PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 60 do ITA 2019

1ª fase · Química · Química: Cálculo estequiométrico

Texto-base das questões 49 a 60 · 1ª fase

Constantes

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}\ \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{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{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}
Constante gravitacional (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \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 (\text{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} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
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{conc}) = \text{concentrado}. (\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}.
u.m.a. = \text{unidade de massa atômica}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

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
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
S 16 32,06 Br 35 79,90

Uma amostra de gás contém 80% de metano, 10% de etano, 5% de propano e 5% de nitrogênio, em volume. Considerando que todos os átomos de carbono na amostra de gás são convertidos em butadieno com 100% de rendimento, assinale a opção que apresenta a massa de butadieno obtido a partir de 100 g do gás.

  1. A
    50 g
  2. B
    60 g
  3. C
    70 g
  4. D
    80 g
  5. E
    90 g
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

Em gases, porcentagem em volume é igual à porcentagem em mol. Então, em 100 mol de gás, há 80 mol de \ce{CH4}, 10 mol de \ce{C2H6}, 5 mol de \ce{C3H8} e 5 mol de \ce{N2}.

Primeiro, a massa dessa mistura (massas molares: \ce{CH4}=16{,}04, \ce{C2H6}=30{,}07, \ce{C3H8}=44{,}09, \ce{N2}=28{,}02 g/mol, aproximadas por 16, 30, 44 e 28):

  1. \ce{CH4}: 80\times16=1280 g
  2. \ce{C2H6}: 10\times30=300 g
  3. \ce{C3H8}: 5\times44=220 g
  4. \ce{N2}: 5\times28=140 g

Total: 1940 g para 100 mol.

Agora, os mols de carbono nesses 100 mol de gás:

80\times1+10\times2+5\times3=115\ \text{mol de C}

O butadieno é \ce{C4H6}, com 4 C por molécula e massa molar 4(12{,}01)+6(1{,}01)=54{,}1 g/mol. Com rendimento de 100%:

n_{\ce{C4H6}}=\frac{115}{4}=28{,}75\ \text{mol}\Rightarrow m=28{,}75\times54{,}1\approx1555\ \text{g}

Essa massa vale para 1940 g de gás. Para 100 g:

m=\frac{1555\times100}{1940}\approx80\ \text{g}

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor muito baixo, resultado de erro na proporção de carbono ou no uso da massa da amostra.
  • BNão corresponde ao cálculo correto de mols de C e da massa de \ce{C4H6} por 100 g.
  • CValor próximo, mas não sai da conta correta com a massa molar da mistura.
  • EValor alto demais, como se a massa de gás fosse menor ou se contasse carbono a mais.

Assuntos: Cálculo estequiométrico, Estudo dos gases e equação de Clapeyron.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 60 no caderno 1ª fase do ITA 2019

Fonte: ITA 2019 · 1ª fase. Prova oficial ↗