PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 60 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

As energias de ligação do \ce{H2}, do \ce{Cl2} e do \ce{HCl} nas condições padrão e a 25\ ^\circ\text{C}, em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}, são 434, 243 e 431, respectivamente. Com base nessas informações, assinale a alternativa que apresenta a entalpia padrão de formação do \ce{HCl}, em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}.

  1. A
    -185
  2. B
    -92{,}5.
  3. C
    92{,}5.
  4. D
    185.
  5. E
    769{,}5.
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Resolução comentada

A entalpia de formação do \ce{HCl} corresponde à reação que forma 1 mol de \ce{HCl} a partir das substâncias simples:

\tfrac{1}{2}\ce{H2(g)} + \tfrac{1}{2}\ce{Cl2(g)} \rightarrow \ce{HCl(g)}

A energia de ligação é a energia absorvida para romper 1 mol de ligações (processo endotérmico). Formar ligações libera energia. Então:

\Delta H = \text{(energia para romper ligações dos reagentes)} - \text{(energia liberada ao formar ligações dos produtos)}
  1. Rompimento: \tfrac{1}{2}\times 434 = 217\ \text{kJ} para o \ce{H2} e \tfrac{1}{2}\times 243 = 121{,}5\ \text{kJ} para o \ce{Cl2}. Total absorvido: 217 + 121{,}5 = 338{,}5\ \text{kJ}.
  2. Formação: 1 mol de ligações H–Cl libera 431\ \text{kJ}.
  3. Saldo:
\Delta H = 338{,}5 - 431 = -92{,}5\ \text{kJ mol}^{-1}

O sinal negativo indica reação exotérmica, coerente com a liberação maior do que a absorção.

Atenção: se usássemos a equação balanceada com 2 mol de \ce{HCl}, o valor seria -185\ \text{kJ}, mas isso não é a entalpia de formação, que se refere a 1 mol do composto.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa A engana quem usa a equação com 2 mol de HCl e esquece que a entalpia de formação é por 1 mol.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AÉ o valor para 2 mol de HCl (H2 + Cl2 → 2 HCl), e não por mol de HCl formado.
  • CInverte o sinal, tratando a formação como endotérmica (ligações formadas liberam energia).
  • DÉ o valor da reação para 2 mol de HCl com o sinal trocado.
  • ESoma todas as energias (434 + 243 + 431 = 1108) ou outra combinação sem sentido físico, ignorando a diferença entre romper e formar ligações.

Assuntos: entalpia de formação, energia de ligação.

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