Questão 13 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2011

3º dia · Ciências da Natureza

Em toda situação de confinamento, prevista ou acidental, como no recente desastre na mina de cobre do Chile, sempre há grande preocupação com a revitalização do ar ambiente. O superóxido de potássio (\text{KO}_2) pode ser utilizado em dispositivos para revitalização do ar ambiente, já que ele reage com o gás carbônico, eliminando-o, e formando oxigênio gasoso como produto.

a) As equações das reações que ocorrem com o \text{KO}_2 em ambiente seco e úmido são, respectivamente,

\mathbf{4\ KO_2(s) + 2\ CO_2(g) = 3\ O_2(g) + 2\ K_2CO_3(s)} \text{ e}

\mathbf{4\ KO_2(s) + 4\ CO_2(g) + 2\ H_2O(g) = 3\ O_2(g) + 4\ KHCO_3(s)}

Em qual dos casos (ambiente seco ou úmido) um dispositivo contendo dióxido de potássio seria mais eficiente para o propósito a que se destina? Justifique.

b) O esquema abaixo é de um experimento que simula a situação de confinamento. À esquerda encontra-se a fase inicial e à direita, a final. No experimento, o êmbolo contendo \text{CO}_2 é pressionado, fazendo esse gás reagir com o \text{KO}_2. Levando em conta a estequiometria da reação, complete a situação final, desenhando e posicionando corretamente o êmbolo que falta. Justifique sua resposta, considerando que a reação é completa e só ocorre enquanto o êmbolo é empurrado, que a temperatura é constante e que não há atrito no movimento dos êmbolos.

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Resposta esperada

Resposta esperada pela FUVEST

a)
Considerando-se a equação química para a revitalização do ar, observa-se que a relação estequiométrica \ce{KO2} : \ce{CO2} é de 2:1 no caso do ar seco e de 1:1 no caso do ar úmido. Isso significa que o dispositivo seria mais eficiente em atmosfera de ar úmido, pois uma mesma massa de \ce{KO2} removeria muito mais \ce{CO2} em ar úmido que em ar seco.

b)
Na situação inicial observa-se que há um volume de \ce{CO2} igual a 4 unidades de volume. Levando-se em conta a estequiometria da reação de revitalização para o caso do \ce{CO2} sem umidade, serão produzidos 6 volumes de \ce{O2}.

2\text{ v} \rightarrow 3\text{ v}
4\text{ v} \rightarrow \text{X} \qquad \text{X} = 6\text{ v}

[Figura: Esquema comparativo dividido em "INICIAL" e "FINAL" mostrando duas seringas graduadas interligadas por um tubo contendo \ce{KO2}. No estado INICIAL, a seringa da esquerda contém \ce{CO2} ocupando 4 divisões de volume e a seringa da direita está vazia. No estado FINAL, a seringa da esquerda está totalmente esvaziada e a seringa da direita está preenchida até a marca 6 com o gás produzido (\ce{O2})]

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Questão 13 no caderno da 2ª fase da UNICAMP 2011