PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão Q09 da 2ª fase da FUVEST 2007
O Brasil é campeão de reciclagem de latinhas de alumínio. Essencialmente, basta fundi-las, sendo, entretanto, necessário compactá-las, previamente, em pequenos fardos. Caso contrário, o alumínio queimaria no forno, onde tem contato com oxigênio do ar.
a) Escreva a equação química que representa a queima do alumínio.
b) Use argumentos de cinética química para explicar por que as latinhas de alumínio queimam, quando jogadas diretamente no forno, e por que isso não ocorre, quando antes são compactadas?
Uma latinha de alumínio vazia pode ser quebrada em duas partes, executando-se o seguinte experimento:
- Com uma ponta metálica, risca-se a latinha em toda a volta, a cerca de 3 cm do fundo, para remover o revestimento e expor o metal.
- Prepara-se uma solução aquosa de \ce{CuCl2}, dissolvendo-se 2,69 g desse sal em 100 mL de água. Essa solução tem cor verde-azulada.
- A latinha riscada é colocada dentro de um copo de vidro, contendo toda a solução aquosa de \ce{CuCl2}, de tal forma a cobrir o risco. Mantém-se a latinha imersa, colocando-se um peso sobre ela.
Após algum tempo, observa-se total descoramento da solução e formação de um sólido floculoso avermelhado tanto sobre o risco, quanto no fundo da latinha. Um pequeno esforço de torção sobre a latinha a quebra em duas partes.
c) Escreva a equação química que representa a transformação responsável pelo enfraquecimento da latinha de alumínio.
d) Calcule a massa total do sólido avermelhado que se formou no final do experimento, ou seja, quando houve total descoramento da solução.
| Dados: massas molares (g/mol) \ce{Cu} .......... 63,5 \ce{Cl} .......... 35,5 |
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Resolução comentada
a) O alumínio reage com o oxigênio do ar e forma o óxido de alumínio:
4\,\ce{Al} + 3\,\ce{O2} \rightarrow 2\,\ce{Al2O3}
b) A velocidade de uma reação heterogênea depende da superfície de contato entre os reagentes. A latinha é muito fina e tem grande área exposta ao oxigênio. Ao ser jogada no forno quente, a alta temperatura fornece energia suficiente para que muitas colisões sejam efetivas. A reação, então, é rápida e o alumínio queima.
Ao compactar as latinhas em fardos, a área de contato com o \ce{O2} diminui muito, pois só a superfície externa do fardo fica exposta. Assim, o número de colisões efetivas por unidade de tempo cai e a reação com o oxigênio fica lenta. O alumínio funde antes de queimar de forma significativa.
Latinhas soltas têm grande superfície de contato com o \ce{O2} e, com a temperatura alta do forno, reagem rapidamente. Nos fardos a superfície exposta é bem menor, a velocidade da reação cai e o metal funde sem queimar.
c) O alumínio é mais reativo que o cobre e o desloca da solução. O \ce{Al} se oxida e o \ce{Cu^{2+}} se reduz, formando o sólido avermelhado (cobre metálico). O alumínio consumido na região riscada é o que enfraquece a latinha.
2\,\ce{Al} + 3\,\ce{Cu^{2+}} \rightarrow 2\,\ce{Al^{3+}} + 3\,\ce{Cu} (ou, com o sal: 2\,\ce{Al} + 3\,\ce{CuCl2} \rightarrow 2\,\ce{AlCl3} + 3\,\ce{Cu})
d) O descoramento total mostra que todo o \ce{Cu^{2+}} foi consumido, ou seja, o \ce{CuCl2} é o reagente limitante. Todo o cobre da solução vira \ce{Cu} metálico.
- Massa molar do \ce{CuCl2}: 63{,}5 + 2\cdot 35{,}5 = 134{,}5\ \text{g/mol}.
- Quantidade de matéria: n = \dfrac{2{,}69}{134{,}5} = 0{,}0200\ \text{mol}.
- Pela equação, 1\ \text{mol} de \ce{CuCl2} produz 1\ \text{mol} de \ce{Cu}, logo n(\ce{Cu}) = 0{,}0200\ \text{mol}.
- Massa de cobre: m = 0{,}0200 \cdot 63{,}5 = 1{,}27\ \text{g}.
1{,}27\ \text{g} de cobre
Assuntos: Velocidade de reação e fatores que a alteram, Reações de oxirredução e balanceamento redox.
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