a) 40 g; b) 75%; c) 180 g·mol⁻¹; d) 3 mol·L⁻¹
Para determinar os valores solicitados, calculamos inicialmente a quantidade total de matéria (em mol) dos cátions presentes nos 500\text{ mL} (0,5\text{ L}) de solução:
n_{\text{total de cátions}} = C_{\text{total}} \times V = 2\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1} \times 0,5\text{ L} = 1,0\text{ mol}
Sabendo que a proporção molar entre os cátions \text{Q}^+ : \text{R}^{2+} : \text{T}^{3+} é de 6 : 3 : 1, a soma das partes da proporção é 6 + 3 + 1 = 10. Assim, o número de mols de cada cátion na solução é:
n(\text{Q}^+) = \frac{6}{10} \times 1,0\text{ mol} = 0,6\text{ mol}
n(\text{R}^{2+}) = \frac{3}{10} \times 1,0\text{ mol} = 0,3\text{ mol}
n(\text{T}^{3+}) = \frac{1}{10} \times 1,0\text{ mol} = 0,1\text{ mol}
Considerando a dissociação completa dos sais e que as impurezas são inertes e não contêm os íons em questão:
a) Pela estequiometria de dissociação do sal \text{QX} (\text{QX} \rightarrow \text{Q}^+ + \text{X}^-), temos:
n(\text{QX}) = n(\text{Q}^+) = 0,6\text{ mol}
A massa de \text{QX} puro necessária é:
m_{\text{puro}}(\text{QX}) = n(\text{QX}) \times MM(\text{QX}) = 0,6\text{ mol} \times 60\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1} = 36\text{ g}
Como o sal apresenta 90\% de pureza, a massa total m utilizada é:
m = \frac{36\text{ g}}{0,90} = 40\text{ g}
b) Pela estequiometria de dissociação do sal \text{RX}_2 (\text{RX}_2 \rightarrow \text{R}^{2+} + 2\text{X}^-), temos:
n(\text{RX}_2) = n(\text{R}^{2+}) = 0,3\text{ mol}
A massa de \text{RX}_2 puro correspondente é:
m_{\text{puro}}(\text{RX}_2) = n(\text{RX}_2) \times MM(\text{RX}_2) = 0,3\text{ mol} \times 150\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1} = 45\text{ g}
Como foram utilizados 60\text{ g} do sal impuro, a pureza P\% é dada por:
P\% = \frac{45\text{ g}}{60\text{ g}} \times 100\% = 75\%
c) Pela estequiometria de dissociação do sal \text{TX}_3 (\text{TX}_3 \rightarrow \text{T}^{3+} + 3\text{X}^-), temos:
n(\text{TX}_3) = n(\text{T}^{3+}) = 0,1\text{ mol}
Sabendo que foram utilizados 20\text{ g} do sal com 90\% de pureza, a massa de \text{TX}_3 puro é:
m_{\text{puro}}(\text{TX}_3) = 20\text{ g} \times 0,90 = 18\text{ g}
Logo, a massa molar (MM) do sal \text{TX}_3 é:
MM = \frac{m_{\text{puro}}(\text{TX}_3)}{n(\text{TX}_3)} = \frac{18\text{ g}}{0,1\text{ mol}} = 180\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}
d) Pela condição de eletroneutralidade da solução (ou pela soma estequiométrica da dissociação dos três sais), a quantidade total de matéria do ânion \text{X}^- é:
n(\text{X}^-) = 1 \cdot n(\text{Q}^+) + 2 \cdot n(\text{R}^{2+}) + 3 \cdot n(\text{T}^{3+})
n(\text{X}^-) = 1(0,6\text{ mol}) + 2(0,3\text{ mol}) + 3(0,1\text{ mol}) = 0,6 + 0,6 + 0,3 = 1,5\text{ mol}
Portanto, a concentração molar de \text{X}^- na solução de 0,5\text{ L} é:
[\text{X}^-] = \frac{n(\text{X}^-)}{V} = \frac{1,5\text{ mol}}{0,5\text{ L}} = 3\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}
Resposta final: a) 40 g; b) 75%; c) 180 g·mol⁻¹; d) 3 mol·L⁻¹