PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 16 (Química) do ITA 2018
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}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \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}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\ \text{kg}\ \text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72
DEFINIÇÕES
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2}
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}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(\text{s}) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (\text{g}) = \text{gás}. (\text{aq}) = \text{aquoso}. (\text{CM}) = \text{circuito metálico}. (\text{conc}) = \text{concentrado}.
(\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}
MASSAS MOLARES
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1,01 | Fe | 26 | 55,85 |
| He | 2 | 4,00 | Cu | 29 | 63,55 |
| C | 6 | 12,01 | Zn | 30 | 65,38 |
| N | 7 | 14,01 | Br | 35 | 79,90 |
| O | 8 | 16,00 | Pt | 78 | 195,08 |
| Na | 11 | 22,99 | Pb | 82 | 207,2 |
| S | 16 | 32,06 | Ra | 88 | (não possui isótopos estáveis) |
| Cl | 17 | 35,45 | U | 92 | 238,03 |
| Ca | 20 | 40,08 |
Considere dadas as constantes de dissociação ácida (\text{K}_\text{a}) ou básica (\text{K}_\text{b}) das seguintes substâncias, a 25\ ^\circ\text{C}: fenol (\ce{C6H5OH}), \text{K}_\text{a} = 1 \times 10^{-10} e anilina (\ce{C6H5NH2}), \text{K}_\text{b} = 7 \times 10^{-10}.
Sobre o pH de soluções aquosas dessas substâncias são feitas as seguintes afirmações:
I. A solução aquosa de fenol a 1 \times 10^{-4}\text{ mol L}^{-1} tem \text{pH} < 5.
II. A solução aquosa de anilina a 1 \times 10^{-4}\text{ mol L}^{-1} tem \text{pH} > 9.
III. Ambas as soluções aquosas a 1 \times 10^{-4}\text{ mol L}^{-1} têm pH aproximadamente iguais.
Das afirmações acima está(ão) CORRETA(S)
- Aapenas I.
- Bapenas I e II.
- Capenas II.
- Dapenas II e III.
- Eapenas III.
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Resolução comentada
Para ácido ou base fraca, [\text{H}^+]=\sqrt{K_a C} (ou [\text{OH}^-]=\sqrt{K_b C}), mas aqui a concentração é tão baixa que convém checar a autoionização da água (10^{-7}\ \text{mol/L}).
Afirmação I (fenol):
- K_aC = 10^{-10}\cdot 10^{-4}=10^{-14}, então \sqrt{K_aC}=10^{-7}.
- Esse valor é igual ao da água, que não pode ser desprezada. O fenol contribui com cerca de 10^{-7}, e a água com 10^{-7} também.
- Balanço de cargas: [\text{H}^+]=[\text{C}_6\text{H}_5\text{O}^-]+[\text{OH}^-], com [\text{C}_6\text{H}_5\text{O}^-]=K_aC/[\text{H}^+]=10^{-14}/[\text{H}^+].
- Então [\text{H}^+]^2=10^{-14}+10^{-14}=2\times10^{-14}, logo [\text{H}^+]\approx1{,}4\times10^{-7} e \text{pH}\approx6{,}85.
Portanto \text{pH}>5 e I é falsa (o pH é quase neutro).
Afirmação II (anilina):
- K_bC=7\times10^{-10}\cdot10^{-4}=7\times10^{-14}.
- Balanço de cargas: [\text{OH}^-]^2=K_bC+K_w=7\times10^{-14}+10^{-14}=8\times10^{-14}.
- [\text{OH}^-]\approx2{,}8\times10^{-7}, então \text{pOH}\approx6{,}55 e \text{pH}\approx7{,}45.
O pH é menor que 9, então II é falsa.
Afirmação III: os pH são aproximadamente 6,85 e 7,45, ambos próximos de 7, ou seja, aproximadamente iguais. III é verdadeira.
Alternativa E.
Pegadinha: A concentração de 10^{-4} mol/L é tão baixa que a autoionização da água não pode ser desprezada; usar apenas \sqrt{KC} leva a valores errados de pH.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AConsidera só o fenol e ignora a água: o pH do fenol é cerca de 6,85, não menor que 5.
- BAfirma I e II verdadeiras, mas nenhuma é: pH do fenol ≈ 6,85 e da anilina ≈ 7,45.
- CIgnora a água e supõe a anilina muito básica; o pH real é ≈ 7,45, não maior que 9.
- DInclui a II, falsa, pois o pH da anilina é ≈ 7,45 e não > 9.
Assuntos: Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização, pH, pOH e indicadores.
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Fonte: ITA 2018 · Química. Prova oficial ↗