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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 3 (Química) do ITA 2017

Química · Química: Estudo dos gases e equação de Clapeyron

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

Um frasco fechado contém dois gases cujo comportamento é considerado ideal: hidrogênio molecular e monóxido de nitrogênio. Sabendo que a pressão parcial do monóxido de nitrogênio é igual a 3/5 da pressão parcial do hidrogênio molecular, e que a massa total da mistura é de 20\text{ g}, assinale a alternativa que fornece a porcentagem em massa do hidrogênio molecular na mistura gasosa.

  1. A
    4\%
  2. B
    6\%
  3. C
    8\%
  4. D
    10\%
  5. E
    12\%
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Em uma mistura de gases ideais, a pressão parcial é proporcional ao número de mols: P_i = x_i \cdot P_{total}. Logo, a razão entre as pressões parciais é a razão entre os mols.

  1. Como P_{NO} = \frac{3}{5}P_{H_2}, temos n_{NO} = \frac{3}{5}n_{H_2}.

  2. Chame n_{H_2} = 5x e n_{NO} = 3x.

  3. Massas molares: \ce{H2} = 2{,}02\ \text{g/mol} e \ce{NO} = 14{,}01 + 16{,}00 = 30{,}01\ \text{g/mol}.

  4. Massas: m_{H_2} = 5x \cdot 2{,}02 = 10{,}10x e m_{NO} = 3x \cdot 30{,}01 = 90{,}03x.

  5. Massa total: 10{,}10x + 90{,}03x = 100{,}13x. Esse valor corresponde a 20\ \text{g} (a massa total dada só serve para dimensionar x, e a porcentagem independe dela).

  6. Porcentagem de hidrogênio:

\%\,m_{H_2} = \frac{10{,}10x}{100{,}13x} \times 100 \approx 10{,}1\%

Portanto, o hidrogênio corresponde a cerca de 10\% da massa da mistura.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor sem relação com a proporção de mols 5:3 e as massas molares 2 e 30.
  • BNão corresponde ao cálculo correto; ignora a proporção de mols entre H2 e NO.
  • CResultado incompatível com a razão de massas 10,10 : 90,03.
  • ESuperestima a fração de H2; não bate com 10,10/100,13.

Assuntos: Estudo dos gases e equação de Clapeyron, Mol, massa molar e constante de Avogadro.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗