PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 55 do ITA 2023
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.
- AX: 1/8, 3/16 e 1/4,
Y: 1/16, 3/32 e 1/8. - BX: 1/8, 3/16 e 1/4,
Y: 1/24, 1/16 e 1/12. - CX: 1/16, 3/32 e 1/8,
Y: 1/8, 3/16 e 1/4. - DX: 1/16, 1/8 e 1/4,
Y: 1/32, 1/16 e 1/8. - EX: 1/24, 1/16 e 1/12,
Y: 1/8, 3/16 e 1/4.
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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:
- \ce{H2O}: \dfrac{2}{16}=\dfrac{1}{8}
- \ce{HDO}: \dfrac{3}{16}
- \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:
- \ce{H2O2}: \dfrac{2}{32}=\dfrac{1}{16}
- \ce{HDO2}: \dfrac{3}{32}
- \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 ↗