Durante a calibração de um sensor de dióxido de nitrogênio (NO2), usado para monitorar a qualidade do ar em…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Durante a calibração de um sensor de dióxido de nitrogênio (NO2), usado para monitorar a qualidade do ar em uma cidade brasileira, uma técnica colocou em um cilindro com êmbolo uma amostra gasosa constituída exclusivamente por NO2. A temperatura foi mantida constante, e não houve vazamento. Inicialmente, a amostra ocupava 1,00 L sob pressão de 1,00 atm. O volume foi reduzido para 0,50 L e, após o restabelecimento do equilíbrio, a pressão estabilizou em 1,60 atm. Nesse sistema, ocorre o equilíbrio 2 NO2(g) ? N2O4(g). Considere os gases ideais. Com base nos dados do texto, determine a porcentagem da quantidade inicial de NO2 que se transformou em N2O4 após a compressão.
- A) 60% do NO₂ inicial.
- B) 50% do NO₂ inicial.
- C) 20% do NO₂ inicial.
- D) 30% do NO₂ inicial.
- E) 40% do NO₂ inicial.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Como a temperatura é constante, vale a lei de Boyle-Mariotte para a quantidade total de gás: P1 x V1 = n0 x R x T. Logo n0 x R x T = 1,00 atm x 1,00 L = 1,00 atm.L. Passo 2: Após a compressão (V = 0,50 L), o número de mols total no equilíbrio é n_f, com P_f x V_f = n_f x R x T, ou seja, 1,60 atm x 0,50 L = 0,80 atm.L. Assim n_f = 0,80 x n0. Passo 3: Se não houvesse reação, a pressão seria 2,00 atm, então a queda para 1,60 atm indica que o número de mols diminuiu, o que é coerente com a dimerização 2 NO2 -> N2O4. Passo 4: Seja y a quantidade de N2O4 formado. Para cada y mols de N2O4 formados, consomem-se 2y mols de NO2. Então n_f = n0 - 2y + y = n0 - y. Como n_f = 0,80 n0, temos y = 0,20 n0. Passo 5: O NO2 consumido é 2y = 0,40 n0, ou seja, 40% da quantidade inicial de NO2 se transformou em N2O4. Passo 6: Por isso o gabarito E está correto. A alternativa A (60%) é a fração de NO2 que restou, não a que reagiu. A alternativa B (50%) resulta de divisões de pressão que ignoram a estequiometria. A alternativa C (20%) é a quantidade de N2O4 formado, e não a de NO2 consumido. A alternativa D (30%) resulta de misturar a pressão inicial com a final no cálculo.
💡 Dica: Use a lei dos gases ideais e a estequiometria da reação para calcular a fração convertida.
Alternativa por alternativa
Calculou corretamente que 0,60 n0 de NO2 restou no equilíbrio, mas respondeu com essa fração como se fosse a que se transformou em N2O4.
Usou a diferença de pressão ou de mols sem considerar que cada 2 mols de NO2 geram 1 mol de N2O4, chegando a uma proporção de 50% por meio de uma razão incorreta entre quantidades.
Por que engana: Confundir a relação entre pressão, volume e número de mols ou não aplicar corretamente a estequiometria da reação.
Encontrou corretamente que 0,20 n0 mols de N2O4 se formaram, mas esqueceu que são consumidos 2 mols de NO2 para cada mol de N2O4, e tomou esse valor como resposta.
Calculou (1,60 - 1,00)/2,00 = 30%, misturando a pressão inicial com a final e usando um denominador que não corresponde à situação do problema.
Como a temperatura é constante e o gás se comporta idealmente, a quantidade total de matéria é proporcional ao produto pressão × volume. Inicialmente, esse produto vale 1,00 atm·L. Após a compressão e o restabelecimento do equilíbrio, vale 1,60 atm × 0,50 L = 0,80 atm·L. Portanto, a quantidade total de mols diminuiu 20%. Na reação 2 NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g), a transformação de 2 mols de NO₂ em 1 mol de N₂O₄ reduz a quantidade total em 1 mol, ou seja, a redução corresponde à metade da quantidade de NO₂ transformada. Assim, uma redução total de 20% equivale à transformação de 40% do NO₂ inicial.
Raio-X da questão
equilíbrio químico e gases ideais
avaliacao
lei dos gases ideais · equilíbrio químico
revisar equilíbrio químico e cálculo com gases ideais
Confundir a relação entre pressão, volume e número de mols ou não aplicar corretamente a estequiometria da reação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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