Questão 6 (Química) do ITA 2011

Question

Em um experimento eletrolítico, uma corrente elétrica circula através de duas células durante 5 horas. Cada célula contém condutores eletrônicos de platina. A primeira célula contém solução aquosa de íons \ce{Au^{3+}} enquanto que, na segunda célula, está presente uma solução aquosa de íons \ce{Cu^{2+}}. Sabendo que 9{,}85\text{ g} de ouro puro foram depositados na primeira célula, assinale a opção que corresponde à massa de cobre, em gramas, depositada na segunda célula eletrolítica.

A
2{,}4
B
3{,}6
C
4{,}8
D
6{,}0
E
7{,}2

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 6 (Química) do ITA 2011

Química · Química: Eletrólise

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

Em um experimento eletrolítico, uma corrente elétrica circula através de duas células durante 5 horas. Cada célula contém condutores eletrônicos de platina. A primeira célula contém solução aquosa de íons \ce{Au^{3+}} enquanto que, na segunda célula, está presente uma solução aquosa de íons \ce{Cu^{2+}}. Sabendo que 9{,}85\text{ g} de ouro puro foram depositados na primeira célula, assinale a opção que corresponde à massa de cobre, em gramas, depositada na segunda célula eletrolítica.

A
2{,}4
B
3{,}6
C
4{,}8
D
6{,}0
E
7{,}2

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

As duas células estão em série, então a mesma corrente passa pelas duas pelo mesmo tempo. Logo, a carga elétrica que circula é a mesma, e o número de mols de elétrons também.

Mols de ouro depositados: n_{Au}=\dfrac{9{,}85}{196{,}97}\approx 0{,}0500\ \text{mol}.
Semirreação do ouro: \ce{Au^{3+} + 3e^- -> Au}. Cada mol de Au consome 3 mol de elétrons:

n_{e^-}=3\times 0{,}0500=0{,}150\ \text{mol}
Semirreação do cobre: \ce{Cu^{2+} + 2e^- -> Cu}. Cada mol de Cu consome 2 mol de elétrons:

n_{Cu}=\dfrac{0{,}150}{2}=0{,}0750\ \text{mol}
Massa de cobre:

m_{Cu}=0{,}0750\times 63{,}55\approx 4{,}77\ \text{g}\approx 4{,}8\ \text{g}

O tempo de 5 horas não é necessário, pois a carga é a mesma nas duas células.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

AValor sem relação estequiométrica correta; parece usar proporção errada entre os mols de elétrons.
BNão corresponde à conta; resulta de erro na relação entre as cargas dos íons.
DValor sem base na estequiometria de 2 mol de elétrons por mol de Cu.
EValor sem base na estequiometria; excede os 4,77 g calculados.

Assunto: Eletrólise.

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Questão 6 no caderno Química do ITA 2011

Fonte: ITA 2011 · Química. Prova oficial ↗