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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Química) do ITA 2012

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}\ \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} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mm}\,\text{Hg}\ \text{L}\ \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} e 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 . [\text{A}] = concentração da espécie química A em \text{mol}\ \text{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 S 16 32,07
Li 3 6,94 Cl 17 35,45
C 6 12,01 K 19 39,10
N 7 14,01 Ca 20 40,08
O 8 16,00 Mn 25 54,94
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,30 Ag 47 107,90
Al 13 26,98 I 53 126,90
Si 14 28,08 Pt 78 195,08
P 15 30,97 Hg 80 200,59

Considere as reações representadas pelas seguintes equações químicas:

I. \ce{C(s) + 2H2(g) -> CH4(g)}
II. \ce{N2O(g) -> N2(g) + 1/2 O2(g)}
III. \ce{2NI3(s) -> N2(g) + 3I2(g)}
IV. \ce{2O3(g) -> 3O2(g)}

Assinale a opção que apresenta a(s) reação(ões) química(s) na(s) qual(is) há uma variação negativa de entropia.

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

A entropia (S) mede a desordem do sistema. Em reações com gases, o que mais pesa é a variação do número de mols de gás: mais mols gasosos significa mais desordem e \Delta S>0. Menos mols gasosos significa \Delta S<0. Formar gás a partir de sólido também aumenta a entropia.

Vamos contar os mols de gás em cada reação:

  1. I: reagentes: 2 mol de \ce{H2(g)} (o carbono é sólido). Produto: 1 mol de \ce{CH4(g)}. Os mols de gás passam de 2 para 1, então \Delta S<0.
  2. II: reagente: 1 mol de gás. Produtos: 1 + \tfrac{1}{2} = 1{,}5 mol de gás. Aumenta, então \Delta S>0.
  3. III: reagente: sólido (\ce{NI3}). Produtos: 1+3 = 4 mol de gás. Aumenta bastante, então \Delta S>0.
  4. IV: reagentes: 2 mol de gás. Produtos: 3 mol de gás. Aumenta, então \Delta S>0.

Só a reação I tem diminuição de entropia, porque o número de mols de gás diminui e o sólido de carbono é consumido, formando uma molécula gasosa mais organizada em menor quantidade.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BII e IV têm aumento de mols gasosos (1→1,5 e 2→3), logo \Delta S>0.
  • CInclui II, III e IV, todas com aumento de gás e \Delta S>0, e deixa de fora a I.
  • DA III parte de sólido e produz 4 mol de gás, aumentando muito a entropia.
  • ENa IV os mols de gás passam de 2 para 3, então a entropia aumenta.

Assunto: Entropia e energia livre de Gibbs.

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Fonte: ITA 2012 · Química. Prova oficial ↗