Questões de Estequiometria e cálculos químicos da PISM
11 questões oficiais da PISM sobre Estequiometria e cálculos químicos, de 2018 a 2026, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 5 fáceis, 6 médias.
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A massa de átomos e moléculas é medida em função da massa do 12C, e é expressa em unidade de massa atômica. Quando utilizamos o conceito de quantidade de matéria, a massa dessas espécies passa a ser expressa em gramas por mol. Essa correlação facilita muito o trabalho em laboratório como, por exemplo, o uso de balanças de precisão para medirmos a massa de substâncias (quantidades macroscópicas) e não a massa de átomos individuais.
Assim, 1 mol de Aℓ2O3 possui, aproximadamente
A
27 g de alumínio.
B
50 g de massa molar.
C
102 g de massa molar.
D
113 g de massa molar.
E
24 g de oxigênio.
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Gabarito: C
A massa de 1 mol de uma substância, em gramas, é numericamente igual à sua massa molecular em u. Com as massas da tabela periódica (Aℓ = 27; O = 16):
Aℓ2O3: 2 × 27 + 3 × 16 = 54 + 48 = 102 g/mol
Logo, 1 mol de óxido de alumínio tem massa de cerca de 102 g.
Por que as outras falham: - A: 1 mol de Aℓ2O3 contém 2 mol de alumínio, ou seja, 54 g, não 27 g. - B: 50 g não corresponde a nenhuma soma correta. - D: 113 g viria de somar errado as massas. - E: há 3 mol de oxigênio, ou seja, 48 g, não 24 g.
Resposta: C
Dica: multiplique a massa de cada elemento pelo índice dele na fórmula antes de somar.
Nos materiais contendo ferro, não é difícil identificar que ocorreu a oxidação. A esponja de aço, por exemplo, ao entrar em contato com o hipoclorito de sódio (NaCℓO), conhecido como água sanitária, reage formando Fe2O3(s). A equação química, não balanceada, que representa a reação entre o ferro e o hipoclorito de sódio está representada a seguir:
Fe(s) + NaCℓO(aq) ⇌ Fe2O3(s) + NaCℓ(aq)
Quantos mols de NaCℓO são necessários para produzir 480 g de Fe2O3?
A
1
B
2
C
3
D
6
E
9
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Gabarito: E
1. Balanceamento Fe: 2 no produto → 2 Fe. O: 3 no Fe2O3 → 3 NaCℓO (cada um traz 1 O). Na e Cℓ: 3 NaCℓ.
2 Fe + 3 NaCℓO → Fe2O3 + 3 NaCℓ
2. Mols de Fe2O3 Massa molar = 2 · 56 + 3 · 16 = 160 g/mol (tabela periódica) n = 480 ÷ 160 = 3 mol
3. Proporção 1 mol de Fe2O3 ↔ 3 mol de NaCℓO 3 mol de Fe2O3 ↔ 9 mol de NaCℓO
Resposta: E
Por que as outras atraem: parar nos 3 mol de Fe2O3 leva a C; usar a equação sem balancear leva a 3 ou 1.
Dica: balanceie sempre antes de usar a proporção; o oxigênio do Fe2O3 vem todo do hipoclorito.
Um laboratório químico armazena na mesma temperatura três cilindros de aço com o mesmo volume. O primeiro contém 10 kg de gás O2, o segundo 10 kg de gás H2 e o terceiro 10 kg de gás CO.
Assinale a alternativa CORRETA.
A
O cilindro contendo o CO apresenta a maior pressão, pois apresenta o maior número de átomos.
B
O cilindro contendo o gás H2 apresenta a maior pressão, pois apresenta o gás com a menor massa molecular.
C
O cilindro contendo o gás O2 apresenta a maior pressão, pois apresenta o gás com a maior massa molecular.
D
Os cilindros contendo H2 e O2 apresentam a mesma pressão, pois são moléculas constituídas de átomos iguais.
E
Os três cilindros apresentam a mesma pressão, pois possuem a mesma massa de gás.
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Gabarito: B
Pela equação dos gases, P = nRT/V. Com T e V iguais, a pressão depende só do número de mols n = m/M.
Com a mesma massa (10 kg = 10 000 g):
H2 (M = 2 g/mol): n = 5000 mol
CO (M = 28 g/mol): n ≈ 357 mol
O2 (M = 32 g/mol): n = 312,5 mol
O H2, de menor massa molar, tem muito mais moléculas e, portanto, a maior pressão.
A: CO e O2 têm 2 átomos por molécula; além disso, o que conta é o número de mols de gás.
C: maior massa molar significa menos mols e menor pressão.
D e E: mesma massa não significa mesmo número de mols.
Resposta: B
Dica: mesma massa de gases diferentes → quem tem menor massa molar tem mais mols (e mais pressão, a T e V iguais).
Considere 5 balões com o mesmo volume, na mesma temperatura. Cada balão contém um gás diferente: CO, CH4, He, O2 e CO2. Em todos os balões, a pressão exercida por cada gás é a mesma.
Assinale a alternativa CORRETA:
A
A massa de gás em todos os balões é a mesma.
B
A densidade dos gases contidos nos balões é a mesma.
C
O balão contendo o He apresenta o maior número de átomos.
D
A quantidade de substância em número de mol em todos os balões é a mesma.
E
O balão contendo o CH4 apresenta o maior número de moléculas.
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Gabarito: D
Pela hipótese de Avogadro (ou por PV = nRT): gases no mesmo volume, mesma temperatura e mesma pressão têm o mesmo número de mols, logo o mesmo número de moléculas.
D: correta, n = PV/RT é igual nos cinco balões.
A e B: erradas. Com o mesmo número de mols, a massa (e a densidade) depende da massa molar: CO₂ (44 g/mol) é o mais pesado e He (4 g/mol) o mais leve.
C: errada. Cada "molécula" de He tem 1 átomo; o CH₄ tem 5 átomos por molécula, então é o balão com mais átomos.
E: errada. Todos têm o mesmo número de moléculas.
Resposta: D.
Dica: mesmo P, V e T → mesmo n, qualquer que seja o gás.
Uma alternativa à utilização de combustíveis fósseis pelos automóveis são os motores a hidrogênio. Um dos desafios enfrentados no início das pesquisas sobre motores a hidrogênio, quando se pensava em tanques de gás como fonte do combustível, era minimizar o volume e ao mesmo tempo maximizar a quantidade de hidrogênio armazenado. Em um tanque de combustível cilíndrico, com volume igual a 120 L, que armazena o hidrogênio a uma temperatura de –253 °C e 3115 mmHg de pressão, o número de mols e massa de hidrogênio armazenados são respectivamente (dado R = 62,3 mmHg·L·mol–1·K–1):
A
300 mols e 0,6 kg
B
30 mols e 60 kg
C
300 mols e 0,3 kg
D
23,71 mols e 47,42 kg
E
73,19 mols e 0,146 kg
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Gabarito: A
1. Temperatura em kelvin. T = −253 + 273 = 20 K.
2. Número de mols (PV = nRT). n = PV ÷ RT = (3 115 × 120) ÷ (62,3 × 20) n = 373 800 ÷ 1 246 = 300 mol.
3. Massa. H2 tem M = 2 g/mol: m = 300 × 2 = 600 g = 0,6 kg.
Resposta: A.
Por que as outras atraem: C usa a massa molar do átomo H (1 g/mol) em vez da do gás H2; E usa a temperatura em °C sem converter.
Dica: na equação dos gases, temperatura sempre em kelvin, e confira se as unidades de R batem com as de P e V.
O mergulho em cavernas é uma atividade de alto risco. No gerenciamento do gás em mergulho em cavernas, utiliza-se a regra do 1/3: divide-se a quantidade de gás contido no cilindro de mergulho por 3, dos quais 1/3 do gás será consumido no caminho de ida, 1/3 é usado no caminho de volta (para sair da caverna) e o 1/3 restante fica como segurança, para ser usado em cenários de emergência. Considere um mergulhador que entre em uma caverna possuindo 240 atmosferas de gás em um cilindro de capacidade igual a 0,006 m³. Após consumir um terço do gás, inicia imediatamente o regresso. Suponha que o consumo de gás pelo mergulhador seja constante durante todo o trajeto e que a temperatura no interior da caverna seja de 20 °C. O número de mols de gás que restará no cilindro ao sair da caverna será (dado R = 0,082 atm.L / K.mol):
A
0,02 mol
B
0,30 mol
C
20 mols
D
30 mols
E
292 mols
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Gabarito: C
1. Pressão ao sair: pela regra do 1/3, ele gasta 1/3 na ida e 1/3 na volta; ao sair, resta 1/3 do gás:
p = 240 ÷ 3 = 80 atm
2. Dados em unidades de R: V = 0,006 m³ = 6 L; T = 20 + 273 = 293 K.