PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 56 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

Considere 1 L de solução aquosa preparada por meio da adição de 1 mol de um ácido monoprótico hipotético, 1 mol de sua base conjugada e 0,82 mol de uma base forte. Sabendo que a constante de ionização do ácido é igual a 10^{-4}, assinale a alternativa que melhor representa o pH da solução resultante.

  1. A
    4.
  2. B
    5.
  3. C
    6.
  4. D
    7.
  5. E
    8.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

A solução tem um ácido fraco HA e sua base conjugada A⁻, ou seja, é um tampão. Ao juntar a base forte (0,82 mol de OH⁻), ela reage por completo com o ácido:

\ce{HA + OH- -> A- + H2O}
  1. Ácido restante: 1 - 0{,}82 = 0{,}18\ \text{mol}
  2. Base conjugada formada: 1 + 0{,}82 = 1{,}82\ \text{mol}

Como o volume é 1 L, essas quantidades são as concentrações. Usando a equação de Henderson-Hasselbalch:

\text{pH} = \text{p}K_a + \log\frac{[\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}

Com K_a = 10^{-4}, temos \text{p}K_a = 4:

\text{pH} = 4 + \log\frac{1{,}82}{0{,}18} = 4 + \log 10{,}1 \approx 4 + 1 = 5

A razão é aproximadamente 10, e \log 10 = 1. O pH fica em torno de 5, e a hidrólise de A⁻ e a ionização de HA são desprezíveis frente às concentrações do tampão.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa apenas o pKa, como se as concentrações de ácido e base conjugada fossem iguais, sem considerar a base forte adicionada.
  • CSoma 2 ao pKa, o que corresponderia a uma razão de 100 entre base e ácido, e não de cerca de 10.
  • DSeria o pH de uma solução neutra, que não ocorre aqui porque o tampão é ácido fraco/base conjugada com pKa 4.
  • ETrata a solução como se o excesso de base forte a deixasse alcalina, mas a base forte foi consumida pelo ácido.

Assuntos: solução tampão, equação de Henderson-Hasselbalch, neutralização.

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