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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 19 (Química) do ITA 2018

Química · Química: Combustão e poder calorífico

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

O perclorato de amônio (PA) é um dos componentes mais utilizados em propelentes de foguetes. Para aperfeiçoar seu desempenho, hidrogênio pode ser utilizado como aditivo. Considere dadas as entalpias de combustão destas espécies: \Delta\text{H}_{\text{c,PA}} = -189\text{ kJ mol}^{-1}; \Delta\text{H}_{\text{c,H}_2} = -286\text{ kJ mol}^{-1}.

Com base nessas informações, assinale a opção que apresenta a equação linear da variação da entalpia de combustão da mistura de PA com \text{H}_2 em função da quantidade de \text{H}_2.

  1. A
    y = -0{,}48x + 189
  2. B
    y = -0{,}48x - 189
  3. C
    y = -0{,}48x + 208
  4. D
    y = -0{,}97x - 189
  5. E
    y = -0{,}97x - 208
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Resolução comentada

Para uma mistura, a entalpia de combustão é a média das entalpias de cada componente, ponderada pela fração em quantidade de matéria (mol). Seja x a porcentagem em mol de \text{H}_2 na mistura. Então o PA ocupa (100-x)\%.

  1. Entalpia da mistura por mol:
y = \frac{(100-x)(-189) + x(-286)}{100}
  1. Separando os termos:
y = -189 + \frac{189x}{100} - \frac{286x}{100}
  1. Juntando os termos em x:
y = -189 - \frac{97}{100}x = -0{,}97x - 189

Conferência: em x=0 só há PA e y=-189 kJ/mol. Em x=100 só há \text{H}_2 e y=-189-97=-286 kJ/mol. Os dois extremos batem com os dados.

O coeficiente linear é a entalpia do PA puro, -189, e o angular é a diferença entre as entalpias do \text{H}_2 e do PA, dividida por 100.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ACoeficiente angular errado (-0{,}48) e intercepto com sinal positivo; em x=0 daria +189, e a combustão é exotérmica.
  • BO intercepto -189 está certo, mas o coeficiente angular -0{,}48 não vem da diferença -97 dividida por 100.
  • CCoeficiente angular e intercepto (+208) incoerentes com os extremos -189 e -286.
  • EIntercepto -208 não corresponde à entalpia do PA puro (-189).

Assuntos: Combustão e poder calorífico, Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.

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Fonte: ITA 2018 · Química. Prova oficial ↗