PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 62 do ITA 2021

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}\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

A Análise Termogravimétrica (TGA) é uma técnica empregada para avaliar o comportamento térmico de amostras mensurando a variação de massa. A figura mostra a curva de TGA típica para o oxalato de cálcio monohidratado, submetido a uma taxa constante de aquecimento, sob fluxo de um gás inerte.

Gráfico da curva de TGA mostrando a porcentagem de massa restante em função da temperatura de 0 a 1000 °C, com três etapas bem definidas de perda de massa: a primeira perto de 200 °C descendo para cerca de 88%, a segunda em torno de 500 °C descendo para cerca de 68%, e a terceira entre 700 e 800 °C descendo para aproximadamente 38%.

Com base nessa figura e sabendo que a massa inicial corresponde a 100\%, é ERRADO afirmar que

  1. A
    a decomposição térmica do oxalato de cálcio ocorre em três etapas.
  2. B
    água de hidratação é eliminada da estrutura cristalina do oxalato de cálcio a temperatura maior que 100\ ^\circ\text{C}.
  3. C
    a decomposição do oxalato de cálcio ocorre com formação de monóxido e de dióxido de carbono.
  4. D
    o evento térmico que ocorre a 800\ ^\circ\text{C} leva à formação de cal virgem.
  5. E
    na decomposição do oxalato de cálcio, praticamente 40\% da amostra é perdida na forma de gases.
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Resolução comentada

O oxalato de cálcio monohidratado, \ce{CaC2O4.H2O}, tem massa molar 128{,}10\ \text{g/mol} (CaC2O4 = 128,10 e H2O = 18,02; total 146,12). Vamos conferir cada etapa do gráfico.

  1. Perda de água: 18{,}02/146{,}12 \approx 12{,}3\%, então a massa cai para cerca de 88\%. Isso ocorre entre 100 e 200 °C, portanto acima de 100 °C (B é correta).
  2. Segunda etapa: \ce{CaC2O4 -> CaCO3 + CO}. Perda de 28/146{,}12 \approx 19\%, de 88\% para cerca de 68\%. Forma-se CO.
  3. Terceira etapa: \ce{CaCO3 -> CaO + CO2}. Perda de 44/146{,}12 \approx 30\%, de 68\% para cerca de 38\%. O resíduo é \ce{CaO} (cal virgem), correta em D. Como forma-se CO e \ce{CO2}, C é correta.

Etapas: três perdas de massa, mas a primeira é só desidratação, não decomposição do oxalato. Assim, a decomposição do oxalato anidro ocorre em duas etapas (CO e depois CO2). Logo A é a afirmação errada.

Verificando E: a perda total é 100-38=62\%, sendo 12\% de água e 50\% de CO e \ce{CO2}. Se contarmos só a decomposição do oxalato, a perda vai de 88% a 38%, ou seja, 50% da massa inicial. A alternativa E fala em "praticamente 40%", o que também parece inconsistente; porém, se considerarmos a massa do oxalato anidro como 100%, a perda é 50/88 \approx 57\%. Nenhum desses valores é 40%, o que torna E errada em qualquer leitura. Entre as duas, a leitura do gráfico indica que E é a afirmação claramente falsa (perda de gases de cerca de 50%, ou 62% com a água, nunca 40%).

A afirmação A pode ser aceita como leitura do gráfico (três etapas de perda de massa), então o erro evidente é o valor de E.

Alternativa E.

Pegadinha: A alternativa E engana ao usar 40%, valor que lembra a massa restante (cerca de 38%), quando a massa perdida é de cerca de 62%.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO gráfico mostra três etapas de perda de massa, então a afirmação é aceitável.
  • BA água sai entre 100 e 200 °C, acima de 100 °C, então é verdadeira.
  • CO oxalato forma CO (segunda etapa) e CO2 (terceira), então é verdadeira.
  • DA 800 °C o resíduo é CaO, a cal virgem, então é verdadeira.

Assuntos: análise termogravimétrica, decomposição térmica, estequiometria.

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Fonte: ITA 2021 · 1ª fase. Prova oficial ↗