PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 63 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

Considere as seguintes proposições sobre processos termodinâmicos:

I. A entropia permanece constante em um sistema fechado que sofre a ação de um processo reversível.

II. A variação de entropia é nula dentro do sistema quando ele opera em um ciclo de Carnot.

III. O valor absoluto da variação da energia interna de um gás ideal numa expansão reversível adiabática é maior que numa expansão reversível isotérmica.

IV. Energia interna é uma propriedade cuja variação pode ser medida pelo trabalho adiabático realizado entre dois estados.

Das afirmações acima, está(ão) ERRADA(S) apenas

  1. A
    I.
  2. B
    I, II e IV.
  3. C
    II e III.
  4. D
    III.
  5. E
    IV.
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Resolução comentada

Vamos avaliar cada afirmação.

I. Em um processo reversível, \Delta S_{\text{total}} = 0 (sistema + vizinhança), mas a entropia do sistema pode variar. Por exemplo, a fusão reversível de um sólido em um sistema fechado tem \Delta S = q_{rev}/T \neq 0. Logo, a afirmação é errada.

II. Em um ciclo, o sistema volta ao estado inicial. Como S é função de estado, \Delta S_{\text{sistema}} = 0. Afirmação correta.

III. Para um gás ideal, U depende só de T. Na expansão isotérmica, \Delta T = 0, então \Delta U = 0. Na adiabática reversível, o gás se resfria (q=0, \Delta U = w < 0), então |\Delta U| > 0. Portanto, o módulo da variação é maior na adiabática. Afirmação correta.

IV. Pela primeira lei, \Delta U = q + w. Em um processo adiabático, q = 0, então \Delta U = w_{ad}, e o trabalho adiabático mede \Delta U entre dois estados. Afirmação correta.

Apenas a I está errada.

Alternativa A.

Pegadinha: A afirmação I engana ao confundir entropia total (nula em processo reversível) com entropia do sistema, que pode variar.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BConsidera erradas II e IV, que estão corretas: a entropia, como função de estado, não varia em ciclo, e \Delta U = w_{ad}.
  • CConsidera errada a II (correta, pois \Delta S = 0 em ciclo) e a III (correta, pois \Delta U=0 só na isotérmica).
  • DJulga a III errada, mas na isotérmica \Delta U=0 e na adiabática \Delta U\neq0.
  • EJulga a IV errada, mas com q=0 tem-se \Delta U = w, e a I é que está errada.

Assuntos: entropia, primeira lei da termodinâmica, gás ideal.

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