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Questão 59 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 as afirmações relacionadas a células eletroquímicas.

I. O potencial padrão de uma célula eletroquímica é diretamente proporcional à variação de energia livre de Gibbs padrão da reação envolvida e inversamente proporcional à sua constante de equilíbrio.

II. Dado que os valores de potencial padrão do eletrodo de cobre e do calomelano saturado em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio são, respectivamente, 0{,}34\text{ V} e 0{,}24\text{ V}, o potencial do eletrodo de cobre em relação ao eletrodo de calomelano saturado será 0{,}10\text{ V}.

III. Os potenciais padrão de eletrodo não são valores absolutos de semicélulas, mas sim diferenças de potencial entre semicélulas.

IV. O catodo de uma célula galvânica torna-se o anodo quando essa célula passa a operar como célula eletrolítica, embora a redução sempre ocorra no catodo da célula e a oxidação sempre ocorra no anodo.

Assinale a opção que contém as afirmações CORRETAS.

  1. A
    Apenas I e II.
  2. B
    Apenas I, II e IV.
  3. C
    Apenas I e III.
  4. D
    Apenas II, III e IV.
  5. E
    Apenas III e IV.
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Resolução comentada

Vamos avaliar cada afirmação.

I. Falsa. A relação é \Delta G^\circ = -nFE^\circ, então E^\circ é proporcional a -\Delta G^\circ (inversamente, não diretamente). Além disso, E^\circ = \frac{RT}{nF}\ln K, ou seja, E^\circ cresce com \ln K, e não é inversamente proporcional a K.

II. Correta. Todos os potenciais são medidos em relação ao EPH, e a diferença entre dois deles dá o potencial de um em relação ao outro:

E^\circ_{\text{Cu/ECS}} = 0{,}34 - 0{,}24 = 0{,}10\ \text{V}

III. Correta. Não existe como medir o potencial absoluto de uma semicélula. Por convenção, o EPH vale zero e os demais potenciais são diferenças de potencial em relação a ele.

IV. Em parte verdadeira, mas com erro. Por definição, o catodo é onde ocorre redução e o anodo é onde ocorre oxidação, em qualquer célula. Ao inverter o sentido da reação (célula eletrolítica), o eletrodo que era catodo passa a sofrer oxidação, tornando-se anodo. Isso é coerente com a afirmação, que também está correta.

Portanto, as corretas são II, III e IV.

Alternativa D.

Pegadinha: A afirmação I engana ao dizer 'diretamente proporcional' a ΔG°, quando a relação ΔG° = −nFE° tem sinal negativo, e ao falar em 'inversamente' a K.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AConsidera a I correta, mas E° não é proporcional a ΔG° (é -nFE°) nem inversamente proporcional a K, e ignora a III e a IV.
  • BInclui a I, que está errada, e deixa de fora a III, que é correta.
  • CInclui a I, que está errada, e exclui a II e a IV, que são corretas.
  • EOmite a II, que é correta: 0,34 − 0,24 = 0,10 V.

Assuntos: potencial padrão de eletrodo, células galvânicas e eletrolíticas, energia livre de Gibbs.

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