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Cesgranrio · Petrobras · Técnico(a) de Operação Júnior · 2017 · questão 39

Cesgranrio Petrobras 2017 Química · Produto de solubilidade

Questão 39

Uma amostra contém \(\mathrm{Ba^{2+}}\) e \(\mathrm{Ca^{2+}}\) nas concentrações de \(1\times 10^{-2}\) mol L\(^{-1}\) para cada íon. Esses íons devem ser precipitados na forma de sulfatos pouco solúveis, como apresentado nas equações abaixo. \[ \begin{array}{l} \mathrm{BaSO_{4\,(s)}} \rightleftharpoons \mathrm{Ba^{2+}}{}_{\mathrm{(aq)}} + \mathrm{SO_{4}^{\,2-}}{}_{\mathrm{(aq)}}\ ;\ \mathrm{K_{ps1}} = 1\times 10^{-10}\\[6pt] \mathrm{CaSO_{4\,(s)}} \rightleftharpoons \mathrm{Ca^{2+}}{}_{\mathrm{(aq)}} + \mathrm{SO_{4}^{\,2-}}{}_{\mathrm{(aq)}}\ ;\ \mathrm{K_{ps2}} = 1\times 10^{-5} \end{array} \] Quando a concentração de \(\mathrm{SO_{4}^{\,2-}}\) atingir um valor para permitir o início da precipitação do \(\mathrm{CaSO_{4}}\), a concentração de \(\mathrm{Ba^{2+}}\) na solução estará na ordem de grandeza, em mol L\(^{-1}\), de

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Resposta da banca: D

Resolução comentada

Situar o problema antes de calcular.

Assunto

Precipitação seletiva: o sulfato que precipita o cálcio já derrubou o bário a Kps₁ dividido por esse sulfato.

Objetivo

Achar a ordem de grandeza de [Ba²⁺] quando o CaSO₄ começa a precipitar. O que está em jogo são dois Kps em sequência.

Conceitos para revisar

Sulfato para o cálcio

CaSO₄ começa quando [Ca²⁺][SO₄²⁻] chega a 10⁻⁵, com [Ca²⁺] = 10⁻².

\[[\ce{SO4^2-}] = \dfrac{10^{-5}}{10^{-2}} = 10^{-3}\ \text{mol/L}\]
nesse momento

Bário que sobra

O BaSO₄ já está em equilíbrio com esse sulfato: [Ba²⁺] = Kps₁ sobre 10⁻³.

\[[\ce{Ba^2+}] = \dfrac{10^{-10}}{10^{-3}} = 10^{-7}\ \text{mol/L}\]
(D)

Preparar o terreno antes de calcular.

Dados

GrandezaValor
Concentrações iniciais Ba²⁺ e Ca²⁺ a 10⁻² mol/L
Kps BaSO₄ 10⁻¹⁰, CaSO₄ 10⁻⁵
Pergunta ordem de grandeza de [Ba²⁺] ao iniciar a precipitação do CaSO₄

Conversões

Nenhuma: potências de dez.

Estratégia

  1. Sulfato no início do CaSO₄: 10⁻³.
  2. Ba²⁺ = 10⁻¹⁰/10⁻³.

Agora sim, calcular.

Passos lógicos

A resolução tem 3 passos. Revele um de cada vez e, antes de abrir cada um, tente prever a linha de raciocínio.

1

Sulfato

Do Kps do cálcio.

\[[\ce{SO4^2-}] = 10^{-3}\]
2

Bário

Do Kps do bário com esse sulfato.

\[[\ce{Ba^2+}] = \dfrac{10^{-10}}{10^{-3}} = 10^{-7}\]
3

Responder

(D).

\[[\ce{Ba^2+}] \sim 10^{-7}\ \text{mol/L}\]

Resposta

\[[\ce{Ba^2+}] \sim 10^{-7}\ \text{mol/L}\]
Alternativa D

Acelerar, conferir e escapar da armadilha.

Como resolver rápido

\[[\ce{Ba^2+}] = \text{K}_{ps1} \cdot \dfrac{[\ce{Ca^2+}]}{\text{K}_{ps2}}\]

Tudo em expoentes: −10 + (−2) − (−5) = −7.

1Expoentes: −10 − 2 + 5

10⁻⁷. Atalho mental.

Avaliar a coerência

1O bário já precipitou quase todo

De 10⁻² para algo muito menor. Elimina (A) e (B). Atalho mental.

2Confira no Kps do bário

10⁻⁷ × 10⁻³ = 10⁻¹⁰. Confirma (D); 10⁻⁵ e 10⁻⁹ dariam 10⁻⁸ e 10⁻¹². Elimina (C) e (E).

Cuidado com a pegadinha

Usar o Kps do bário para o sulfato

Quem calcula o sulfato pelo BaSO₄, 10⁻⁸, e responde com o bário inicial, 10⁻².

A pergunta é no instante em que o cálcio começa: o sulfato é fixado pelo CaSO₄, e o bário é o que sobra.

AntídotoO sal que começa a precipitar fixa o ânion; o sal que já precipitou dá o cátion restante.