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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 12 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Reagente limitante, pureza e rendimento

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 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} (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} =
= 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}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\text{ m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325\text{ bar}

1\text{ J} = 1\text{ N}\cdot\text{m} = 1\text{ kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693

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}\cdot\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. [X] = concentração da espécie química X 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 Cr 24 52,00
He 2 4,00 Mn 25 54,94
Li 3 6,94 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
P 15 30,97 I 53 126,90
S 16 32,06 Pt 78 195,08
Cl 17 35,45 Hg 80 200,59
K 19 39,10 Pb 82 207,21
Ca 20 40,08

Considere que 20 g de tiossulfato de potássio com pureza de 95% reagem com ácido clorídrico em excesso, formando 3,2 g de um sólido de coloração amarela. Assinale a alternativa que melhor representa o rendimento desta reação.

  1. A
    100%
  2. B
    95%
  3. C
    80%
  4. D
    70%
  5. E
    65%
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

A reação do tiossulfato com ácido forma enxofre sólido (amarelo), SO₂ e água:

\ce{K2S2O3 + 2HCl -> 2KCl + H2O + SO2 + S}

A proporção é 1 mol de \ce{K2S2O3} para 1 mol de S. O rendimento é a razão entre a massa obtida e a massa teórica.

  1. Massa pura de tiossulfato: 20 \times 0{,}95 = 19\ \text{g}.

  2. Massa molar do \ce{K2S2O3}: 2(39{,}10) + 2(32{,}06) + 3(16{,}00) = 78{,}20 + 64{,}12 + 48{,}00 = 190{,}32\ \text{g/mol}.

  3. Mols de tiossulfato: \dfrac{19}{190{,}32} \approx 0{,}10\ \text{mol}.

  4. Massa teórica de S (1:1, 32{,}06\ \text{g/mol}): 0{,}10 \times 32{,}06 \approx 3{,}2\ \text{g}.

  5. Rendimento: \dfrac{3{,}2}{3{,}2} \times 100\% = 100\%.

A massa obtida coincide com a teórica, então a reação foi total. O 95% de pureza já foi descontado no passo 1.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa B engana quem associa o 95% de pureza ao rendimento; a pureza só corrige a massa de reagente e o rendimento real dá 100%.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Bconfunde o rendimento com a pureza de 95% dada no enunciado.
  • Cnão corresponde a nenhum cálculo coerente com a proporção 1:1.
  • Derro de estequiometria ou de massa molar, que leva a uma massa teórica maior que 3,2 g.
  • Eresultado de usar a massa molar ou a proporção errada, sem conferir o 1:1 entre tiossulfato e enxofre.

Assunto: Reagente limitante, pureza e rendimento.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗