Questão 6 (2º dia) da 2ª fase da FUVEST 2010

2º dia · Química

O fluxograma ao lado representa um processo para a produção de magnésio metálico a partir dos íons \ce{Mg^{2+}} dissolvidos na água do mar.

Fluxograma: A recebe água e origina Ca(OH)₂, identificado como “cal apagada”. A cal apagada se combina com Mg²⁺ na água do mar, formando B, identificado como “precipitado”. B e D seguem para a obtenção de MgCl₂, com a indicação “(secagem)”. O MgCl₂ passa por “eletrólise com NaCl e CaCl₂ a 700 °C”, da qual saem C, “Mg em lingotes” e “subprodutos”. C e H₂ seguem para a formação de D, que retorna à etapa de obtenção de MgCl₂.

a) Preencha a tabela da página ao lado com as fórmulas químicas das substâncias que foram representadas, no fluxograma, pelas letras A, B, C e D.

b) Escreva as duas semirreações que representam a eletrólise ígnea do \ce{MgCl2}, identificando qual é a de oxidação e qual é a de redução.

c) Escreva a equação química que representa um método, economicamente viável, de produzir a substância A.

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Resolução comentada

a) A cal apagada, \ce{Ca(OH)2}, é obtida pela reação de A com água. Logo, A é a cal virgem (óxido de cálcio): \ce{CaO + H2O -> Ca(OH2)}, ou seja, \ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}.

A cal apagada reage com os íons \ce{Mg^{2+}} da água do mar e forma o precipitado B, o hidróxido de magnésio:

\ce{Mg^{2+}(aq) + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2(s) + Ca^{2+}(aq)}

Para obter \ce{MgCl2} a partir de \ce{Mg(OH)2} (seguido de secagem), usa-se HCl, que é D. D é formado pela reação de C com \ce{H2}, e C sai da eletrólise do \ce{MgCl2} junto com o Mg. Na eletrólise do \ce{MgCl2} forma-se \ce{Cl2}, que é C. Confirmando: \ce{H2 + Cl2 -> 2 HCl}, e \ce{Mg(OH)2 + 2 HCl -> MgCl2 + 2 H2O}.

A = \ce{CaO}; B = \ce{Mg(OH)2}; C = \ce{Cl2}; D = \ce{HCl}.

b) Na eletrólise ígnea o \ce{MgCl2} fundido fornece os íons \ce{Mg^{2+}} e \ce{Cl-}.

O cátion recebe elétrons no cátodo (redução, o Nox diminui de +2 para 0). O ânion perde elétrons no ânodo (oxidação, o Nox aumenta de -1 para 0).

  • Redução (cátodo): \ce{Mg^{2+} + 2 e- -> Mg}
  • Oxidação (ânodo): \ce{2 Cl- -> Cl2 + 2 e-}

Reação global: \ce{MgCl2 -> Mg + Cl2}.

c) A substância A é o \ce{CaO}, produzido de forma econômica pela decomposição térmica (calcinação) do calcário, que é abundante e barato (conchas marinhas também servem). Esse processo também gera \ce{CO2}.

\ce{CaCO3 ->[\Delta] CaO + CO2}

Equação: \ce{CaCO3 -> CaO + CO2} (aquecimento a cerca de 900 °C).

Assuntos: eletrólise ígnea, reações inorgânicas, óxidos e bases.

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