PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 57 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 valores maiores de energia de hidratação são observados para íons com menor tamanho e maior carga. Com base nessa informação, são feitas as seguintes comparações entre a energia de hidratação dos pares de íons abaixo.

I. \ce{Li+ > K+}.
II. \ce{B^{3+} > Al^{3+}}.
III. \ce{Sr^{2+} < Ca^{2+}}.
IV. \ce{Ga^{3+} > Ca^{2+}}.
V. \ce{S^{2-} > Se^{2-}}.

Das comparações I a V, acima destacadas, são CORRETAS

  1. A
    apenas I e II.
  2. B
    apenas I, II e IV.
  3. C
    apenas II, III e V.
  4. D
    apenas III, IV e V.
  5. E
    todas.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

A energia de hidratação (em módulo) cresce com a densidade de carga: quanto menor o raio e maior a carga do íon, mais intensa é a atração íon-dipolo com a água. Vamos comparar cada par.

I. \ce{Li+} e \ce{K+} têm a mesma carga, mas o Li fica acima do K no grupo 1, logo é menor. Então \ce{Li+ > K+}. Correta.

II. \ce{B^{3+}} e \ce{Al^{3+}} têm a mesma carga, e o B está acima do Al no grupo 13, logo é menor. Então \ce{B^{3+} > Al^{3+}}. Correta.

III. \ce{Sr^{2+}} e \ce{Ca^{2+}} têm a mesma carga, e o Sr, mais abaixo no grupo 2, é maior. Ele é hidratado com menos intensidade: \ce{Sr^{2+} < Ca^{2+}}. Correta.

IV. \ce{Ga^{3+}} tem carga +3 e é menor que \ce{Ca^{2+}}. O Ga fica no mesmo período do Ca, porém mais à direita, e tem carga nuclear maior (31 contra 20). Como o Ga tem carga maior e raio menor, \ce{Ga^{3+} > Ca^{2+}}. Correta.

V. \ce{S^{2-}} e \ce{Se^{2-}} têm a mesma carga, e o S está acima do Se no grupo 16, logo é menor. Então \ce{S^{2-} > Se^{2-}}. Correta.

As cinco comparações seguem o critério dado.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AOmite as comparações III, IV e V, que também seguem o critério de carga e tamanho.
  • BConsidera erradas a III e a V, mas Sr²⁺ é maior que Ca²⁺ e S²⁻ é menor que Se²⁻.
  • CDescarta I e IV sem motivo: Li⁺ é menor que K⁺ e Ga³⁺ tem maior carga e menor raio que Ca²⁺.
  • DExclui I e II, mas Li⁺ e B³⁺ são menores que K⁺ e Al³⁺, respectivamente.

Assuntos: energia de hidratação, raio iônico, propriedades periódicas.

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