Questão 21 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2012
Em escala de laboratório desenvolveu-se o dispositivo da figura abaixo, que funciona à base de óxido de cério. Ao captar a luz, há um aumento da temperatura interna do dispositivo, o que favorece a formação do óxido de \ce{Ce^{3+}}, enquanto a diminuição da temperatura favorece a formação do óxido de \ce{Ce^{4+}} (equação 1). Por conta dessas características, o dispositivo pode receber gases em fluxo, para serem transformados quimicamente. As equações 2 e 3 ilustram as transformações que o \ce{CO2} e a \ce{H2O} sofrem, separadamente.
| equação 1 | \frac{1}{2}\ \ce{O2(g) + Ce2O3(s) <=> 2 CeO2(s)} |
| equação 2 | \ce{CO2 + Ce2O3(s) -> 2 CeO2(s) + CO(g)} |
| equação 3 | \ce{H2O + Ce2O3(s) -> 2 CeO2(s) + H2(g)} |
a) Levando em conta as informações dadas e o conhecimento químico, a injeção (e transformação) de vapor de água ou de dióxido de carbono deve ser feita antes ou depois de o dispositivo receber luz? Justifique.
b) Considere como uma possível aplicação prática do dispositivo a injeção simultânea de dióxido de carbono e vapor de água. Nesse caso, a utilidade do dispositivo seria “a obtenção de energia, e não a eliminação de poluição”. Dê dois argumentos químicos que justifiquem essa afirmação.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Resolução comentada
a) As equações 2 e 3 mostram que \ce{CO2} e \ce{H2O} só reagem se houver \ce{Ce2O3} disponível, pois ele é o reagente que é oxidado a \ce{CeO2}.\n\nO \ce{Ce2O3} é favorecido pelo aumento de temperatura, e isso acontece quando o dispositivo recebe luz. Na equação 1, a luz desloca o equilíbrio para a esquerda (liberando \ce{O2} e formando \ce{Ce2O3}).\n\nPortanto, primeiro o dispositivo deve receber luz, formando \ce{Ce2O3}. Depois, injetam-se os gases, que reoxidam o \ce{Ce2O3} a \ce{CeO2} e se transformam em \ce{CO} ou \ce{H2}.\n\nA injeção deve ser feita depois de o dispositivo receber luz, pois só então há \ce{Ce2O3} para reagir com \ce{CO2} e \ce{H2O}.\n\nb) Com a injeção simultânea, os produtos são \ce{CO} e \ce{H2}. Dois argumentos:\n\n1. O \ce{CO} também é um gás poluente e tóxico. O \ce{CO2} foi apenas convertido em outro poluente, então não há eliminação de poluição.\n2. Tanto o \ce{H2} quanto o \ce{CO} são combustíveis, pois reagem com \ce{O2} liberando energia (\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O} e \ce{2 CO + O2 -> 2 CO2}). A mistura \ce{CO + H2} (gás de síntese) pode ser usada para obter energia ou combustíveis. Além disso, a queima do \ce{CO} regenera \ce{CO2}, de modo que o \ce{CO2} não é removido de forma definitiva.\n\nArgumentos: (1) o \ce{CO} formado também é poluente tóxico; (2) \ce{H2} e \ce{CO} são combustíveis, e a queima do \ce{CO} devolve \ce{CO2} à atmosfera.
Assuntos: equilíbrio químico, oxirredução, combustíveis.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
