PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 5 (Química) do ITA 2014
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 |
Assinale a opção que contém o(s) produto(s) formado(s) durante o aquecimento de uma mistura de \ce{Cu2O} e \ce{Cu2S}, em atmosfera inerte.
- A\ce{CuSO4}
- B\ce{Cu2SO3}
- C\ce{Cu} e \ce{SO2}
- D\ce{Cu} e \ce{SO3}
- E\ce{CuO} e \ce{CuS}
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Resolução comentada
Esta é a etapa final da metalurgia do cobre (auto-redução): o óxido de cobre(I) reage com o sulfeto de cobre(I), sem necessidade de oxigênio externo.
Primeiro, os números de oxidação:
- Em \ce{Cu2O}: Cu é +1 e O é -2.
- Em \ce{Cu2S}: Cu é +1 e S é -2.
Ao aquecer em atmosfera inerte, não há \ce{O2} para oxidar nada. Então a reação precisa ser de oxirredução entre os próprios compostos. O Cu^+ tende a ser reduzido a \ce{Cu} metálico (+1\to 0). Quem pode ser oxidado é o enxofre (-2), que o oxigênio do óxido oxida a +4, formando \ce{SO2}.
Balanceamento pela transferência de elétrons:
- S: -2 \to +4 perde 6 elétrons.
- Cada Cu: +1 \to 0 ganha 1 elétron. São 6 Cu no total, 4 do \ce{Cu2S} e 2 do \ce{Cu2O} na proporção 2\,\ce{Cu2O} + \ce{Cu2S}.
Conferência: Cu: 4+2=6 ✓; O: 2 ✓; S: 1 ✓.
Os produtos são cobre metálico e dióxido de enxofre. O \ce{SO3} exigiria oxidação a +6 e mais oxigênio, e os sulfatos/sulfitos de cobre também exigiriam \ce{O2} ou oxidação do Cu.
Alternativa C.
Por que as outras alternativas estão erradas
- A\ce{CuSO4} exigiria oxidar S a +6 e Cu a +2, o que pede \ce{O2} em excesso, ausente em atmosfera inerte.
- B\ce{Cu2SO3} pede mais oxigênio do que o disponível e não é o produto de auto-redução, em que o Cu vai a metal.
- D\ce{SO3} exige S em +6, o que requer mais oxidante; aqui o O do óxido só leva o S a +4 (\ce{SO2}).
- E\ce{CuO} e \ce{CuS} têm Cu^{2+}, ou seja, seriam oxidações do Cu, sem agente oxidante presente.
Assunto: Reações de oxirredução e balanceamento redox.
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Fonte: ITA 2014 · Química. Prova oficial ↗