PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 52 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

Considere que as curvas (I) e (II) representam uma mesma reação química em fase gasosa, mas em diferentes condições.

Gráfico da fração de moléculas em função da energia mostrando duas distribuições de Maxwell-Boltzmann, curvas (I) e (II), com uma linha vertical tracejada indicando a energia de ativação Ea.

Sabendo que E_a é a energia de ativação, é CORRETO afirmar que

  1. A
    em (II) a reação ocorre na presença de um catalisador.
  2. B
    a reação é endotérmica.
  3. C
    a reação é de primeira ordem.
  4. D
    a temperatura em (I) é menor do que em (II).
  5. E
    a constante de velocidade da reação em (I) é maior do que em (II).
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

O gráfico mostra a distribuição de Maxwell-Boltzmann: a fração de moléculas em função da energia. Só reagem as moléculas com energia igual ou maior que E_a, ou seja, a área sob a curva à direita da linha tracejada.

  1. A curva (I) tem pico mais alto e mais à esquerda, com cauda curta. Isso indica energia média menor, ou seja, temperatura menor.
  2. A curva (II) é mais larga, com pico mais baixo e deslocado para a direita. Isso indica energia média maior, ou seja, temperatura maior.
  3. À direita de E_a, a área sob (II) é bem maior que sob (I). Em (II) há mais moléculas com energia suficiente para reagir.
  4. Pela equação de Arrhenius, k = A\,e^{-E_a/RT}, temperatura maior dá k maior. Logo k_{II} > k_{I}.

Conferindo as alternativas: um catalisador diminuiria E_a, deslocando a linha tracejada, mas ela é a mesma nas duas curvas. O gráfico não informa se a reação é endotérmica nem a ordem dela. A temperatura em (I) é menor que em (II), e k em (I) é menor que em (II).

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUm catalisador mudaria o valor de Ea, mas a linha tracejada é a mesma nas duas curvas; a diferença entre elas é a temperatura.
  • BA distribuição de energias não informa o sinal do ΔH; seria preciso o diagrama de energia da reação.
  • CA ordem da reação depende da lei de velocidade, não da distribuição de energias.
  • EInverte a relação: (I) tem menos moléculas acima de Ea, então seu k é menor que o de (II).

Assuntos: distribuição de Maxwell-Boltzmann, cinética química, energia de ativação.

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