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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Química) do ITA 2013

Química · Química: Reações exotérmicas e endotérmicas

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6,02 \times 10^{23}\ mol^{-1}

Constante de Faraday (F) = 9,65 \times 10^4\ C \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ A \cdot s \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ J \cdot V^{-1} \cdot mol^{-1}

Volume molar de gás ideal = 22,4\ L\quad (CNTP)

Carga elementar = 1,602 \times 10^{-19}\ C

Constante dos gases (R) = 8,21 \times 10^{-2}\ atm \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 8,31\ J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 1,98\ cal \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 62,4\ mmHg \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1}

Constante gravitacional (g) = 9,81\ m \cdot s^{-2}

Constante de Rydberg (R_\infty hc) = 2,18 \times 10^{-18}\ J = 13,6\ eV

DEFINIÇÕES

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

1\ J = 1\ N \cdot m = 1\ kg \cdot m^2 \cdot s^{-2}; 1\ pm = 1 \times 10^{-12}\ m; 1\ eV = 1,602 \times 10^{-19}\ J

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^0\text{C} e 760\ mmHg

Condições ambientes: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm

Condições-padrão: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm; concentração das soluções = 1\ mol \cdot 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 mol \cdot L^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(g \cdot mol^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(g \cdot mol^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
Li 3 6,94 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Cu 29 63,55
N 7 14,01 Zn 30 65,38
O 8 16,00 Ge 32 72,63
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
Mg 12 24,31 I 53 126,90
Al 13 26,98 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Ba 56 137,30
S 16 32,07 Pt 78 195,10
Cl 17 35,45 Hg 80 200,60
K 19 39,10 Pb 82 207,20

Assinale a opção que apresenta a afirmação CORRETA.

  1. A
    Um paciente com calor de 42^\circ\text{C} apresenta-se febril.
  2. B
    A adição de energia térmica à água líquida em ebulição sob pressão ambiente causa um aumento na sua capacidade calorífica.
  3. C
    Na temperatura de -4^\circ\text{C} e pressão ambiente, 5\text{ g} de água no estado líquido contêm uma quantidade de energia maior do que a de 5\text{ g} de água no estado sólido.
  4. D
    A quantidade de energia necessária para aquecer 5\text{ g} de água de 20^\circ\text{C} até 25^\circ\text{C} é igual àquela necessária para aquecer 25\text{ g} de água no mesmo intervalo de temperatura e pressão ambiente.
  5. E
    Sob pressão ambiente, a quantidade de energia necessária para aquecer massas iguais de alumínio (calor específico 0{,}89\text{ J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}) e de ferro (calor específico 0{,}45\text{ J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}), respectivamente, de um mesmo incremento de temperatura, \Delta T, é aproximadamente igual.
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Resolução comentada

Vamos testar cada afirmação com os conceitos de calor sensível, Q = m\cdot c\cdot\Delta T, e de energia de mudança de fase.

(A) Uma temperatura corporal de 42^\circ\text{C} é febre altíssima, mas a palavra "calor" está mal empregada: calor é energia em trânsito, não temperatura. A alternativa confunde os dois conceitos e, por isso, é a que o enunciado quer que você rejeite. Em outras alternativas há erros mais claros.

(B) Durante a ebulição a temperatura fica constante, e a energia fornecida vira calor latente. A capacidade calorífica da água líquida depende da massa e do calor específico, que não mudam. Falsa.

(C) A -4^\circ\text{C} e 1 atm, a fase estável é a sólida. Passar de sólido para líquido exige energia (fusão), então o líquido tem mais energia que o sólido, na mesma massa e temperatura. Verdadeira.

(D) Com \Delta T igual, a energia é proporcional à massa: 5\ \text{g} exigem cinco vezes menos energia que 25\ \text{g}. Falsa.

(E) Com massas iguais e mesmo \Delta T, Q é proporcional a c. Como 0{,}89 é quase o dobro de 0{,}45, as energias não são aproximadamente iguais. Falsa.

Sobra a (C): a água líquida a -4^\circ\text{C} (super-resfriada) tem mais energia que o gelo à mesma temperatura, pois a fusão é endotérmica.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa A engana ao usar "calor" no sentido coloquial de temperatura, o que é conceitualmente errado em termodinâmica.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AConfunde calor (energia em trânsito) com temperatura; além disso, 42 °C é uma febre extrema, e a frase usa o termo de forma incorreta.
  • BNa ebulição a energia vira calor latente e a temperatura não muda; a capacidade calorífica não aumenta.
  • DIgnora que Q é proporcional à massa: 25 g exigem cinco vezes mais energia que 5 g.
  • EEsquece que Q é proporcional ao calor específico, e o do alumínio é quase o dobro do ferro.

Assuntos: Reações exotérmicas e endotérmicas, Estados físicos e mudanças de estado.

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Fonte: ITA 2013 · Química. Prova oficial ↗