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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (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

No estado padrão, é de 0{,}240\text{ V} o potencial da pilha cuja reação pode ser descrita pela seguinte equação química:

\ce{2 NO + 1/2 O2 + H2O -> 2 HNO2}.

Assinale a alternativa que apresenta o valor da energia livre padrão da reação, em \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}.

  1. A
    -11{,}6
  2. B
    -23{,}2
  3. C
    -34{,}8
  4. D
    -46{,}3
  5. E
    -69{,}5
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Resolução comentada

A energia livre padrão de uma pilha se relaciona com o potencial padrão por \Delta G^\circ = -n\,F\,E^\circ, em que n é o número de mols de elétrons transferidos na reação como ela está escrita.

Para achar n, olhe a variação do número de oxidação (Nox):

  • No \ce{NO}, o N tem Nox +2; no \ce{HNO2}, tem Nox +3. Cada N perde 1 elétron.
  • Como a equação tem 2 NO, são 2 mols de elétrons perdidos.
  • Conferindo pelo oxigênio: \ce{1/2 O2} passa de 0 para -2, ganhando 2 elétrons. Bate: n = 2.

Cálculo:

  1. \Delta G^\circ = -n\,F\,E^\circ
  2. \Delta G^\circ = -2 \times 9{,}65\times10^{4}\ \text{C/mol} \times 0{,}240\ \text{V}
  3. \Delta G^\circ = -4{,}632\times10^{4}\ \text{J/mol}
  4. \Delta G^\circ \approx -46{,}3\ \text{kJ/mol}

O sinal negativo indica reação espontânea, coerente com o potencial positivo da pilha.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa n=0{,}5, olhando só o coeficiente do \ce{O2}.
  • BUsa n=1, considerando só 1 elétron por N em vez dos 2 da equação.
  • CUsa n=1{,}5, sem correspondência com a transferência de elétrons da reação.
  • EUsa n=3, valor que não corresponde à variação de Nox.

Assuntos: Pilhas e potencial de redução, Entropia e energia livre de Gibbs.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗