Questão 11 (Química) do ITA 2014

Question

Considere um mol de um gás que se comporta idealmente, contido em um cilindro indeformável provido de pistão de massa desprezível, que se move sem atrito. Com relação a este sistema, são feitas as seguintes afirmações:

I. Se o gás for resfriado contra pressão externa constante, o sistema contrai-se.
II. Se pressão for exercida sobre o pistão, a velocidade média das moléculas do gás aumenta.
III. Se o sistema for aquecido a volume constante, a velocidade média das moléculas aumenta, independentemente da natureza do gás.
IV. A velocidade média das moléculas será maior se o gás for o xenônio e menor se for o argônio.

Das afirmações acima, está(ão) ERRADA(S) apenas

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

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (Química) do ITA 2014

Química · Química: Estudo dos gases e equação de Clapeyron

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} \cdot \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A} \cdot \text{s} \cdot \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J} \cdot \text{V}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L}\quad (\text{CNTP})
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} =
\quad 62{,}4\text{ mmHg} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m} \cdot \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES

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

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

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} \cdot \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (g) = \text{gás}. (aq) = \text{aquoso}. (CM) = \text{circuito metálico}. (conc) = \text{concentrado}.

(ua) = \text{unidades arbitrárias}. [A] = \text{concentração da espécie química } A\text{ em }\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1})
H	1	1,01	Ti	22	47,87
B	5	10,81	Cr	24	52,00
C	6	12,01	Ni	28	58,69
N	7	14,01	Cu	29	63,55
O	8	16,00	Zn	30	65,38
F	9	19,00	As	33	74,92
Na	11	22,99	Se	34	78,96
Mg	12	24,31	Ag	47	107,90
Al	13	26,98	Sn	50	118,70
P	15	30,97	Te	52	127,60
S	16	32,07	I	53	126,90
\text{C}\ell	17	35,45	Xe	54	131,30
Ar	18	39,95	Au	79	197,00
K	19	39,10	U	92	238,00

Considere um mol de um gás que se comporta idealmente, contido em um cilindro indeformável provido de pistão de massa desprezível, que se move sem atrito. Com relação a este sistema, são feitas as seguintes afirmações:

I. Se o gás for resfriado contra pressão externa constante, o sistema contrai-se.
II. Se pressão for exercida sobre o pistão, a velocidade média das moléculas do gás aumenta.
III. Se o sistema for aquecido a volume constante, a velocidade média das moléculas aumenta, independentemente da natureza do gás.
IV. A velocidade média das moléculas será maior se o gás for o xenônio e menor se for o argônio.

Das afirmações acima, está(ão) ERRADA(S) apenas

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

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Resolução comentada

Vamos avaliar cada afirmação com a teoria cinética dos gases: a velocidade média das moléculas depende apenas da temperatura e da massa molar, pois v \propto \sqrt{T/M}.

I. Com pressão externa constante e o pistão móvel, o gás resfriado perde energia, e o volume diminui (V \propto T a P constante). O sistema se contrai. Correta.

II. Exercer pressão sobre o pistão comprime o gás, mas isso não muda a temperatura por si só. Sem variação de T, a velocidade média das moléculas não muda. O texto não diz que a compressão é adiabática, e o cilindro pode trocar calor. Errada.

III. Aquecer eleva T, e a energia cinética média é \frac{3}{2}kT para qualquer gás ideal. Com T maior, a velocidade média aumenta, seja qual for o gás. Correta.

IV. Na mesma temperatura, v \propto 1/\sqrt{M}. O xenônio (131{,}3\ \text{g/mol}) é mais pesado que o argônio (39{,}95\ \text{g/mol}), logo suas moléculas são mais lentas, e não mais rápidas. A afirmação inverte a relação. Errada.

As erradas são II e IV.

Alternativa D.

Pegadinha: A afirmação II engana quem associa compressão a aumento de velocidade das moléculas; a velocidade só muda se a temperatura mudar.

Por que as outras alternativas estão erradas

AConsidera a I errada, mas o resfriamento a pressão constante de fato contrai o gás.
BMarca a III como errada, mas a velocidade média sempre aumenta com a temperatura, qualquer que seja o gás.
CMarca a III como errada e deixa de fora a IV, que é falsa pois o Xe é mais pesado e portanto mais lento que o Ar.
EEsquece que a II também é errada: comprimir não altera a temperatura, logo não altera a velocidade média.

Assunto: Estudo dos gases e equação de Clapeyron.

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Questão 11 no caderno Química do ITA 2014

Fonte: ITA 2014 · Química. Prova oficial ↗