Questão 64 do ENEM 2013

Question

Uma das etapas do tratamento da água é a desinfecção, sendo a cloração o método mais empregado. Esse método consiste na dissolução do gás cloro numa solução sob pressão e sua aplicação na água a ser desinfectada. As equações das reações químicas envolvidas são:

\ce{Cl2 (g) + 2 H2O (l) <=> HClO (aq) + H3O+ (aq) + Cl- (aq)}

\ce{HClO (aq) + H2O (l) <=> H3O+ (aq) + ClO- (aq)} \quad \text{pK}_{\text{a}} = -\log \text{K}_{\text{a}} = 7{,}53

A ação desinfetante é controlada pelo ácido hipocloroso, que possui um potencial de desinfecção cerca de 80 vezes superior ao ânion hipoclorito. O pH do meio é importante, porque influencia na extensão com que o ácido hipocloroso se ioniza.

Para que a desinfecção seja mais efetiva, o pH da água a ser tratada deve estar mais próximo de

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Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 64 do ENEM 2013

1º dia · Ciências da Natureza · H19 · Química: Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização

Uma das etapas do tratamento da água é a desinfecção, sendo a cloração o método mais empregado. Esse método consiste na dissolução do gás cloro numa solução sob pressão e sua aplicação na água a ser desinfectada. As equações das reações químicas envolvidas são:

\ce{Cl2 (g) + 2 H2O (l) <=> HClO (aq) + H3O+ (aq) + Cl- (aq)}

\ce{HClO (aq) + H2O (l) <=> H3O+ (aq) + ClO- (aq)} \quad \text{pK}_{\text{a}} = -\log \text{K}_{\text{a}} = 7{,}53

A ação desinfetante é controlada pelo ácido hipocloroso, que possui um potencial de desinfecção cerca de 80 vezes superior ao ânion hipoclorito. O pH do meio é importante, porque influencia na extensão com que o ácido hipocloroso se ioniza.

Para que a desinfecção seja mais efetiva, o pH da água a ser tratada deve estar mais próximo de

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C
7.
D
9.
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Resolução comentada

O ácido hipocloroso (HClO) é a espécie que desinfeta bem, cerca de 80 vezes mais que o íon hipoclorito (\ce{ClO-}). Então queremos o pH em que a maior parte do cloro ativo esteja como HClO, isto é, em que a ionização do HClO seja mínima.

O equilíbrio de ionização é:

\ce{HClO + H2O <=> H3O+ + ClO-}

Pelo princípio de Le Chatelier, quanto mais \ce{H3O+} houver no meio (pH baixo), mais o equilíbrio se desloca para a esquerda, favorecendo o HClO.

Usando o \text{pK}_\text{a} = 7{,}53, a relação entre as espécies é:

\text{pH} = \text{pK}_\text{a} + \log\frac{[\ce{ClO-}]}{[\ce{HClO}]}

Se pH < 7,53, então [\ce{HClO}] > [\ce{ClO-}]: predomina o ácido.
Se pH > 7,53, predomina o hipoclorito, menos eficaz.

Assim, o pH deve ficar abaixo de 7,53. Porém, pH muito baixo (0) é inviável para água de consumo, muito ácida, e também desloca a primeira reação para a esquerda, liberando \ce{Cl2} gasoso, que escapa e se perde. Entre as opções, o valor mais adequado, ácido mas ainda razoável, é 5. O pH 7 está muito perto do pKa, com cerca de 25% de \ce{ClO-} presente. Em pH 5, o HClO é cerca de 99,7% do total.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

ApH 0 favorece HClO, mas é acidez extrema, inadequada para água tratada, e desloca a primeira reação, liberando Cl2 gasoso.
CpH 7 está próximo do pKa, então ainda há cerca de 25% de hipoclorito, menos eficaz.
DEm pH 9, acima do pKa, predomina o ClO-, o desinfetante fraco.
EEm pH 14 praticamente todo o HClO está ionizado como ClO-.

Assunto: Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização.

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