PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 55 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

Um sistema contendo oxigênio atômico (na forma do isótopo estável mais abundante) e hidrogênio atômico (na forma dos dois isótopos mais estáveis) é colocado a reagir em duas condições diferentes, levando à formação de produtos únicos e distintos, X e Y, respectivamente. Considere que X e Y correspondem a moléculas neutras, estáveis e que obedecem à regra do octeto, e que a massa molar média de X é menor do que a de Y.

Assinale a opção que relaciona corretamente as possíveis razões entre as massas de hidrogênio e de oxigênio nas moléculas que constituem X e Y.

  1. A
    X: 1/8, 3/16 e 1/4,
    Y: 1/16, 3/32 e 1/8.
  2. B
    X: 1/8, 3/16 e 1/4,
    Y: 1/24, 1/16 e 1/12.
  3. C
    X: 1/16, 3/32 e 1/8,
    Y: 1/8, 3/16 e 1/4.
  4. D
    X: 1/16, 1/8 e 1/4,
    Y: 1/32, 1/16 e 1/8.
  5. E
    X: 1/24, 1/16 e 1/12,
    Y: 1/8, 3/16 e 1/4.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

O oxigênio mais abundante é o ^{16}\text{O} (16 u). Os dois isótopos mais estáveis do hidrogênio são o prótio ^1\text{H} (1 u) e o deutério ^2\text{H} (2 u). Pela regra do octeto, o O faz duas ligações simples e o H faz uma, então as moléculas neutras possíveis são do tipo \ce{H2O}: o oxigênio com dois hidrogênios.

As combinações de isótopos são três: HH, HD e DD.

A razão entre as massas de hidrogênio e de oxigênio em cada uma é:

  1. \ce{H2O}: \dfrac{2}{16}=\dfrac{1}{8}
  2. \ce{HDO}: \dfrac{3}{16}
  3. \ce{D2O}: \dfrac{4}{16}=\dfrac{1}{4}

A água é o produto de menor massa molar. Então X é a água, com razões 1/8, 3/16 e 1/4.

Y tem massa molar maior e também obedece ao octeto. É o peróxido de hidrogênio, \ce{H2O2} (HO–OH), com dois O e dois H. Em Y, as razões são calculadas com 32 u de oxigênio:

  1. \ce{H2O2}: \dfrac{2}{32}=\dfrac{1}{16}
  2. \ce{HDO2}: \dfrac{3}{32}
  3. \ce{D2O2}: \dfrac{4}{32}=\dfrac{1}{8}

Logo, Y: 1/16, 3/32 e 1/8. Isso corresponde à opção em que X tem 1/8, 3/16, 1/4 e Y tem 1/16, 3/32, 1/8.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BPara Y usa razões com 48 u de oxigênio (três O), o que não obedece ao octeto com H e O neutros.
  • CInverte X e Y, atribuindo a água ao composto de maior massa molar.
  • DConsidera apenas valores de 1/16, 1/8 e 1/4 em X, ignorando a combinação HDO, e erra os de Y.
  • EInverte X e Y e usa três oxigênios para o composto de menor massa.

Assuntos: regra do octeto, isótopos, composição de moléculas.

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