Questão Q06 da 2ª fase da FUVEST 2021
O teor de carbonato de cálcio (\ce{CaCO3}), usado como abrasivo em cremes dentais, pode ser determinado por meio da chamada retrotitulação. Nesse método, adiciona-se excesso de \ce{HCl}, resultando na completa dissolução do \ce{CaCO3} (reação I); em seguida, titula-se o que sobrou de \ce{HCl} com \ce{NaOH} até a neutralização da solução (reação II). Sabendo-se a quantidade de \ce{NaOH}, pode-se calcular o número de mols que sobrou de \ce{HCl}. Pela diferença entre o que sobrou de \ce{HCl} e o número de mols inicial de \ce{HCl}, é possível determinar o teor de \ce{CO3^{2-}} na amostra.
(reação I) \ce{CaCO3 (s) + 2HCl (aq) -> CaCl2 (aq) + H2O (\ell) + CO2 (g)}
(reação II) \ce{HCl (aq) + NaOH (aq) -> NaCl (aq) + H2O (\ell)}
Para estudar uma amostra, o seguinte procedimento foi realizado:
| Etapa 1 | Pesagem de 5,0 g de creme dental comercial. |
|---|---|
| Etapa 2 | Adição de 20,0 mL de solução 2{,}0\text{ mol.L}^{-1} de \ce{HCl}, seguida por agitação e aquecimento até que a reação I se complete. |
| Etapa 3 | Após a solução esfriar, adição de água à solução da etapa 2 até completar um volume final de 50,0 mL e agitação. |
| Etapa 4 | Titulação do \ce{HCl} presente na amostra com \ce{NaOH} 0{,}5\text{ mol.L}^{-1} até a completa neutralização (reação II). |
| Etapa 5 | Medida do volume de \ce{NaOH} usado para titulação. Resultado: Volume de \ce{NaOH} usado = 30,0 mL. |
a) Cite a importância do aquecimento na etapa 2.
b) Alguns cremes dentais usam dióxido de silício (\ce{SiO2}) como abrasivo em vez de \ce{CaCO3}. Para esses produtos, o mesmo procedimento de retrotitulação serviria para calcular o teor do abrasivo (\ce{SiO2})? Justifique.
c) Calcule a porcentagem em massa (massa de \ce{CaCO3} por massa de creme dental) de abrasivo na amostra estudada, conforme os valores dados no procedimento.
| Note e adote: |
|---|
| Considere que não há qualquer outra espécie ácida ou básica no creme dental em quantidade suficiente para interferir no procedimento. Massa molar (g/mol): \ce{CaCO3} = 100. \ce{SiO2} é um óxido ácido. |
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Resolução comentada
a) O aquecimento tem duas funções. A primeira é acelerar a reação I e garantir que todo o \ce{CaCO3} se dissolva. A segunda, mais importante, é expulsar o \ce{CO2} formado. Esse gás é pouco solúvel e, dissolvido em água, forma \ce{H2CO3}, que é um ácido: \ce{CO2 + H2O <=> H2CO3}. Se ele ficasse na solução, também consumiria \ce{NaOH} na titulação. A quantidade de \ce{HCl} que sobrou seria superestimada e o teor de \ce{CaCO3}, subestimado. Ao aquecer, o \ce{CO2} escapa e só o \ce{HCl} em excesso é titulado.
Resposta: o aquecimento acelera a reação e elimina o \ce{CO2} dissolvido, que formaria \ce{H2CO3} e interferiria na titulação com \ce{NaOH}.
b) Não. O \ce{SiO2} é um óxido ácido e, por isso, não reage com o \ce{HCl}, que também é ácido. Ele não consome nenhuma quantidade de \ce{HCl}. Todo o \ce{HCl} adicionado sobraria e seria neutralizado pelo \ce{NaOH}. A diferença entre o \ce{HCl} inicial e o que sobrou seria zero, e o método não permitiria calcular o teor de \ce{SiO2}.
Resposta: não, porque o \ce{SiO2} (óxido ácido) não reage com \ce{HCl} e não altera a quantidade de ácido que sobra.
c) Cálculo passo a passo:
- \ce{HCl} inicial: n = 2{,}0\ \text{mol/L} \times 0{,}0200\ \text{L} = 0{,}040\ \text{mol}.
- \ce{NaOH} usado: n = 0{,}5\ \text{mol/L} \times 0{,}0300\ \text{L} = 0{,}015\ \text{mol}. Pela reação II (1:1), sobraram 0{,}015\ \text{mol} de \ce{HCl}. Toda a solução de 50,0 mL foi titulada, então não há fator de diluição a corrigir.
- \ce{HCl} que reagiu com o \ce{CaCO3}: 0{,}040 - 0{,}015 = 0{,}025\ \text{mol}.
- Pela reação I (2 mol de \ce{HCl} para 1 mol de \ce{CaCO3}): n(\ce{CaCO3}) = 0{,}025/2 = 0{,}0125\ \text{mol}.
- Massa: m = 0{,}0125 \times 100 = 1{,}25\ \text{g}.
- Porcentagem: \dfrac{1{,}25}{5{,}0} \times 100\% = 25\%.
Resposta: 25% de \ce{CaCO3} em massa.
Assuntos: retrotitulação, estequiometria, óxidos ácidos.
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