PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 62 do ITA 2020

1ª fase · Química

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

Um reator com 200\text{ L} de capacidade, possui uma mistura de dióxido de nitrogênio e monóxido de carbono a 400\text{ K}, cujo comportamento pode ser considerado ideal. Os gases reagem entre si para formar dióxido de carbono e monóxido de nitrogênio. A pressão total no reator é igual a 32{,}8\text{ atm} e, no início da reação, a pressão parcial do monóxido de carbono é três vezes maior que a do dióxido de nitrogênio. As massas iniciais de dióxido de nitrogênio e de monóxido de carbono são, respectivamente,

  1. A
    1{,}5\text{ kg} e 4{,}2\text{ kg}.
  2. B
    1{,}5\text{ kg} e 4{,}5\text{ kg}.
  3. C
    1{,}5\text{ kg} e 6{,}6\text{ kg}.
  4. D
    2{,}3\text{ kg} e 4{,}2\text{ kg}.
  5. E
    2{,}3\text{ kg} e 6{,}6\text{ kg}.
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Resolução comentada

A pressão total é a soma das parciais (lei de Dalton). Se a pressão parcial do NO₂ é p, a do CO é 3p, então:

p + 3p = 32{,}8 \Rightarrow p = 8{,}2\ \text{atm}, \quad p_{CO} = 24{,}6\ \text{atm}

Como o gás é ideal, n = \dfrac{pV}{RT}. Com RT = 8{,}21\times10^{-2}\times 400 = 32{,}84\ \text{atm L/mol}:

  1. Quantidade de NO₂: n = \dfrac{8{,}2\times 200}{32{,}84} = \dfrac{1640}{32{,}84} \approx 49{,}9\ \text{mol}, ou seja, cerca de 50\ \text{mol}.
  2. Quantidade de CO: n = 3\times 50 \approx 150\ \text{mol} (exatamente \dfrac{24{,}6\times200}{32{,}84}\approx149{,}8).

Massas molares: NO₂ = 14{,}01 + 2\times16{,}00 = 46{,}01\ \text{g/mol}; CO = 12{,}01 + 16{,}00 = 28{,}01\ \text{g/mol}.

  1. Massa de NO₂: 49{,}9\times 46{,}01 \approx 2{,}3\times10^3\ \text{g} = 2{,}3\ \text{kg}.
  2. Massa de CO: 149{,}8\times 28{,}01 \approx 4{,}2\times10^3\ \text{g} = 4{,}2\ \text{kg}.

A reação não altera o cálculo, pois pedem as massas iniciais.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA massa de NO₂ (1,5 kg) corresponde a cerca de 33 mol, valor que não sai de nenhuma conta com p = 8,2 atm.
  • BMesmo erro na massa de NO₂, e 4,5 kg de CO não corresponde a 24,6 atm.
  • CMassa de NO₂ errada e massa de CO errada (6,6 kg seria cerca de 236 mol).
  • EA massa de NO₂ está certa, mas a de CO (6,6 kg) é incompatível com pressão parcial de 24,6 atm.

Assuntos: lei de Dalton, equação de Clapeyron, misturas gasosas.

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Fonte: ITA 2020 · 1ª fase. Prova oficial ↗