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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 1 (Química) do ITA 2011

Química · Química: Volume molar e estequiometria de gases

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} = 1,98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62,4\text{ mm Hg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9,81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\,325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr}

1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg 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} e 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) = sólido . (\ell) = líquido . (g) = gás . (aq) = aquoso . (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 Mn 25 54,94
Li 3 6,94 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,39
F 9 19,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Mo 42 95,94
Mg 12 24,30 Sb 51 121,76
Al 13 26,98 I 53 126,90
Si 14 28,08 Ba 56 137,33
S 16 32,07 Pt 78 195,08
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
Ca 20 40,08 Hg 80 200,59

A solução aquosa 6% em massa de água oxigenada (\ce{H2O2}) é geralmente empregada como agente branqueador para tecidos e cabelos. Pode-se afirmar que a concentração aproximada dessa solução aquosa, expressa em volumes, é

  1. A
    24.
  2. B
    20.
  3. C
    12.
  4. D
    10.
  5. E
    6.
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Resolução comentada

"Concentração em volumes" é o volume de \ce{O2} (nas CNTP) liberado pela decomposição de 1 L da solução:

\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2}

Precisamos da massa de \ce{H2O2} em 1 L. Como o enunciado não dá a densidade, usamos a aproximação de que a solução, sendo aquosa, tem densidade 1\ \text{g/mL}.

  1. Massa de 1 L de solução: 1000\ \text{g}.
  2. Massa de \ce{H2O2} (6%): 0{,}06 \times 1000 = 60\ \text{g}.
  3. Massa molar do \ce{H2O2}: 2(1{,}01) + 2(16{,}00) = 34{,}02\ \text{g/mol}.
  4. Quantidade de \ce{H2O2}: \dfrac{60}{34{,}02} \approx 1{,}76\ \text{mol}.
  5. Pela estequiometria, 2 mol de \ce{H2O2} produzem 1 mol de \ce{O2}, então: \dfrac{1{,}76}{2} \approx 0{,}88\ \text{mol de } \ce{O2}.
  6. Volume de \ce{O2} nas CNTP: 0{,}88 \times 22{,}4 \approx 19{,}7\ \text{L}.

Portanto, 1 L de solução libera cerca de 20 L de \ce{O2}: a solução é de aproximadamente 20 volumes.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa E engana ao repetir o 6 da porcentagem em massa, mas volumes é outra grandeza: litros de \ce{O2} por litro de solução.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor muito alto, que não decorre da estequiometria; seria obtido, por exemplo, ignorando a razão 2:1 entre \ce{H2O2} e \ce{O2} e usando 1,76 mol × 22,4 ≈ 39 L, ainda assim diferente de 24.
  • CValor sem relação com o cálculo correto, que resulta em cerca de 20 L de \ce{O2} por litro de solução.
  • DMetade do valor correto, resultado de dividir por 2 duas vezes a quantidade de \ce{H2O2}.
  • EConfunde a porcentagem em massa (6%) com a concentração em volumes.

Assuntos: Volume molar e estequiometria de gases, Concentração de soluções.

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Fonte: ITA 2011 · Química. Prova oficial ↗