Questão 6 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2013
Um efluente industrial contaminado por \ce{Cr^{6+}} recebe um tratamento químico que consiste na sua acidificação e na adição de ferro metálico. O ferro metálico e o ácido reagem entre si, dando origem ao íon \ce{Fe^{2+}}. Este, por sua vez, reage com o \ce{Cr^{6+}}, levando à formação dos íons \ce{Fe^{3+}} e \ce{Cr^{3+}}. Depois desse passo do tratamento, o pH do efluente é aumentado por adição de uma base, o que leva à formação dos correspondentes hidróxidos pouco solúveis dos íons metálicos presentes. Os hidróxidos sólidos formados podem, assim, ser removidos da água.
a) Em relação ao tratamento químico completo do efluente industrial acima descrito, dê um exemplo de reação em que não houve transferência de elétrons e um exemplo de reação em que houve transferência de elétrons.
b) O resíduo sólido obtido ao final do processo de tratamento químico pode ser separado da água por decantação ou por filtração. Desenhe dois esquemas para representar essas técnicas, incluindo possíveis legendas.
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) O tratamento tem etapas redox e etapas ácido-base/precipitação.
Reações com transferência de elétrons (variam o número de oxidação):
- Ferro metálico com o ácido: \ce{Fe + 2H+ -> Fe^{2+} + H2}O Fe vai de 0 a +2 (oxida) e o H vai de +1 a 0 (reduz).
- Fe²⁺ com Cr⁶⁺: \ce{3Fe^{2+} + Cr^{6+} -> 3Fe^{3+} + Cr^{3+}}O Fe vai de +2 a +3 (oxida) e o Cr vai de +6 a +3 (reduz). A carga total se conserva: 6+6=12 nos dois lados.
Reação sem transferência de elétrons: a precipitação dos hidróxidos, quando a base é adicionada. Nenhum número de oxidação muda:
Também serve a neutralização do excesso de ácido pela base, \ce{H+ + OH- -> H2O}.
Exemplo sem transferência de elétrons: \ce{Cr^{3+} + 3OH- -> Cr(OH)3} (precipitação). Exemplo com transferência: \ce{3Fe^{2+} + Cr^{6+} -> 3Fe^{3+} + Cr^{3+}} (ou \ce{Fe + 2H+ -> Fe^{2+} + H2}).
b) Os dois esquemas são:
Decantação: um recipiente (béquer ou tanque) com a mistura em repouso. O sólido, mais denso, se deposita no fundo e a água clara fica acima. Legendas: mistura água + hidróxidos sólidos, sólido depositado (Fe(OH)₃ e Cr(OH)₃), água sobrenadante. A água é retirada com cuidado, por inclinação do recipiente ou com um sifão, sem agitar o fundo.
Filtração: um funil com papel de filtro apoiado em um suporte (aro e garra), sobre um béquer ou erlenmeyer. A mistura é despejada no filtro, de um bastão de vidro. Legendas: mistura (água + hidróxidos), funil com papel de filtro, resíduo sólido retido no papel (Fe(OH)₃ e Cr(OH)₃), filtrado (água limpa) no recipiente de baixo.
Na decantação o sólido sedimenta pela ação da gravidade e a água é separada por inclinação ou sifonação; na filtração o papel de filtro retém o sólido e a água passa (filtrado).
Assuntos: reações de oxirredução, separação de misturas, precipitação de hidróxidos.
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