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Química

ITA 2007 Química — Questão 20

Considere a reação química representada pela equação abaixo e sua respectiva força eletromotriz nas condições-padrão:

O2(g)+4 H+(aq)+4 Br−(aq)⇌2 Br2(g)+2 H2O(l),ΔE∘=0,20 V.\mathrm{O_2(g) + 4\,H^+(aq) + 4\,Br^-(aq) \rightleftharpoons 2\,Br_2(g) + 2\,H_2O(l)},\quad \Delta E^\circ = 0{,}20\ \mathrm{V}.

Agora, considere que um recipiente contenha todas as espécies químicas dessa equação, de forma que todas as concentrações sejam iguais às das condições-padrão, exceto a de H+\mathrm{H^+}. Assinale a opção que indica a faixa de pH na qual a reação química ocorrerá espontaneamente.

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Gabarito do ITA 2007 Química, questão 20: alternativa A

2,8<pH<3,42{,}8 < \mathrm{pH} < 3{,}4

O que a questão pede

Aqui o ITA quer ver se você aplica a equação de Nernst com o expoente certo do H⁺ e percebe que n = 4 e [H⁺]⁴ se cancelam.

Por onde começar · passo 1 de 4

Escreva o quociente de reação

Com todas as outras espécies no estado-padrão, o que sobra em Q?

Q=pBr22pO2 [H+]4[Br−]4Q = \dfrac{p_{\mathrm{Br_2}}^2}{p_{\mathrm{O_2}}\,[\mathrm{H^+}]^4[\mathrm{Br^-}]^4}; a água líquida não entra. Com pBr2=pO2=1p_{\mathrm{Br_2}} = p_{\mathrm{O_2}} = 1 bar e [Br−]=1[\mathrm{Br^-}] = 1 mol/L, fica Q=1/[H+]4Q = 1/[\mathrm{H^+}]^4.

A armadilha

A intuição de que "água neutra" é o ambiente natural leva à faixa perto de pH 7, mas lá a fem já é negativa (≈ −0,22 V). O erro técnico típico é esquecer o expoente 4 do H⁺ no quociente ou trocar o sinal do log.

Quem cai nela marca B, C, D, E.

012345678-0,3-0,2-0,100,10,2pHfem E (V)E° = 0,20 V (pH 0)E = 0 em pH ≈ 3,4pH 7: −0,21 V
A fem cai 0,059 V por unidade de pH e cruza o zero em pH ≈ 3,4: à esquerda a reação é espontânea.

Na resolução completa vêm os outros 3 passos, o motivo de cada alternativa estar certa ou errada.

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