Questão Q01 da 2ª fase da FUVEST 2016
Águas que apresentam alta concentração de íons \ce{Ca^{2+}} ou \ce{Mg^{2+}} dissolvidos são chamadas de “águas duras”. Se a concentração total desses íons for superior a 100\text{ mg/L}, tais águas não podem ser utilizadas em tubulações de máquinas industriais, devido à obstrução dos tubos causada pela formação de sais insolúveis contendo esses íons. Um químico deverá analisar a água de uma fonte, isenta de íons \ce{Mg^{2+}}, mas contendo íons \ce{Ca^{2+}}, para verificar se é adequada para uso em uma indústria. Para tal, uma amostra de 200\text{ mL} de água dessa fonte foi misturada com uma solução de carbonato de sódio (\ce{Na2CO3}), em quantidade suficiente para haver reação completa. O sólido formado foi cuidadosamente separado, seco e pesado. A massa obtida foi 0{,}060\text{ g}.
a) Escreva a equação química, na forma iônica, que representa a formação do sólido.
b) A água analisada é adequada para uso industrial? Justifique, mostrando os cálculos.
Note e adote:
| massas molares (g/mol) | |||
|---|---|---|---|
| C ...... 12 | O ...... 16 | Na ...... 23 | Ca ...... 40 |
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Resolução comentada
a) O carbonato de sódio é solúvel e fornece íons \ce{CO3^{2-}} em solução. Esses íons reagem com o \ce{Ca^{2+}} da água e formam o carbonato de cálcio, que é insolúvel e precipita (é o sólido separado, seco e pesado). Os íons \ce{Na+} ficam em solução como espectadores, por isso não entram na equação iônica.
Equação iônica: \ce{Ca^{2+}(aq) + CO3^{2-}(aq) -> CaCO3(s)}.
b) Como não há \ce{Mg^{2+}}, só precisamos da concentração de \ce{Ca^{2+}}. A proporção é de 1 mol de \ce{Ca^{2+}} para 1 mol de \ce{CaCO3}.
- Massa molar do \ce{CaCO3}: 40 + 12 + 3\cdot 16 = 100\ \text{g/mol}.
- Quantidade de \ce{CaCO3} formada: n = \dfrac{0{,}060}{100} = 6{,}0\times10^{-4}\ \text{mol}, que é igual à quantidade de \ce{Ca^{2+}} na amostra.
- Massa de \ce{Ca^{2+}}: 6{,}0\times10^{-4}\cdot 40 = 2{,}4\times10^{-2}\ \text{g} = 24\ \text{mg}.
- Concentração, para 200\ \text{mL} = 0{,}2\ \text{L}:
Como 120\ \text{mg/L} > 100\ \text{mg/L}, a água é "dura" além do limite tolerado e causaria obstrução das tubulações.
A água não é adequada: a concentração de \ce{Ca^{2+}} é 120\ \text{mg/L}, acima do limite de 100\ \text{mg/L}.
Assuntos: estequiometria, reações de precipitação, concentração de soluções.
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