Questão 8863
(IME - 2011/2012 - adaptada)
Pode-se obter ácido sulfúrico tratando sulfeto de arsênio, As2S3, com ácido nítrico. Além do ácido sulfúrico, forma-se AsO43- e óxido nítrico. Calcule a quantidade máxima de sulfeto de arsênio que pode ser convertida por 10,0 kg de ácido nítrico.
4,18 kg
6,34 kg
8,36 g
9,20 kg
9,93 kg
Gabarito:
4,18 kg
Resolução:
O enunciado informa que ocorrerá a reação entre (sulfeto de arsênio) e
(ácido nítrico). Como produtos da reação, temos
(ácido sulfúrico),
e
(ácido nítrico). Observe que os seguintes elementos mudaram de NOX:
| Elemento | NOX inicial | NOX final | Sofreu | |∆NOX | |
| N | +5 | +2 | Redução | 3 |
| S | -2 | +6 | Oxidação | 8 |
| As | +3 | +5 | Oxidação | 2 |
Solução I)
Observe que o sulfeto de arsênio perdeu ao todo 28 elétrons (8*3 devido a oxidação dos 3 átomos de enxofre e 2*2 devido a oxidação dos 2 átomos de arsênio). O nitrogênio, por sua vez, ganhou 3 elétrons. Logo, para balancear a perda e o ganho de elétrons, são necessários 28 mol de
para cada 3 mols de
. Então a reação fica da seguinte forma:
Balanceando os elementos N, As e S:
Observe que a reação não está completa. Falta balancear as cargas do íon . Para isso, seriam usados íons
e o balanceamento seria completo com adição de
na reação (observe a reação completamente balanceada na solução II). Mas o método de tentativas não nos fornece base suficiente para isso. Apenas o método do íon-elétron consegue balancear completamente a reação. No entanto, conseguimos resolver a questão somente com essa reação parcialmente balanceada, já que para esse exercício é necessário saber apenas os coeficientes do ácido nítrico
e do sulfeto de arsênio
.
Calculando as massas molares do e do
, temos:
;
Temos a seguinte regra de três:
Solução II) Método do íon-elétron (ITA/IME)
Vamos balancear cada semi-reação através do método do íon-elétron:
Esboço da semi-reação de redução:
Esboço da semi-reação de oxidação:
Primeiro passo: balancear todos os elementos (exceto O e H) por tentativa:
Segundo passo: balancear oxigênios com :
Terceiro passo: balancear hidrogênios com :
Quarto passo: balancear cargas com elétrons:
Agora, vamos somar as semi-reações de forma que os elétrons se "cancelem". Para isso, vamos multiplicar por 28 a primeira semi-reação e por 3 a segunda:
Somando as duas semi-reações:
Observe que os "sobrando" anulam a carga negativa proveniente do ânion
. Além disso, podemos escrever essas duas espécies juntamente na forma do ácido arsênico
Calculando as massas molares do e do
, temos:
;
Temos a seguinte regra de três:
(Adaptação: a questão era originalmente dissertativa e foi adaptada para o modelo de questão objetiva)