Questão Q04 da 2ª fase da FUVEST 2018

3º dia · Química

Para investigar o efeito de diferentes poluentes na acidez da chuva ácida, foram realizados dois experimentos com os óxidos \ce{SO3 (g)} e \ce{NO2 (g)}. No primeiro experimento, foram coletados 45 mL de \ce{SO3} em um frasco contendo água, que foi em seguida fechado e agitado, até que todo o óxido tivesse reagido. No segundo experimento, o mesmo procedimento foi realizado para o \ce{NO2}. Em seguida, a solução resultante em cada um dos experimentos foi titulada com \ce{NaOH (aq)} 0,1 mol/L, até sua neutralização.

As reações desses óxidos com água são representadas pelas equações químicas balanceadas:

\ce{H2O (\ell) + SO3 (g) -> H2SO4 (aq)}
\ce{H2O (\ell) + 2NO2 (g) -> HNO2 (aq) + HNO3 (aq)}

a) Determine o volume de \ce{NaOH (aq)} utilizado na titulação do produto da reação entre \ce{SO3} e água. Mostre os cálculos.

b) Esse volume é menor, maior ou igual ao utilizado no experimento com \ce{NO2 (g)}? Justifique.

c) Uma das reações descritas é de oxidorredução. Identifique qual é essa reação e preencha a tabela na folha de respostas, indicando os reagentes e produtos das semirreações de oxidação e de redução.

Note e adote:
Considere os gases como ideais e que a água contida nos frascos foi suficiente para a reação total com os óxidos.
Volume de 1 mol de gás: 22,5 L, nas condições em que os experimentos foram realizados.
Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

a) Primeiro calculo a quantidade de \ce{SO3} coletada, com o volume molar dado:

n(\ce{SO3}) = \frac{0{,}045\ \text{L}}{22{,}5\ \text{L/mol}} = 2{,}0\times 10^{-3}\ \text{mol}

A equação mostra que 1 mol de \ce{SO3} forma 1 mol de \ce{H2SO4}. Logo, há 2{,}0\times10^{-3} mol de \ce{H2SO4}.

O \ce{H2SO4} é diácido, então a neutralização total é:

\ce{H2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2H2O}
  1. n(\ce{NaOH}) = 2 \times 2{,}0\times10^{-3} = 4{,}0\times10^{-3} mol
  2. V = \dfrac{n}{M} = \dfrac{4{,}0\times10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}1\ \text{mol/L}} = 0{,}04\ \text{L}

V = 40 mL de NaOH (aq).

b) Admito o mesmo procedimento do enunciado, ou seja, 45 mL de \ce{NO2}, o que dá 2{,}0\times10^{-3} mol de \ce{NO2}.

Pela equação, 2 mol de \ce{NO2} formam 1 mol de \ce{HNO2} e 1 mol de \ce{HNO3}. Então se formam 1{,}0\times10^{-3} mol de cada ácido.

Ambos são monoácidos, e cada um consome 1 mol de NaOH por mol de ácido:

n(\ce{NaOH}) = 1{,}0\times10^{-3} + 1{,}0\times10^{-3} = 2{,}0\times10^{-3}\ \text{mol}
V = \frac{2{,}0\times10^{-3}}{0{,}1} = 0{,}02\ \text{L} = 20\ \text{mL}

O experimento com \ce{SO3} gastou 40 mL, que é o dobro do gasto com \ce{NO2} (20 mL). Portanto, o volume do item (a) é maior. Isso ocorre porque o mesmo número de mol de gás gera mais íons \ce{H+} com \ce{SO3}: 2 mol de \ce{H+} por mol de \ce{SO3}, contra 1 mol de \ce{H+} por mol de \ce{NO2}.

c) A reação de oxidorredução é a do \ce{NO2} com água. Na reação do \ce{SO3}, o enxofre mantém Nox +6 e não há variação.

No \ce{NO2}, o nitrogênio tem Nox +4. Nos produtos:

  • no \ce{HNO2}, o Nox é +3, então o N sofre redução;
  • no \ce{HNO3}, o Nox é +5, então o N sofre oxidação.

É uma auto-oxirredução (desproporcionamento) do \ce{NO2}.

Semirreação Reagente Produto
Oxidação (N: +4 \to +5) \ce{NO2} (e \ce{H2O}) \ce{HNO3}
Redução (N: +4 \to +3) \ce{NO2} \ce{HNO2}

Com os elétrons e os íons \ce{H+} explícitos, as semirreações ficam:

\ce{NO2 + H2O -> HNO3 + H+ + e-}
\ce{NO2 + H+ + e- -> HNO2}

Somadas, elas resultam na equação global dada no enunciado.

Reação de oxidorredução: \ce{2NO2 + H2O -> HNO2 + HNO3}, com tabela acima.

Assuntos: estequiometria, titulação ácido-base, oxirredução.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão Q04 no caderno da 2ª fase da FUVEST 2018