PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 67 do ITA 2022

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 (\text{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 (\text{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 (\text{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 (\text{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.
(\text{s}) = sólido. (\ell) = líquido. (\text{g}) = gás. (\text{aq}) = aquoso. (\text{conc}) = concentrado. (\text{ua}) = unidades arbitrárias.
\text{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}
\text{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})
\ce{H} 1 1,01 \ce{Cl} 17 35,45
\ce{B} 5 10,81 \ce{K} 19 39,10
\ce{C} 6 12,01 \ce{Ca} 20 40,08
\ce{N} 7 14,01 \ce{Mn} 25 54,94
\ce{O} 8 16,00 \ce{Br} 35 79,90
\ce{F} 9 19,00 \ce{Ag} 47 107,87
\ce{Na} 11 22,99 \ce{I} 53 126,90
\ce{Mg} 12 24,30 \ce{Hg} 80 200,59
\ce{P} 15 30,97 \ce{Pb} 82 207,19
\ce{S} 16 32,06 \ce{Pa} 91 231,04

Considere as seguintes afirmações sobre processos termodinâmicos, que podem ocorrer em uma ou mais etapas, em que \Delta\text{T} se refere à variação de temperatura entre os estados inicial e final:

I. Um processo termodinâmico é definido pelo estado final e estado inicial do sistema.

II. \Delta\text{T} é sempre nula em um processo isotérmico.

III. A troca de calor envolvida em um processo isotérmico deve ser nula (q = 0).

IV. Todo processo em que \Delta\text{T} = 0 é um processo isotérmico.

V. \Delta\text{T} = 0 para todo processo em sistema isolado.

Assinale a opção que contém as afirmações ERRADAS:

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

Vamos avaliar cada afirmação. Isotérmico significa que a temperatura é constante durante todo o processo. Já \Delta T = 0 só compara o estado inicial com o final.

I. Em termodinâmica, um processo é definido pelos estados inicial e final, e o caminho (as etapas) pode variar. A afirmação está correta, do jeito que o enunciado a coloca ("pode ocorrer em uma ou mais etapas").

II. Se a temperatura é constante o tempo todo, então T_{final} - T_{inicial} = 0. Correta.

III. Em um processo isotérmico pode haver troca de calor. Na expansão isotérmica de um gás ideal, por exemplo, \Delta U = 0, então q = -w \neq 0. Também no gelo derretendo a 0\ ^\circ\text{C} há calor trocado. Errada.

IV. Um processo pode ter \Delta T = 0 entre os estados inicial e final e, no meio do caminho, a temperatura variar (esquenta e depois esfria). Nesse caso ele não é isotérmico. Errada.

V. Em um sistema isolado, não há troca de calor, mas a temperatura pode mudar. Exemplo: uma reação exotérmica em um calorímetro adiabático e rígido aquece o sistema. Errada.

As erradas são III, IV e V. Nenhuma alternativa traz exatamente esse conjunto, então é preciso reconsiderar a I. Se o processo é definido só pelos estados inicial e final, o caminho (isotérmico ou não) não faria parte da definição, e a distinção entre isotérmico e \Delta T=0 da afirmação IV ficaria sem sentido. Logo a I é considerada errada: o processo também é caracterizado pelo caminho, isto é, pelas condições em que ocorre (isotérmico, adiabático etc.).

Erradas: I, III, IV e V.

Alternativa B.

Pegadinha: A IV engana por confundir ΔT = 0 (só estados inicial e final) com processo isotérmico (temperatura constante em todo o caminho); a III engana por associar temperatura constante a ausência de calor.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AClassifica a II como errada, mas em processo isotérmico ΔT é sempre nula; omite III e V, que são erradas.
  • CDeixa de fora a IV, errada: ΔT = 0 entre os estados não garante temperatura constante no caminho.
  • DConsidera a II errada e a III e V certas, ao contrário: processo isotérmico pode trocar calor e sistema isolado pode variar de temperatura.
  • EOmite a I e a IV, que também são erradas.

Assuntos: processos termodinâmicos, processo isotérmico, sistema isolado.

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Fonte: ITA 2022 · 1ª fase. Prova oficial ↗