PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 59 do ITA 2021
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}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72
Definições
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\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. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
EPH = eletrodo padrão de hidrogênio
Massas Molares
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1,01 | K | 19 | 39,10 |
| C | 6 | 12,01 | Ca | 20 | 40,08 |
| N | 7 | 14,01 | Cr | 24 | 52,00 |
| O | 8 | 16,00 | Mn | 25 | 54,94 |
| F | 9 | 19,00 | Fe | 26 | 55,85 |
| Na | 11 | 22,99 | Ga | 31 | 69,72 |
| Al | 13 | 26,98 | Br | 35 | 79,90 |
| S | 16 | 32,06 | Xe | 54 | 131,29 |
| Cl | 17 | 35,45 | Ce | 58 | 140,12 |
| Ar | 18 | 39,95 | Pb | 82 | 207,19 |
Considere a reação genérica \ce{A + 2B -> C}, cuja lei de velocidade é dada por \nu = k[\ce{A}]^\alpha[\ce{B}]^\beta.
Em um estudo cinético, foram obtidas as velocidades da reação em cinco experimentos distintos, em que as concentrações das espécies A e B variaram conforme a tabela abaixo.
| Experimento | [\ce{A}] (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}) | [\ce{B}] (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}) | \nu (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,025 | 0,010 | 2{,}5 \times 10^{-6} |
| 2 | X | 0,020 | 2{,}0 \times 10^{-5} |
| 3 | 0,025 | 0,005 | 1{,}25 \times 10^{-6} |
| 4 | 0,100 | 0,005 | Y |
| 5 | 0,050 | 0,010 | 1{,}0 \times 10^{-5} |
Com base nesses experimentos, assinale a opção que apresenta os valores corretos de \alpha, \beta, k, X e Y, respectivamente.
- A1; 1; 1\times 10^{-2}; 1{,}0\times 10^{-1} e 5{,}0\times 10^{-6}
- B1; 2; 1{,}0; 1{,}0\times 10^{-3} e 5{,}0\times 10^{-4}
- C1; 2; 1{,}0; 5{,}0\times 10^{-2} e 2{,}5\times 10^{-4}
- D2; 1; 0{,}4; 2{,}5\times 10^{-3} e 2{,}0\times 10^{-3}
- E2; 1; 0{,}4; 5{,}0\times 10^{-2} e 2{,}0\times 10^{-5}
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Resolução comentada
Para achar as ordens, compare experimentos em que só uma concentração muda.
Ordem de B (\beta): nos experimentos 1 e 3, [\ce{A}] é constante e [\ce{B}] cai de 0{,}010 para 0{,}005 (metade). A velocidade vai de 2{,}5\times10^{-6} para 1{,}25\times10^{-6}, também metade. Logo \beta = 1.
Ordem de A (\alpha): nos experimentos 1 e 5, [\ce{B}] é constante e [\ce{A}] dobra (0{,}025 \to 0{,}050). A velocidade vai de 2{,}5\times10^{-6} para 1{,}0\times10^{-5}, ou seja, quadruplica. Então 2^\alpha = 4 e \alpha = 2.
Constante k (experimento 1):
Valor de X (experimento 2): \nu = 0{,}4\,X^2(0{,}020)=2{,}0\times10^{-5}.
Valor de Y (experimento 4):
Resultado: \alpha=2; \beta=1; k=0{,}4; X=5{,}0\times10^{-2}; Y=2{,}0\times10^{-5}.
Alternativa E.
Pegadinha: A alternativa D engana: o valor 2,5×10⁻³ é X² e quem esquece a raiz quadrada cai nela.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ADá ordem 1 para A, mas a velocidade quadruplica quando [A] dobra (ordem 2).
- BInverte as ordens (1 para A e 2 para B), contrariando os experimentos 1, 3 e 5.
- CTambém inverte as ordens e usa k=1,0, que não reproduz o experimento 1.
- DOrdens e k corretos, mas X=2,5×10⁻³ é o valor de X² (não tirou a raiz) e Y está errado.
Assuntos: cinética química, lei de velocidade, ordem de reação.
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Fonte: ITA 2021 · 1ª fase. Prova oficial ↗