PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 56 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 determinada temperatura, uma mistura gasosa contendo as substâncias \ce{X2}, \ce{Y2} e \ce{XY} é adicionada a um recipiente de 1\ \text{L}, nas concentrações, em \text{mol}\ \text{L}^{-1}, de 0{,}4, 0{,}4 e 0{,}8, respectivamente. A equação química que representa a reação, cuja constante de equilíbrio é igual a 16, é dada por

\ce{X2 + Y2 <=> 2XY}.

Assinale a opção que contém a concentração aproximada, em \text{mol}\ \text{L}^{-1}, do produto \ce{XY}, após a reação atingir o equilíbrio.

  1. A
    0{,}5.
  2. B
    0{,}8.
  3. C
    1{,}1.
  4. D
    2{,}2.
  5. E
    2{,}7.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Primeiro, compare o quociente de reação Q com K para saber o sentido da reação.

Q=\frac{[\ce{XY}]^2}{[\ce{X2}][\ce{Y2}]}=\frac{0{,}8^2}{0{,}4\cdot 0{,}4}=\frac{0{,}64}{0{,}16}=4

Como Q<K (4<16), falta produto: a reação se desloca para a direita.

Monte a tabela de variação, com x mol/L de \ce{X2} e de \ce{Y2} consumidos (a proporção é 1:1:2):

  • [\ce{X2}]=0{,}4-x
  • [\ce{Y2}]=0{,}4-x
  • [\ce{XY}]=0{,}8+2x

No equilíbrio:

16=\frac{(0{,}8+2x)^2}{(0{,}4-x)^2}

Como tudo é positivo, tiramos a raiz quadrada dos dois lados:

4=\frac{0{,}8+2x}{0{,}4-x}
  1. 4(0{,}4-x)=0{,}8+2x
  2. 1{,}6-4x=0{,}8+2x
  3. 0{,}8=6x, logo x\approx 0{,}133

Então:

[\ce{XY}]=0{,}8+2(0{,}133)\approx 1{,}07\approx 1{,}1\ \text{mol/L}

Confira: [\ce{X2}]=[\ce{Y2}]\approx0{,}267, e \dfrac{1{,}07^2}{0{,}267^2}\approx16. Está correto.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor abaixo do inicial (0,8), como se a reação fosse para a esquerda, mas Q<K indica deslocamento para a direita.
  • BÉ a concentração inicial de XY, sem considerar que a reação ainda avança até o equilíbrio.
  • DValor impossível: exigiria consumir mais X2 e Y2 do que existe (máximo de XY é 1,6).
  • ETambém ultrapassa o máximo possível de 1,6 mol/L, pois os reagentes são limitados.

Assuntos: equilíbrio químico, constante de equilíbrio, quociente de reação.

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