FUVEST 2020: Muitos metais (Mⁿ⁺) em água, dependendo do pH da solução, formam hidróxidos (M(OH)n) insolúveis

FUVEST 2020: Muitos metais (Mⁿ⁺) em água, dependendo do pH da solução, formam hidróxidos (M(OH) n ) insolúveis. Esse comportamento pode...

FUVEST 2020: Muitos metais (Mⁿ⁺) em água, dependendo do pH da solução, formam hidróxidos (M(OH)n) insolúveis.

Esse comportamento pode ser descrito pela equação (I), que relaciona o valor de pH com o logaritmo da concentração do metal (log [Mⁿ⁺]), para uma dada temperatura, em que KPS é a constante do produto de solubilidade do hidróxido do metal.

Equação (I): log[Mⁿ⁺] = log (KPS) + 14n – n(pH)

O comportamento da equação (I) é representado no gráfico, no qual as linhas mostram o valor de pH e log[Mⁿ⁺] em que se inicia a precipitação de cada um dos metais. Em condições mais alcalinas do que a apresentada na linha de cada metal, será observada a espécie insolúvel como hidróxido e, em condições mais ácidas do que a apresentada na linha, será observada a espécie em sua forma solúvel.

a) Pinte, no gráfico da folha de respostas, a região onde o Cr³⁺ se encontra na forma solúvel e o Ti⁴⁺ se encontra na forma de Ti(OH)4 insolúvel.

b) As linhas que representam Mg²⁺ e Ca²⁺ possuem a mesma inclinação, mas diferem da inclinação das linhas que representam Cr³⁺ e Xⁿ⁺, que possuem a mesma inclinação entre si. Indique a carga n de Xⁿ⁺ e justifique com base na equação (I).

c) Indique qual das espécies tem maior valor de KPS:
Ca(OH)2 ou Mg(OH)2. Justifique com base nas informações dadas.

QUESTÃO ANTERIOR:
- FUVEST 2020: Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H2NCONH2) em 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para diminuir as emissões de óxidos de nitrogênio (NO e NO2), que podem causar problemas ambientais quando em excesso na atmosfera.

RESOLUÇÃO:
a)

Considerando a formação de hidróxidos insolúveis à partir dos cátions livres, a precipitação é favorecida com valores mais elevados de pH.
Pode-se perceber conceitualmente a explicação acima pela equação a seguir:

Mⁿ⁺(aq) + nOH⁻(aq) ⇄ M(OH)n(s)

Com maiores valores de pH, maiores as concentrações dos íons OH⁻, mais deslocado para os produtos estará o equilíbrio supracitado. Portan to, a região à direita das curvas apresenta o composto precipitado, à esquerda o composto solubilizado (cátion livre). Na região pintada, o Cr³⁺ se encontra na forma solúvel e o Ti⁴⁺ na forma de Ti(OH)4 insolúvel.

b) A análise da equação I indica que o parâmetro “n”, o qual se refere à carga do íon, é o coeficiente angular das retas. Assim, gráficos com a mesma inclinação se relacionam com cátion com a mesma valência.

Eq. (I): log [Mⁿ⁺] = log (KPS) + 14n – n (pH)

É a equação de uma reta:



Portanto, n é o coeficiente angular da reta.

c) Isolando-se o termo log (KPS) da equação I, tem-se:
log (KPS) = log [Mⁿ⁺] – 14n + n(pH)

A partir do gráfico, admitiu-se um ponto para cada uma das curvas, como demonstradas a seguir:

Para o Mg(OH)2, quando log [M²⁺] = –3, o pH é igual a 10.
log (KPS) = log [Mⁿ⁺] – 14n + n (pH)
log (KPS) = –3 – 14 . (+2) + 2(10)
log (KPS) = –11 ⇒KPS = 10–11 (para o Mg(OH)2)
Para o Ca(OH)2, quando log [Ca²⁺] = – 5, o pH é igual a 14.

log (KPS) = log [Mⁿ⁺] – 14n + n(pH)
log (KPS) = – 5 – 14 . (+2) + 2 . (14)
log (KPS) = – 5 ⇒ KPS = 10⁻⁵ (para o Ca(OH)2)
Portanto, KPSCa(OH)2 > KPSMg(OH)2

PRÓXIMA QUESTÃO:
- FUVEST 2020: Indivíduos intolerantes à lactose não conseguem digerir esse açúcar presente no leite.

QUESTÃO DISPONÍVEL EM:
- Prova FUVEST 2020 - 2º Fase, 2º Dia - com Resolução