PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 68 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

Considerando que o ar é composto aproximadamente de 21\% de \ce{O2} e 79\% de \ce{N2} em volume, tem-se que a razão molar ar/combustível da combustão completa de um determinado alcano é igual a 59{,}5. A partir desse dado, assinale a alternativa que corresponde à soma dos coeficientes estequiométricos de todas as substâncias presentes nessa reação.

  1. A
    30{,}5
  2. B
    55{,}5
  3. C
    82{,}0
  4. D
    112{,}0
  5. E
    124{,}5
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Resolução comentada

Alcano: \ce{C_nH_{2n+2}}. Combustão completa, com coeficiente 1 para o combustível:

\ce{C_nH_{2n+2} + \frac{3n+1}{2} O2 -> n CO2 + (n+1) H2O}
  1. O ar tem 21% de \ce{O2}, então \text{mol ar} = \dfrac{\text{mol O}_2}{0{,}21}.
  2. Razão ar/combustível: \dfrac{(3n+1)/2}{0{,}21} = 59{,}5.
  3. Então \dfrac{3n+1}{2} = 59{,}5 \times 0{,}21 = 12{,}495 \approx 12{,}5, ou seja, 3n+1 = 25 e n = 8. O alcano é o octano, \ce{C8H18}.

A reação, com o nitrogênio do ar presente (ele aparece nos dois lados, sem reagir), fica:

\ce{C8H18 + 12{,}5 O2 + 47 N2 -> 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2}

O \ce{N2} vale 12{,}5 \times \dfrac{79}{21} \approx 47{,}0. Conferindo: 12{,}5 + 47{,}0 = 59{,}5, o que bate com o dado.

Soma dos coeficientes de todas as substâncias presentes:

1 + 12{,}5 + 47 + 8 + 9 + 47 = 124{,}5

Se o \ce{N2} fosse omitido, a soma seria 30{,}5, mas o enunciado pede todas as substâncias presentes.

Alternativa E.

Pegadinha: A alternativa A engana quem ignora o N2 do ar, que aparece nos dois lados da equação e deve entrar na soma.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ASoma só os coeficientes da combustão sem o N2 (1 + 12,5 + 8 + 9).
  • BConta o N2 apenas uma vez (30,5 + 47 = 77,5 seria o valor), valor não corresponde a nenhuma soma correta.
  • CResultado sem relação com a soma correta, de erro na conta do N2 ou do alcano.
  • DValor incorreto, de erro na determinação de n ou dos coeficientes.

Assuntos: estequiometria, combustão de alcanos.

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