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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 7 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Pilhas e potencial de redução

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 a reação descrita pela seguinte equação química:

\ce{H2(g, 1bar) + 2AgBr(s) -> 2H+(aq) + 2Br^-(aq) + 2Ag(s)}.

Sendo X o potencial padrão (E^\circ) da reação, o pH da solução a 25\text{ }^\circ\text{C} quando o potencial da reação (E) for Y será dado por

  1. A
    (X-Y)/0{,}059.
  2. B
    (Y-X)/0{,}059.
  3. C
    (X-Y)/0{,}118.
  4. D
    (Y-X)/0{,}118.
  5. E
    2(X-Y)/0{,}059.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Use a equação de Nernst, que relaciona o potencial real da reação ao potencial padrão e ao quociente de reação Q:

E = E^\circ - \frac{0{,}059}{n}\log Q
  1. Elétrons transferidos: o \ce{H2} vai a \ce{2H+} e perde 2 elétrons, então n = 2.
  2. Quociente de reação: sólidos (\ce{AgBr} e \ce{Ag}) não entram em Q, e o \ce{H2} está a 1 bar (pressão padrão, valor 1). Logo:
Q = [\ce{H+}]^2[\ce{Br^-}]^2
  1. Como \ce{H+} e \ce{Br^-} vêm da mesma reação, na solução [\ce{H+}] = [\ce{Br^-}], então:
Q = [\ce{H+}]^4
  1. Substituindo na equação, com E = Y e E^\circ = X:
Y = X - \frac{0{,}059}{2}\cdot 4\log[\ce{H+}] = X - 0{,}118\log[\ce{H+}]
  1. Como \text{pH} = -\log[\ce{H+}]:
Y = X + 0{,}118\,\text{pH}
\text{pH} = \frac{Y - X}{0{,}118}

Alternativa D.

Pegadinha: As alternativas A–D misturam o coeficiente 0,059 ou 0,118 com o sinal; é preciso notar que Q=[\ce{H+}]^4 (H+ e Br- iguais) e que \text{pH}=-\log[\ce{H+}] inverte o sinal.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AIgnora o fator 4 do expoente e inverte o sinal: usa 0{,}059 e (X-Y).
  • BSinal correto, mas esquece que Q=[\ce{H+}]^4 e usa só 0{,}059 no denominador.
  • CO módulo 0{,}118 está certo, mas o sinal está invertido: o correto é (Y-X).
  • EMultiplica por 2 em vez de dividir e mantém o sinal invertido.

Assuntos: Pilhas e potencial de redução, pH, pOH e indicadores.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗