Questão 20 (Química) do ITA 2012

Question

Considere uma amostra aquosa em equilíbrio a 60 °C, com pH de 6,5, a respeito da qual são feitas as seguintes afirmações:

I. A amostra pode ser composta de água pura.
II. A concentração molar de H_3O^+ é igual à concentração de OH^-.
III. O pH da amostra não varia com a temperatura.
IV. A constante de ionização da amostra depende da temperatura.
V. A amostra pode ser uma solução aquosa 0{,}1\text{mol.L}^{-1}em H_2CO_3, considerando que a constante de dissociação do H_2CO_3 é da ordem de 1\times 10^{-7}.

Das afirmações acima está(ão) CORRETA(S) apenas

A
I, II e IV.
B
I e III.
C
II e IV.
D
III e V.
E
V.

Answer 1

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Questão 20 (Química) do ITA 2012

Química · Química: Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização

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 uma amostra aquosa em equilíbrio a 60 °C, com pH de 6,5, a respeito da qual são feitas as seguintes afirmações:

I. A amostra pode ser composta de água pura.
II. A concentração molar de H_3O^+ é igual à concentração de OH^-.
III. O pH da amostra não varia com a temperatura.
IV. A constante de ionização da amostra depende da temperatura.
V. A amostra pode ser uma solução aquosa 0{,}1\text{mol.L}^{-1}em H_2CO_3, considerando que a constante de dissociação do H_2CO_3 é da ordem de 1\times 10^{-7}.

Das afirmações acima está(ão) CORRETA(S) apenas

A
I, II e IV.
B
I e III.
C
II e IV.
D
III e V.
E
V.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

A 25 °C, K_w = 1{,}0\times10^{-14} e a água pura tem pH 7. A autoionização da água é endotérmica, então K_w aumenta com a temperatura. A 60 °C, K_w \approx 10^{-13}, e a água pura tem [H_3O^+]=[OH^-]\approx 3\times10^{-7}, com pH próximo de 6,5. Assim, pH 6,5 a 60 °C é compatível com água neutra.

Análise de cada afirmação:

I (correta): a amostra pode ser água pura, pois o pH neutro a 60 °C é cerca de 6,5.
II (correta): em água pura, a autoionização produz H_3O^+ e OH^- em igual quantidade. A amostra é neutra, e isso vale para qualquer temperatura.
III (errada): como K_w muda com a temperatura, o pH da água pura também muda.
IV (correta): a constante de ionização é uma constante de equilíbrio, e por isso depende da temperatura.
V (errada): para H_2CO_3 0,1 mol/L com K_a\approx10^{-7}, temos [H^+]=\sqrt{K_a\cdot C}=\sqrt{10^{-7}\cdot10^{-1}}=10^{-4} mol/L. O pH seria cerca de 4, e não 6,5.

As corretas são I, II e IV.

Alternativa A.

Pegadinha: Quem acha que pH 6,5 é necessariamente ácido descarta a água pura (I) e a neutralidade (II), esquecendo que a 60 °C a neutralidade ocorre perto de pH 6,5.

Por que as outras alternativas estão erradas

BConsidera que o pH não varia com a temperatura (III), mas Kw muda com a temperatura e o pH da água pura também.
COmite a I: a água pura a 60 °C pode ter pH 6,5, então a I também é correta.
DA III é falsa (o pH varia com a temperatura) e a V é falsa (o pH da solução seria cerca de 4).
EA solução 0,1 mol/L de H2CO3 teria pH ≈ 4, não 6,5.

Assuntos: Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização, pH, pOH e indicadores.

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Questão 20 no caderno Química do ITA 2012

Fonte: ITA 2012 · Química. Prova oficial ↗