PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 68 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

Em um reator mantido à temperatura constante, \ce{PCl5(g)} encontra-se em equilíbrio com 1\text{ atm} de \ce{Cl2(g)} e 2\text{ atm} de \ce{PCl3(g)}. Sabendo-se que a constante de equilíbrio da reação de dissociação do \ce{PCl5(g)} nessa temperatura é \text{k}_\text{p} = 4, assinale a alternativa que apresenta a nova pressão de equilíbrio do \ce{PCl5(g)} (em \text{atm}) após adição de mais 2\text{ atm} desse gás ao reator.

  1. A
    1{,}0
  2. B
    1{,}5
  3. C
    2{,}0
  4. D
    2{,}5
  5. E
    3{,}5
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Resolução comentada

A reação de dissociação é \ce{PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g)}, com K_p = \dfrac{P_{PCl_3}\cdot P_{Cl_2}}{P_{PCl_5}} = 4.

Estado inicial de equilíbrio: com P_{PCl_3}=2 atm e P_{Cl_2}=1 atm:

4=\frac{2\cdot 1}{P_{PCl_5}} \Rightarrow P_{PCl_5}=0{,}5\ \text{atm}

Perturbação: adicionam-se 2 atm de \ce{PCl5}, que passa a 2{,}5 atm. Como Q = \dfrac{2\cdot1}{2{,}5}=0{,}8 < K_p, o equilíbrio desloca-se para a direita (dissociação de \ce{PCl5}).

Novo equilíbrio: seja x a pressão de \ce{PCl5} que se dissocia:

  1. P_{PCl_5}=2{,}5-x
  2. P_{PCl_3}=2+x
  3. P_{Cl_2}=1+x
\frac{(2+x)(1+x)}{2{,}5-x}=4
x^2+3x+2=10-4x \Rightarrow x^2+7x-8=0

As raízes são x=1 e x=-8; vale x=1.

Logo, P_{PCl_5}=2{,}5-1=1{,}5 atm.

Conferência: \dfrac{3\cdot2}{1{,}5}=4. ✔

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D (2,5 atm) engana quem soma 0,5 + 2 e esquece que o sistema se reajusta, consumindo parte do PCl5 adicionado.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor sem relação com a equação; ignora o deslocamento correto a partir de 2,5 atm.
  • CResultaria em Kp = 3·... incorreto; não satisfaz a expressão de Kp.
  • DÉ a pressão logo após a adição (0,5 + 2), sem considerar que o equilíbrio se desloca.
  • ESoma erradamente 2 atm à pressão inicial e ainda a desloca no sentido contrário.

Assuntos: equilíbrio químico, constante Kp, deslocamento de equilíbrio.

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