PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 49 do ITA 2023

1ª fase · Química

Texto-base das questões 49 a 60 · 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}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}

Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}

Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\ \text{s}

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}

Número de Euler (e) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}

Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \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}\ \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. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\ \text{L}^{-1}

\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 P 15 30,97
Li 3 6,94 S 16 32,06
B 5 10,81 Cl 17 35,45
C 6 12,01 K 19 39,10
N 7 14,01 Ca 20 40,08
O 8 16,00 Ga 31 69,72
F 9 19,00 Se 34 78,96
Na 11 22,99 Sr 38 87,62
Al 13 26,98

Em uma titulação, 100\ \text{mL} de uma solução de um ácido monoprótico fraco, cuja constante de ionização é igual a 10^{-9}, são neutralizados com 25\ \text{mL} de uma solução 0{,}5\ \text{mol L}^{-1} de hidróxido de sódio.

Assinale a opção que apresenta o pH no ponto de equivalência da titulação.

  1. A
    9{,}0.
  2. B
    9{,}5.
  3. C
    10{,}0.
  4. D
    10{,}5.
  5. E
    11{,}0.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

No ponto de equivalência, todo o ácido fraco HA foi convertido em seu sal, NaA. O ânion A⁻ é a base conjugada de um ácido fraco e sofre hidrólise, deixando a solução básica:

\ce{A- + H2O <=> HA + OH-}

Para descobrir o pH, siga os passos:

  1. Quantidade de base adicionada: n = 0{,}5\ \text{mol/L} \times 0{,}025\ \text{L} = 0{,}0125\ \text{mol}. Como o ácido é monoprótico, forma-se 0{,}0125\ \text{mol} de A⁻.
  2. Volume total: 100 + 25 = 125\ \text{mL} = 0{,}125\ \text{L}. Logo, [\ce{A-}] = 0{,}0125/0{,}125 = 0{,}1\ \text{mol/L}.
  3. Constante de hidrólise: K_b = K_w/K_a = 10^{-14}/10^{-9} = 10^{-5}.
  4. Como K_b é pequena, [\ce{OH-}]^2 = K_b \cdot [\ce{A-}] = 10^{-5} \times 10^{-1} = 10^{-6}, então [\ce{OH-}] = 10^{-3}\ \text{mol/L}.
  5. \text{pOH} = 3, e portanto \text{pH} = 14 - 3 = 11.

A aproximação vale, pois 10^{-3} é muito menor que 0{,}1.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Ausa o pKa (9) como pH, o que vale só no ponto de meia-neutralização, não na equivalência.
  • Bvalor sem base em cálculo; não resulta de nenhuma relação correta entre Ka e a concentração do sal.
  • Cconsidera [OH-] = 10^-4, esquecendo de tirar a raiz corretamente (ou ignora a diluição do sal).
  • Dvalor intermediário sem respaldo; erra a raiz de Kb·[A-].

Assuntos: hidrólise salina, titulação ácido-base, pH de sal de ácido fraco.

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Fonte: ITA 2023 · 1ª fase. Prova oficial ↗