PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 51 do ITA 2024

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 (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\text{ C}

Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}

Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\text{ J s}

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m s}^{-1}

Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\text{ atm} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\text{ N m}^{-2} = 1{,}01325\text{ bar}

Energia: 1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg 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}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\text{ L}.

Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}

Condições padrão: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(\text{s}) = sólido. (\ell) = líquido. (\text{g}) = gasoso. (\text{aq}) = aquoso. (\text{conc}) = concentrado. (\text{ua}) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie \text{X} em \text{mol L}^{-1}.

\ln \text{X} = 2{,}3\log \text{X}; \sqrt{2} = 1{,}41; \sqrt{3} = 1{,}73.

\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
He 2 4,00 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Br 35 79,90
F 9 19,00 Sn 50 118,71
Na 11 22,99 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
K 19 39,10 Hg 80 200,59

Dados os processos químicos abaixo, assinale aquele que representa uma reação endotérmica.

  1. A
    Cristalização de cloreto de sódio a partir do sal puro fundido.
  2. B
    Corrosão de uma placa de ferro.
  3. C
    Neutralização de uma solução aquosa de um ácido forte com uma solução aquosa de uma base fraca.
  4. D
    Decomposição de uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio 40 volumes na presença de um catalisador.
  5. E
    Formação de cal virgem por decomposição de calcário.
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Resolução comentada

Reação endotérmica é a que absorve calor do ambiente (\Delta H > 0). Vamos avaliar cada processo.

  1. Cristalização do NaCl a partir do sal fundido: é uma solidificação, em que ocorre formação de ligações (ordenação dos íons) e liberação de energia. É exotérmico. Além disso, é uma mudança de estado, não uma reação química.
  2. Corrosão do ferro: \ce{4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3} é oxidação espontânea e libera calor. É exotérmica.
  3. Neutralização de ácido forte com base fraca: toda neutralização libera calor (formação de água e de sal), embora um pouco menos quando a base é fraca, pois parte da energia é gasta na ionização dela. O saldo continua exotérmico.
  4. Decomposição da água oxigenada: \ce{2H2O2 -> 2H2O + O2} é fortemente exotérmica. O catalisador só acelera a reação e não altera o \Delta H. Por isso a solução esquenta e chega a vaporizar.
  5. Decomposição do calcário: \ce{CaCO3 -> CaO + CO2} exige cerca de +178\ \text{kJ/mol} e temperaturas próximas de 900\ ^\circ\text{C}. Absorve muito calor, logo é endotérmica.

Só o processo da alternativa E absorve energia.

Alternativa E.

Pegadinha: A alternativa C engana ao sugerir que a base fraca (que gasta energia para ionizar) tornaria a neutralização endotérmica, mas o saldo continua exotérmico.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ACristalização (solidificação) libera energia, é exotérmica.
  • BA oxidação do ferro é espontânea e libera calor.
  • CNeutralização é exotérmica; a base fraca apenas reduz o calor liberado, sem torná-lo positivo.
  • DA decomposição do \ce{H2O2} libera bastante calor; o catalisador não muda o \Delta H.

Assuntos: termoquímica, reações endotérmicas e exotérmicas.

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Fonte: ITA 2024 · 1ª fase. Prova oficial ↗