PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 57 do ITA 2020
Texto-base das questões 56 a 70 · 1ª fase
Constantes
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{,}60 \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}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (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 (e) = 2,72
Definições
Pressão:1 atm = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia:1 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 atm
Condições padrão:1 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.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.
u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{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 | Cl | 17 | 35,45 |
| C | 6 | 12,01 | K | 19 | 39,10 |
| N | 7 | 14,01 | Cu | 29 | 63,55 |
| O | 8 | 16,00 | Br | 35 | 79,90 |
| Na | 11 | 23,00 | Ag | 47 | 107,87 |
| P | 15 | 30,97 | I | 53 | 126,90 |
| S | 16 | 32,06 |
Considere uma bateria de fluxo de hidrogênio gasoso (\ce{H2}) e bromo líquido (\ce{Br2}) operando nas condições padrão. Durante a descarga, a bateria converte \ce{H2} e \ce{Br2} em ácido bromídrico (\ce{HBr}). As reações de meia célula e os respectivos potenciais-padrão de eletrodo, a 298 K, são:
A dissociação da água pode ser observada pelo efeito da seguinte semirreação:
A formação de complexos iônicos de polibrometo ocorre segundo as reações e suas respectivas constantes de equilíbrio:
Sejam feitas as seguintes afirmações a respeito dessa bateria:
I. O potencial da célula pode ser aproximado pela equação: E_{catodo} - E_{anodo} = 1{,}087 + 0{,}06\ pH.
II. O solvente (água) é termodinamicamente estável somente a pH < 2{,}4.
III. Recarregar a bateria com um potencial catódico inferior a 1{,}229\text{ V} garante a estabilidade do solvente.
IV. Durante a descarga da bateria, a concentração do \ce{HBr} aumenta e podem formar complexos iônicos de \ce{Br3-} e \ce{Br5-}.
Das afirmações acima, estão CORRETAS
- Aapenas I, II e IV.
- Bapenas I e III.
- Capenas II e IV.
- Dapenas III e IV.
- Etodas.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Analise afirmação por afirmação.
I. O anodo é \ce{H2 -> 2H+ + 2e-}, com E = 0 - 0{,}06\,\text{pH} (Nernst: E = -\frac{0{,}06}{2}\log[\ce{H+}]^2 = -0{,}06\cdot(-\text{pH})... conferindo o sinal: para a oxidação escrita como redução \ce{2H+ + 2e- -> H2}, E = -0{,}06\,\text{pH}). Logo E_{anodo} = -0{,}06\,\text{pH}, e E_{catodo} - E_{anodo} = 1{,}087 + 0{,}06\,\text{pH}. Correta.
II. A água é estável se o potencial do \ce{O2} não for atingido. Para \ce{O2 + 4e- + 4H+ -> 2H2O}: E = 1{,}229 - 0{,}06\,\text{pH}. O \ce{Br2} (1,087 V) só não oxida a água se 1{,}087 < 1{,}229 - 0{,}06\,\text{pH}, isto é:
Correta (no contexto da bateria).
III. Na recarga, o potencial do catodo (lado do \ce{Br2}) precisa ficar abaixo do potencial de formação do \ce{O2}, que é 1{,}229 - 0{,}06\,\text{pH}, e não simplesmente abaixo de 1,229 V. Em pH > 0 esse valor é menor que 1,229 V, então um potencial um pouco abaixo de 1,229 V já pode oxidar a água. Incorreta.
IV. Na descarga, \ce{H2 + Br2 -> 2HBr}: o \ce{HBr} se forma e sua concentração aumenta. Com mais \ce{Br-} e \ce{Br2} presentes, as reações de equilíbrio com K_3 e K_5 produzem \ce{Br3-} e \ce{Br5-}. Correta.
Corretas: I, II e IV.
Alternativa A.
Pegadinha: A afirmação III engana ao usar 1,229 V (valor em pH 0) sem corrigir pelo pH, que diminui o potencial do \ce{O2}.
Por que as outras alternativas estão erradas
- BInclui a III, falsa, e exclui a II e a IV, que são corretas.
- CExclui a I, que está correta pela equação de Nernst do anodo.
- DInclui a III, falsa, e deixa de fora a I e a II.
- EA III é falsa, pois o limite de estabilidade da água depende do pH.
Assuntos: equação de Nernst, eletroquímica, pilhas e baterias.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: ITA 2020 · 1ª fase. Prova oficial ↗