PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 60 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

Os seguintes diagramas representam diferentes estados de equilíbrio de uma reação exotérmica do tipo A_2(g) + B_2(g) \rightleftharpoons 2AB(g).

Diagrama I Diagrama II Diagrama III Diagrama IV

Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA.

  1. A
    Se a constante de equilíbrio da reação, K_c, em um determinada temperatura, é igual a 3, apenas o diagrama (I) representa o sistema no equilíbrio.
  2. B
    Os diagramas (II) e (IV) podem representar a situação da reação em equilíbrio em duas temperaturas diferentes, com \text{T}_{\text{II}} > \text{T}_{\text{IV}}.
  3. C
    Se todos os diagramas representam a reação em equilíbrio, o diagrama (III) representa a reação com a menor constante de equilíbrio.
  4. D
    Se a pressão for reduzida à metade pela duplicação do volume, em temperatura constante, os diagramas (II) e (III) representam a reação em equilíbrio para o estado inicial e final, respetivamente, desse processo, com \text{V}_{\text{II}} = 2\text{V}_{\text{III}}.
  5. E
    Se cada símbolo que representa uma molécula nos diagramas equivale a 0{,}20\text{ mol} e se o volume do recipiente é 1{,}0\text{ L}, a constante de equilíbrio da reação representada pelo diagrama (I) é 0{,}5.
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Resolução comentada

Vamos contar as moléculas em cada diagrama. Black-black é B_2 (escuro), white-white é A_2 (claro) e metade escura/metade clara é AB.

  • Diagrama I: 1 A_2 (claro), 2 B_2 (escuro), 3 AB (ou seja, 3 moléculas bicolores: topo direita, meio, e baixo esquerda, mais a de baixo direita é escura-escura). Contando pela figura: A_2=1, B_2=3, AB=3. Então K_c = \frac{3^2}{1\cdot 3}=3.
  • Diagrama II: A_2=3, B_2=3, AB=1, então K_c=\frac{1}{9}.
  • Diagrama III: A_2=3, B_2=1, AB=3, então K_c=\frac{9}{3}=3.
  • Diagrama IV: A_2=2, B_2=2, AB=3, então K_c=\frac{9}{4}.

Avaliando as opções:

(A) Falsa: K_c=3 ocorre em I e em III.

(B) Exotérmica: temperatura maior desloca para os reagentes, diminuindo K_c. K_{II}=1/9 < K_{IV}=2{,}25, portanto T_{II}>T_{IV}. Correta.

(C) Falsa: a menor constante é a do diagrama II.

(D) Falsa: como \Delta n=0, a variação de volume não desloca o equilíbrio, e II e III têm composições diferentes.

(E) Com 0,20 mol por molécula e 1 L: [A_2]=0{,}2, [B_2]=0{,}6, [AB]=0{,}6, então K_c=\frac{0{,}36}{0{,}12}=3, e não 0,5.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AK_c=3 vale tanto para o diagrama I quanto para o III, não só para o I.
  • CA menor constante é a do diagrama II (1/9), não a do III (K_c=3).
  • DComo \Delta n=0, a variação de volume não desloca o equilíbrio, e II e III têm composições diferentes.
  • EO cálculo correto para o diagrama I dá K_c=3, e não 0,5.

Assuntos: equilíbrio químico, constante de equilíbrio, princípio de Le Chatelier.

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