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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 1 (Química) do ITA 2010

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}\ \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} (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} = 101\ 325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \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) = sólido. (\ \ell\ ) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (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 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Ni 28 58,69
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,40
Na 11 22,99 Sr 38 87,62
P 15 30,97 Ag 47 107,87
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 W 74 183,84
Ar 18 39,95 Pt 78 195,08
K 19 39,10 Au 79 196,97
Ca 20 40,08 Pb 82 207,2

A figura ao lado apresenta a curva de aquecimento de 100 g de uma substância pura genérica no estado sólido. Sabe-se que calor é fornecido a uma velocidade constante de 500\ \text{cal min}^{-1}. Admite-se que não há perda de calor para o meio ambiente, que a pressão é de 1\ \text{atm} durante toda a transformação e que a substância sólida apresenta apenas uma fase cristalina. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação aos estágios de aquecimento descritos na figura:

Gráfico de aquecimento com a temperatura em graus Celsius no eixo vertical (de -40 a 120) em função do tempo em minutos no eixo horizontal (de 0 a 160). O gráfico apresenta os pontos P (-20 °C, 0 min), aquecimento até Q (0 °C), patamar QR a 0 °C até 20 min, aquecimento de R a S (100 °C, 40 min), patamar ST a 100 °C até cerca de 145 min, e novo aquecimento após o ponto T.

I. No segmento PQ ocorre aumento da energia cinética das moléculas.

II. No segmento QR ocorre aumento da energia potencial.

III. O segmento QR é menor que o segmento ST porque o calor de fusão da substância é menor que o seu calor de vaporização.

IV. O segmento RS tem inclinação menor que o segmento PQ porque o calor específico do sólido é maior que o calor específico do líquido.

Das afirmações acima, está(ão) ERRADA(S):

  1. A
    apenas I.
  2. B
    apenas I, II e III.
  3. C
    apenas II e IV.
  4. D
    apenas III.
  5. E
    apenas IV.
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Resolução comentada

Em um gráfico de aquecimento, os trechos inclinados são aquecimento de uma fase (a temperatura sobe e a energia cinética média aumenta). Os patamares são mudanças de fase (a temperatura fica constante e o calor aumenta a energia potencial, pois as interações entre as moléculas são rompidas).

I. Correta. PQ é aquecimento do sólido, então a energia cinética das moléculas aumenta.

II. Correta. QR é a fusão, a 0 °C. O calor fornecido aumenta a energia potencial, não a cinética.

III. Correta. O calor fornecido é Q = 500\ \text{cal/min} \times t. A fusão dura cerca de 20 min, o que dá \approx 10\,000\ \text{cal}, ou seja, 100 cal/g. A vaporização dura cerca de 105 min, o que dá \approx 52\,500\ \text{cal}, ou seja, 525 cal/g. O patamar QR é menor porque o calor de fusão é menor que o de vaporização.

IV. Errada. Em um aquecimento sem mudança de fase, Q = m\,c\,\Delta T. Como o calor por minuto é constante, a inclinação é \dfrac{\Delta T}{\Delta t} = \dfrac{500}{m\,c}. Quanto maior o calor específico, menor a inclinação.

O segmento RS (líquido) tem inclinação maior que PQ (sólido). Isso significa que o calor específico do líquido é menor que o do sólido. Veja os números: em PQ, c = \dfrac{500\times 4}{100\times 20} \approx 1\ \text{cal/g°C} (cerca de 4 min para subir 20 °C). Em RS, c = \dfrac{500\times 20}{100\times 100} = 1\ \text{cal/g°C} na ordem de grandeza. Na figura, porém, RS é mais inclinado, e a afirmação diz o contrário: que a inclinação é menor. Logo, IV está errada.

Só a afirmação IV está errada.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA afirmação I é verdadeira: em PQ o sólido se aquece e a energia cinética aumenta.
  • BI, II e III são verdadeiras; as três juntas não são o conjunto errado.
  • CII é verdadeira: no patamar de fusão aumenta a energia potencial.
  • DIII é verdadeira: o patamar de fusão é mais curto porque o calor de fusão é menor que o de vaporização.

Assunto: Estados físicos e mudanças de estado.

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Fonte: ITA 2010 · Química. Prova oficial ↗