Questão Q03 da 2ª fase da FUVEST 2017
O Brasil produziu, em 2014, 14 milhões de toneladas de minério de níquel. Apenas uma parte desse minério é processada para a obtenção de níquel puro.
Uma das etapas do processo de obtenção do níquel puro consiste no aquecimento, em presença de ar, do sulfeto de níquel (\ce{Ni2S3}), contido no minério, formando óxido de níquel (\ce{NiO}) e dióxido de enxofre (\ce{SO2}). O óxido de níquel é, então, aquecido com carvão, em um forno, obtendo-se o níquel metálico. Nessa última etapa, forma-se, também, dióxido de carbono (\ce{CO2}).
a) Considere que apenas 30\ \% de todo o minério produzido em 2014 foram destinados ao processo de obtenção de níquel puro e que, nesse processo, a massa de níquel puro obtida correspondeu a 1{,}4\ \% da massa de minério utilizada. Calcule a massa mínima de carvão, em quilogramas, que foi necessária para a obtenção dessa quantidade de níquel puro.
b) Cada um dos gases produzidos nessas etapas de obtenção do níquel puro causa um tipo de dano ambiental. Explique esse fato para cada um desses gases.
| Note e adote: |
|---|
| Massa molar (\text{g/mol}): \text{Ni} ...... 58{,}8 \text{C} ....... 12{,}0 \text{O} ....... 16{,}0 |
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Resolução comentada
a) Primeiro, a massa de níquel obtida:
- Minério processado: 0{,}30 \times 14\times10^{6}\ \text{t} = 4{,}2\times10^{6}\ \text{t}.
- Níquel puro: 0{,}014 \times 4{,}2\times10^{6}\ \text{t} = 5{,}88\times10^{4}\ \text{t} = 5{,}88\times10^{10}\ \text{g}.
A etapa que consome carvão é a redução do óxido de níquel, que forma \ce{CO2}:
A proporção é 2 mol de Ni para 1 mol de C. A massa mínima de carvão corresponde à estequiometria exata, supondo carvão puro (carbono) e rendimento de 100%.
- Mols de Ni: \dfrac{5{,}88\times10^{10}}{58{,}8} = 1{,}0\times10^{9}\ \text{mol}.
- Mols de C: \dfrac{1{,}0\times10^{9}}{2} = 5{,}0\times10^{8}\ \text{mol}.
- Massa de C: 5{,}0\times10^{8}\times 12{,}0 = 6{,}0\times10^{9}\ \text{g}.
Massa mínima de carvão: 6{,}0\times10^{6}\ \text{kg}
b) Os gases formados são o \ce{SO2}, produzido na queima do sulfeto (\ce{2 Ni2S3 + 9 O2 -> 4 NiO + 6 SO2}), e o \ce{CO2}, produzido na redução do óxido com carvão.
- \ce{SO2}: na atmosfera ele se oxida a \ce{SO3}, que reage com a água e forma ácido sulfúrico (\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}). O \ce{SO2} também forma \ce{H2SO3} ao reagir com a água. Esses ácidos causam a chuva ácida, que acidifica solos e águas, danifica a vegetação e corrói construções e monumentos.
- \ce{CO2}: é um gás de efeito estufa. Ele absorve parte da radiação infravermelha emitida pela superfície terrestre, e o aumento da sua concentração intensifica o aquecimento global, com mudanças climáticas.
Resposta: \ce{SO2} causa chuva ácida; \ce{CO2} intensifica o efeito estufa e o aquecimento global.
Assuntos: estequiometria, reações de redução, impactos ambientais dos gases.
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