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}\ \text{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}\ \text{L}^{-1}.

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 Fe 26 55,85
He 2 4,00 Ni 28 58,69
Li 3 6,94 Cu 29 63,55
C 6 12,01 Zn 30 65,40
N 7 14,01 Ge 32 72,64
O 8 16,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Kr 36 83,80
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
Si 14 28,09 Sn 50 118,71
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Xe 54 131,29
Ar 18 39,95 Cs 55 132,91
K 19 39,10 Ba 56 137,33
Ca 20 40,08 Pt 78 195,08
Cr 24 52,00 Pb 82 207,2
Mn 25 54,94 Ra 86 222

Assumindo um comportamento ideal dos gases, assinale a opção com a afirmação CORRETA.

  1. A
    De acordo com a Lei de Charles, o volume de um gás torna-se maior quanto menor for a sua temperatura.
  2. B
    Numa mistura de gases contendo somente moléculas de oxigênio e nitrogênio, a velocidade média das moléculas de oxigênio é menor do que as de nitrogênio.
  3. C
    Mantendo-se a pressão constante, ao aquecer um mol de gás nitrogênio sua densidade irá aumentar.
  4. D
    Volumes iguais dos gases metano e dióxido de carbono, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam as mesmas densidades.
  5. E
    Comprimindo-se um gás a temperatura constante, sua densidade deve diminuir.
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Resolução comentada

Vamos testar cada afirmação com a equação do gás ideal, PV = nRT, e com a densidade d = \frac{PM}{RT} (M é a massa molar).

  1. Lei de Charles (pressão constante): V é proporcional a T. Quanto menor a temperatura, menor o volume. A afirmação (A) inverte isso.

  2. Na mesma temperatura, as moléculas têm a mesma energia cinética média, \frac{1}{2}mv^2. Assim, a velocidade média é inversamente proporcional à raiz da massa molar. O \ce{O2} (32\ \text{g/mol}) é mais pesado que o \ce{N2} (28\ \text{g/mol}), logo move-se mais devagar. A afirmação (B) está correta.

  3. A pressão é constante e a temperatura aumenta: pela expressão d = \frac{PM}{RT}, d diminui. (C) está errada.

  4. Volumes iguais nas mesmas condições têm o mesmo número de mols (Avogadro), mas as massas molares são diferentes: \ce{CH4} tem 16\ \text{g/mol} e \ce{CO2} tem 44\ \text{g/mol}. As densidades diferem, então (D) está errada.

  5. Comprimir a temperatura constante diminui o volume, e a mesma massa num volume menor dá densidade maior. (E) está errada.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • APela Lei de Charles, volume e temperatura são diretamente proporcionais; menor temperatura dá menor volume.
  • CAquecendo a pressão constante o volume aumenta, então a densidade diminui, não aumenta.
  • DMesmo volume implica mesmo número de mols, mas as massas molares (16 e 44 g/mol) diferem, então as densidades também.
  • EComprimir reduz o volume com a mesma massa, o que aumenta a densidade.

Assunto: Estudo dos gases e equação de Clapeyron.

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Fonte: ITA 2009 · Química. Prova oficial ↗