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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 17 (Química) do ITA 2015

Química · Química: Combustão e poder calorífico

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 mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ J 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 L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8,31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1,98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62,4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9,81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\ 325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1,01325\text{ bar}
1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg 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: 1\text{ bar} ; concentração das soluções = 1\text{ mol 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{X}] = concentração da espécie química X em \text{mol 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 K 19 39,10
Li 3 6,94 Ca 20 40,08
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Mn 25 54,94
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,07 Hg 80 200,59
Cl 17 35,45 Pu 94 238

São feitas as seguintes comparações sobre as capacidades caloríficas de diferentes substâncias puras, todas à temperatura ambiente:

I. A capacidade calorífica da água é menor que a do peróxido de hidrogênio.
II. A capacidade calorífica do bromo é menor que a do tetracloreto de carbono.
III. A capacidade calorífica do metanol é menor que a do mercúrio.

Assinale a opção que apresenta a(s) comparação(ões) CORRETA(S).

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

Capacidade calorífica (em J/K, de uma amostra) depende da quantidade de matéria. Como o enunciado compara substâncias puras sem fixar massa, o jeito usual é comparar a capacidade calorífica molar, que depende do número de átomos e dos graus de liberdade da molécula (rotação, vibração): quanto mais átomos e mais ligações, mais modos de armazenar energia e maior o valor.

I. Água (\ce{H2O}, C_m \approx 75\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}) e peróxido de hidrogênio (\ce{H2O2}, \approx 89\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}). O \ce{H2O2} tem 4 átomos contra 3 e forma ligações de hidrogênio, então a água tem capacidade menor. Correta.

II. Bromo (\ce{Br2} líquido, \approx 75\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}) e tetracloreto de carbono (\ce{CCl4}, \approx 131\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}). O \ce{Br2} é diatômico e o \ce{CCl4} tem 5 átomos, com mais modos vibracionais. Logo, o bromo tem capacidade menor. Correta.

III. Metanol (\ce{CH3OH}, \approx 81\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}) e mercúrio (\approx 28\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1}). O mercúrio é monoatômico, com poucos modos de armazenar energia, então sua capacidade é menor que a do metanol. A afirmação está invertida. Errada.

São corretas I e II.

Alternativa B.

Pegadinha: A III engana quem associa metal a calor específico alto; o mercúrio é monoatômico e tem capacidade calorífica molar baixa.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AEsquece que o Br2 (diatômico) tem capacidade calorífica menor que o CCl4 (5 átomos), então a II também é correta.
  • CIgnora que a água (3 átomos) tem capacidade menor que o H2O2 (4 átomos), então a I também é correta.
  • DInclui a III, mas o mercúrio, monoatômico, tem capacidade menor que o metanol; e exclui a I, que é correta.
  • EA III está invertida: o mercúrio tem capacidade calorífica menor, não maior, que o metanol.

Assunto: Combustão e poder calorífico.

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Fonte: ITA 2015 · Química. Prova oficial ↗