Questão 10 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2014

Question

Na manhã de 11 de setembro de 2013, a Receita Federal apreendeu mais de 350 toneladas de vidro contaminado por chumbo no Porto de Navegantes (Santa Catarina). O importador informou que os contêineres estavam carregados com cacos, fragmentos e resíduos de vidro, o que é permitido pela legislação. Nos contêineres, o exportador declarou a carga corretamente - tubos de raios catódicos. O laudo técnico confirmou que a porcentagem em massa de chumbo era de 11{,}5\ \%. A importação de material (sucata) que contém chumbo é proibida no Brasil.

a) O chumbo presente na carga apreendida estava na forma de óxido de chumbo II. Esse chumbo é recuperado como metal a partir do aquecimento do vidro a aproximadamente 800\ ^\circ\text{C} na presença de carbono (carvão), processo semelhante ao da obtenção do ferro metálico em alto forno. Considerando as informações fornecidas, escreva a equação química do processo de obtenção do chumbo metálico e identifique o agente oxidante e o redutor no processo.

b) Considerando que o destino do chumbo presente no vidro poderia ser o meio ambiente aqui no Brasil, qual seria, em mols, a quantidade de chumbo a ser recuperada para que isso não ocorresse?

Answer 1

Questão 10 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2014

3º dia · Ciências da Natureza

Na manhã de 11 de setembro de 2013, a Receita Federal apreendeu mais de 350 toneladas de vidro contaminado por chumbo no Porto de Navegantes (Santa Catarina). O importador informou que os contêineres estavam carregados com cacos, fragmentos e resíduos de vidro, o que é permitido pela legislação. Nos contêineres, o exportador declarou a carga corretamente - tubos de raios catódicos. O laudo técnico confirmou que a porcentagem em massa de chumbo era de 11{,}5\ \%. A importação de material (sucata) que contém chumbo é proibida no Brasil.

a) O chumbo presente na carga apreendida estava na forma de óxido de chumbo II. Esse chumbo é recuperado como metal a partir do aquecimento do vidro a aproximadamente 800\ ^\circ\text{C} na presença de carbono (carvão), processo semelhante ao da obtenção do ferro metálico em alto forno. Considerando as informações fornecidas, escreva a equação química do processo de obtenção do chumbo metálico e identifique o agente oxidante e o redutor no processo.

b) Considerando que o destino do chumbo presente no vidro poderia ser o meio ambiente aqui no Brasil, qual seria, em mols, a quantidade de chumbo a ser recuperada para que isso não ocorresse?

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Resolução comentada

Resposta esperada pela FUVEST

a)
Como o texto informa que o processo de recuperação do chumbo se assemelha à obtenção do ferro metálico em alto forno, qualquer uma das três equações químicas abaixo poderia representar o processo:

\ce{2 PbO(s) + C(s) -> 2 Pb(\ell) + CO2(g)}

\ce{PbO(s) + C(s) -> Pb(\ell) + CO(g)}

\ce{PbO(s) + CO(s) -> Pb(\ell) + CO2(g)}

No óxido, como informa o texto, o chumbo está no estado de oxidação 2+; no produto, o chumbo está no estado de oxidação zero. Portanto, sofreu uma redução e é denominado agente oxidante. O carbono está no estado de oxidação zero e passa para 2+ no \ce{CO} ou para 4+ no \ce{CO2}. Sofre, portanto, uma oxidação e é denominado agente redutor.

Observação: Por falta de informações complementares e por inadequação ao nível do exame, não se pode exigir a representação dos estados físicos das substâncias envolvidas.

b)
Cálculo da massa de chumbo na carga apreendida:

\begin{matrix} \text{Vidro} & \text{Pb} & \\ 350 \cdot 10^6\text{ g de Vidro} & 100\% & \\ \text{Massa de Pb} & 11{,}5\% & \text{m}_{\text{Pb}} = 4{,}03 \cdot 10^7\text{ g} \end{matrix}

Cálculo da quantidade em mol de chumbo a ser recuperada:

\begin{matrix} 1\text{ mol de Pb} & 207\text{ g} & \\ \text{n}_{\text{Pb}} & 4{,}03 \cdot 10^7\text{ g} & \text{n}_{\text{Pb}} = 1{,}94 \cdot 10^5\text{ mol} \end{matrix}

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Publicada pela banca.

Resolução comentada

a) O PbO é reduzido pelo carbono, de forma análoga ao que ocorre no alto forno com os óxidos de ferro. O carbono do carvão passa de Nox 0 para +2 (CO) ou +4 (CO₂), e o chumbo passa de +2 para 0.

Equação (formando CO₂):

\ce{2 PbO + C -> 2 Pb + CO2}

Também é aceita a equação com formação de CO: \ce{PbO + C -> Pb + CO}.

O chumbo (\ce{Pb^{2+}}, do PbO) ganha elétrons, ou seja, é reduzido. Por isso o PbO é o agente oxidante. O carbono perde elétrons, ou seja, é oxidado. Por isso o C é o agente redutor.

Equação: \ce{2 PbO + C -> 2 Pb + CO2}; agente oxidante: PbO (Pb²⁺); agente redutor: C.

b) A massa de chumbo na carga é 11,5 % de 350 toneladas:

m_{\text{Pb}} = 0{,}115 \times 350\ \text{t} = 40{,}25\ \text{t} = 40{,}25\times10^{6}\ \text{g}
Massa molar do Pb: 207\ \text{g/mol}
n = \dfrac{40{,}25\times10^{6}}{207} \approx 1{,}94\times10^{5}\ \text{mol}

A quantidade é cerca de 194 mil mols de chumbo (valor aproximado, pois as 350 t são "mais de" 350 t).

n \approx 1{,}9\times10^{5}\ \text{mol} de Pb.

Assuntos: oxirredução, estequiometria, metalurgia.

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