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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 2 (Química) do ITA 2017

Química · Química: Cálculo estequiométrico

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 (\text{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 (\text{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 (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{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} = 1{,}01325 \times 10^5\ \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 Cl 17 35,45
He 2 4,00 K 19 39,10
Be 4 9,01 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Pd 46 106,42
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Si 14 28,09 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59

A reação do mercúrio metálico com excesso de ácido sulfúrico concentrado a quente produz um gás mais denso do que o ar. Dois terços deste gás são absorvidos e reagem completamente com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, formando 12,6 g de um sal. A solução de ácido sulfúrico utilizada tem massa específica igual a 1{,}75\text{ g}\boldsymbol{\text{·}}\text{cm}^{-3} e concentração de 80\text{ }\% em massa. Assinale a alternativa que apresenta o volume consumido da solução de ácido sulfúrico, em \text{cm}^3.

  1. A
    11
  2. B
    21
  3. C
    31
  4. D
    41
  5. E
    51
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Resolução comentada

Reação do mercúrio: com ácido sulfúrico concentrado e quente, o Hg é oxidado a \ce{HgSO4} e o ácido é reduzido a \ce{SO2}, gás mais denso que o ar:

\ce{Hg + 2 H2SO4 -> HgSO4 + SO2 + 2 H2O}

Reação do gás com NaOH: o sal formado pode ser \ce{Na2SO3} (com NaOH suficiente, "reagem completamente"):

\ce{SO2 + 2 NaOH -> Na2SO3 + H2O}
  1. Massa molar do \ce{Na2SO3}: 2(22{,}99)+32{,}06+3(16{,}00)=126{,}04\ \text{g/mol}.
  2. Mols de sal: n = 12{,}6/126{,}04 \approx 0{,}100\ \text{mol}.
  3. Esse é \tfrac{2}{3} do \ce{SO2} produzido, então o total é n_{\ce{SO2}} = 0{,}100\times\tfrac{3}{2}=0{,}150\ \text{mol}.
  4. Pela primeira equação, 1 mol de \ce{SO2} consome 2 mol de \ce{H2SO4}: n_{\ce{H2SO4}} = 0{,}300\ \text{mol}.
  5. Massa de \ce{H2SO4} (98,08 g/mol): 0{,}300\times 98{,}08 \approx 29{,}4\ \text{g}.
  6. Massa da solução a 80\%: 29{,}4/0{,}80 \approx 36{,}8\ \text{g}.
  7. Volume: V = 36{,}8/1{,}75 \approx 21\ \text{cm}^3.

Alternativa B.

Pegadinha: Esquecer que o ácido é consumido na proporção 2:1 e que os 12,6 g de sal correspondem a apenas dois terços do gás produzido.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor muito baixo; resulta de erro de proporção, como usar 1 mol de ácido por mol de SO2 e ignorar a concentração.
  • CNão corresponde ao cálculo correto; ao conferir as contas o volume dá cerca de 21 cm³.
  • DValor aproximadamente o dobro do correto, por erro de proporção estequiométrica.
  • EValor distante do correto, resultante de erro na conversão entre massa e volume da solução.

Assuntos: Cálculo estequiométrico, Concentração de soluções, Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗