Devido à riqueza natural de ferro no solo brasileiro, as reservas de água subterrâneas e superficiais apresentam altos teores de íons ferrosos. Esses íons são indesejados na água para uso doméstico, pois provocam manchas em roupas e em aparelhos sanitários. Nas estações de tratamento, as águas passam pelo processo de aeração, que transforma íons ferrosos solúveis em hidróxido férrico, insolúvel em água, sendo removidos por filtração.
A equação química da reação de oxirredução envolvida no processo de aeração está apresentada a seguir.
A partir dessas informações, responda aos itens a seguir.
a) Com base na equação dada, identifique o agente redutor da reação. Justifique sua resposta.
b) Calcule o volume mínimo, em L, de gás oxigênio que deve ser consumido no tratamento de 14000 L de água contendo
de íon ferroso solúvel. Considere o oxigênio como gás ideal. Justifique sua resposta, apresentando os cálculos envolvidos na resolução.
(Dados: volume molar de um gás ideal:
; massa atômica:
)
a) Com base na equação dada, identifique o agente redutor da reação. Justifique sua resposta.
b) Calcule o volume mínimo, em L, de gás oxigênio que deve ser consumido no tratamento de 14000 L de água contendo
(Dados: volume molar de um gás ideal:
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que é pedido.
- A reação fornecida é
- Perguntas:
a) Identificar o agente redutor da reação e justificar.
b) Calcular o volume mínimo de(em L) necessário para tratar de água contendo de íon ferroso solúvel. Considerar o oxigênio como gás ideal. - Dados fornecidos que usarei:
- Concentração de ferro:
. - Volume de água:
. - Massa atômica:
. - Volume molar de gás ideal:
.
- Concentração de ferro:
- Observações: será necessário usar conceitos de número de oxidação e estequiometria da reação para (a) e conversões massa ↔ mol e relação mol ↔ volume para (b).
Passo 2
Explicando o conceito que vamos usar para (a): número de oxidação e agente redutor/oxidante.
- Regra prática: o agente redutor é a espécie que doa elétrons (sofre oxidação, ou seja, seu número de oxidação aumenta). O agente oxidante é a espécie que aceita elétrons (sofre redução, número de oxidação diminui).
- Vamos atribuir números de oxidação na reação dada:
- No íon ferroso
o ferro já tem número de oxidação por definição do íon. - No hidróxido
cada grupo tem oxigênio com e hidrogênio com . Assim, somando para : onde é o número de oxidação do ferro no composto (porque o composto neutro tem soma zero). Logo - Conclusão: o ferro passa de
(em ) para (em ). Isso é um aumento no número de oxidação, portanto o ferro foi oxidado (perdeu elétrons).
- No íon ferroso
Passo 3
Concluindo a parte (a) a partir do raciocínio:
- Como
é a espécie que foi oxidada (de para ), ela doa elétrons e, portanto, age como agente redutor. - Em palavras simples: os íons ferrosos
são o agente redutor da reação, porque se oxidam para em .
Passo 4
Agora começamos (b): calcular quantos mols de ferro estão presentes na amostra de água.
- A massa total de ferro contida em
com concentração é
- Calculemos:
- Converter para gramas (porque
está em ):
Passo 5
Converter massa de ferro em mols:
- Fórmula usada:
, onde é número de mols, massa em gramas e massa molar em . - Aplicando:
- Interpretação: há
de íons na água a ser tratada.
Passo 6
Usar a estequiometria da reação para achar quantos mols de
são consumidos por esses
de
.
- Da reação balanceada:
isto é,
mol de
reagem com
mol de
.
- Portanto, razão:
- Logo:
Passo 7
Converter mols de
em volume usando o volume molar dado
.
- Fórmula:
. - Aplicando:
- Interpretação: o volume mínimo de
(nas condições implícitas pelo volume molar fornecido) necessário é .
Passo 8
Comentários finais e verificação rápida:
- Checagem de unidades e arredondamento: todas as conversões estão consistentes (mg → g → mol → L). Mantivemos duas casas decimais quando apropriado; o resultado final
é exato com os dados fornecidos. - Pressuposto: uso do volume molar
implica condições padrão (p.ex. e ) — como o enunciado deu esse valor, foi usado diretamente.
Resposta
a)
é o agente redutor, pois o ferro passa de oxidação
para
, ou seja, é oxidado.
b)