Questão 54 do ENEM PPL 2013

1º dia · Ciências da Natureza

Após o desmonte da bateria automotiva, é obtida uma pasta residual de 6 kg, em que 19%, em massa, é dióxido de chumbo(IV), 60%, sulfato de chumbo(II) e 21%, chumbo metálico. O processo pirometalúrgico é o mais comum na obtenção do chumbo metálico, porém, devido à alta concentração de sulfato de chumbo(II), ocorre grande produção de dióxido de enxofre (\text{SO}_2), causador de problemas ambientais. Para eliminar a produção de dióxido de enxofre, utiliza-se o processo hidrometalúrgico, constituído de três etapas, no qual o sulfato de chumbo(II) reage com carbonato de sódio a 1{,}0\text{ mol/L} a 45\text{ }^\text{o}\text{C}, obtendo-se um sal insolúvel (etapa 1), que, tratado com ácido nítrico, produz um sal de chumbo solúvel (etapa 2) e, por eletrólise, obtém-se o chumbo metálico com alto grau de pureza (etapa 3).

ARAÚJO, R. V. V. et al. Reciclagem de chumbo de bateria automotiva: estudo de caso. Disponível em: www.iqsc.usp.br. Acesso em: 17 abr. 2010 (adaptado).

Considerando a obtenção de chumbo metálico a partir de sulfato de chumbo(II) na pasta residual, pelo processo hidrometalúrgico, as etapas 1, 2 e 3 objetivam, respectivamente,

  1. A
    a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do \ce{Pb^{2+}} em \ce{Pb^0}.
  2. B
    a lixiviação ácida e dessulfuração; a lixiviação básica e solubilização; a redução do \ce{Pb^{4+}} em \ce{Pb^0}.
  3. C
    a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do \ce{Pb^0} em \ce{Pb^{2+}}.
  4. D
    a lixiviação ácida e dessulfuração; a lixiviação básica e solubilização; a redução do \ce{Pb^{2+}} em \ce{Pb^0}.
  5. E
    a lixiviação básica e dessulfuração; a lixiviação ácida e solubilização; a redução do \ce{Pb^{4+}} em \ce{Pb^0}.
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Resolução comentada

Vamos seguir o chumbo em cada etapa.

Etapa 1: o \ce{PbSO4} reage com carbonato de sódio, que é um sal de caráter básico (hidrólise do \ce{CO3^{2-}} gera meio básico). A reação é:

\ce{PbSO4 + Na2CO3 -> PbCO3 + Na2SO4}

O sulfato sai do chumbo e vai para a solução como \ce{Na2SO4}. Isso é a dessulfuração, feita em meio básico, ou seja, uma lixiviação básica. O sal insolúvel obtido é o \ce{PbCO3}.

Etapa 2: o \ce{PbCO3} é tratado com ácido nítrico:

\ce{PbCO3 + 2 HNO3 -> Pb(NO3)2 + H2O + CO2}

O meio é ácido, então é uma lixiviação ácida. O objetivo é a solubilização do chumbo, pois o \ce{Pb(NO3)2} é solúvel.

Etapa 3: na eletrólise da solução de \ce{Pb(NO3)2}, o íon \ce{Pb^{2+}} recebe elétrons no cátodo:

\ce{Pb^{2+} + 2 e^- -> Pb^0}

Ganho de elétrons é redução, e o Nox vai de +2 para 0. Portanto é a redução do \ce{Pb^{2+}} em \ce{Pb^0}.

Juntando: lixiviação básica e dessulfuração; lixiviação ácida e solubilização; redução de \ce{Pb^{2+}} a \ce{Pb^0}.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BInverte os meios (etapa 1 é básica, etapa 2 é ácida) e usa \ce{Pb^{4+}}, que não é o íon do \ce{PbSO4}.
  • CDescreve a etapa 3 como redução de \ce{Pb^0} a \ce{Pb^{2+}}, que na verdade seria oxidação.
  • DInverte os tipos de lixiviação: carbonato é básico e o ácido nítrico é ácido.
  • EUsa \ce{Pb^{4+}} na etapa 3, mas o chumbo do \ce{PbSO4} é \ce{Pb^{2+}}.

Assuntos: hidrometalurgia, reações inorgânicas, eletrólise.

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