Questão 8
FUVEST 2004
(FUVEST - 2004 - 2ª fase - Questão 8) Para demonstrar a combustão de substâncias em oxigênio puro, este gás pode ser gerado a partir de água sanitária e água oxigenada, que contêm, respectivamente, hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio. A reação que ocorre pode ser representada por
NaCO + H2O2 → NaC
+ H2O + O2 (g)
É assim que, num frasco, coloca-se certo volume de água oxigenada e acrescenta-se, aos poucos, certo volume de água sanitária. Observa-se forte efervescência. Ao final da adição, tampa-se o frasco com um pedaço de papelão. Em seguida, palha de aço, presa a um fio de cobre, é aquecida em uma chama até ficar em brasa. O frasco com oxigênio é destampado e, rapidamente, a palha de aço rubra é nele inserida. Então, observa-se luminosidade branca intensa, com partículas de ferro incandescentes espalhando-se pelo frasco.
a) Calcule o volume de água sanitária quando se usa, no experimento, um frasco de volume adequado, sabendo-se que deve ser gerado, nas condições ambiente, um volume de 500 mL de oxigênio, volume este suficiente para expulsar o ar e preencher o frasco.
b) Explique por que, ao ar atmosférico, o ferro fica apenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quando exposto a oxigênio puro.
Dados:
• volume molar do oxigênio nas condições ambiente: 25,0 L/mol
• massa molar do C: 35,5 g/mol
• densidade da água sanitária: 1,0 g/mol
• composição da água sanitária: 2,13 g de C, na forma de hipoclorito, em 100 g de solução aquosa.
Gabarito:
Resolução:
Cálculo da massa de água sanitária para 1 mol de Cl:
Para cada 2,13 g de água sanitária, há 35,5 g de cloro (Cl):
Simplificando e resolvendo para x:
Cálculo do volume de água sanitária para produzir 500 mL de oxigênio:
Na reação de decomposição da água sanitária, temos:
Para 1666,6 g de água sanitária, produz-se 25,0 L de oxigênio. Se precisamos de 0,5 L de oxigênio, calculamos:
, y=33g
Considerando que a densidade é 1,0 g/mL, temos:
b) Explique por que, ao ar atmosférico, o ferro fica apenas vermelho rubro, mas queima rapidamente, quando exposto a oxigênio puro.
No ar atmosférico, temos, aproximadamente, 20% em mol de O2 e, portanto, menor concentração de O2 do que no oxigênio puro. Quanto maior a concentração de O2, mais rápida será a queima do ferro.