No experimento de identificação de sólidos metálicos por análise química qualitativa:
a) Como foi possível diferenciar o zinco do alumínio, se ambos reagem com ácido formando soluções incolor e ambos reagem com base formando precipitado branco que solubiliza em excesso de base?
b) Represente as reações do Zinco e do Alumínio com ácido clorídrico (\mathrm{HCl}).

Passo 1

O enunciado faz duas perguntas:
a) Como diferenciar o zinco do alumínio, sabendo que ambos reagem com ácido formando soluções incolores e ambos reagem com base formando precipitado branco que solubiliza em excesso de base?
b) Representar as reações do zinco e do alumínio com ácido clorídrico ( \mathrm{HCl}).

Passo 2

Entendimento das observações dadas (lista das informações relevantes do enunciado):
  • Ambos os metais reagem com ácido e formam soluções incolores (ou seja, formam cátions solúveis: \mathrm{Zn^{2+}} e \mathrm{Al^{3+}}).
  • Ambos reagem com base formando precipitado branco (hidróxidos): \mathrm{Zn(OH)_2} e \mathrm{Al(OH)_3}.
  • Ambos os precipitados se dissolvem em excesso de base forte (comportamento anfótero).
Não se resolveu nada ainda — apenas identifiquei o que o enunciado pede e que informações ele dá.

Passo 3

Noções básicas necessárias (o que acontece quando metal encontra ácido; isso é importante para a parte b):
  • Regra geral: um metal disposto acima de hidrogênio na série de reatividade desloca hidrogênio de ácidos e forma sal + gás hidrogênio. A equação geral é
\text{metal} + \text{ácido} \longrightarrow \text{sal do metal} + \mathrm{H_2}\uparrow.á
  • Explicação simples: elétrons do metal reduzem os íons \mathrm{H^+} do ácido a \mathrm{H_2}, enquanto o metal se oxida formando cátions (por exemplo \mathrm{Zn^{2+}} ou \mathrm{Al^{3+}}).
  • Observação prática: a evolução de bolhas de \mathrm{H_2} e efervescência indicam reação com ácido; a velocidade depende do metal e de sua superfície (camada de óxido pode impedir reação imediata).

Passo 4

Por que alumínio às vezes reage lentamente com ácido (conceito de passivação) — importante para diferenciar:
  • O alumínio forma naturalmente uma camada fina de óxido, \mathrm{Al_2O_3}, que adere à superfície e “protege” o metal do ataque imediato. Por isso, em ácido diluído o alumínio pode reagir mais devagar ou parecer inerte até que essa camada seja quebrada (por exemplo raspando a superfície ou por ação do ácido que dissolve a camada).
  • O zinco não tem uma camada de óxido tão protetora e normalmente reage de forma mais visível e rápida em ácido diluído.

Passo 5

O comportamento em base e o conceito de anfoterismo (explicação passo a passo do que observar):
  • Quando você adiciona uma base forte (por exemplo \mathrm{NaOH}) a soluções aquosas desses cátions, formam-se hidróxidos insolúveis e brancos:
\mathrm{Zn^{2+} + 2OH^- \longrightarrow Zn(OH)_2(s)}
\mathrm{Al^{3+} + 3OH^- \longrightarrow Al(OH)_3(s)}
  • Esses hidróxidos são anfóteros: em excesso de base eles formam complexos solúveis (dissolvem novamente). As reações de solvatação em excesso de \mathrm{OH^-} são:
\mathrm{Zn(OH)_2(s) + 2OH^- \longrightarrow [Zn(OH)_4]^{2-}}
\mathrm{Al(OH)_3(s) + OH^- \longrightarrow [Al(OH)_4]^-}
  • Interpretação prática: ambos dão precipitado branco e ambos solubilizam em excesso de \mathrm{NaOH}. Então esse teste por si só não diferencia.

Passo 6

O teste prático que diferencia (a chave experimental) — uso da amônia ( \mathrm{NH_3} / \mathrm{NH_4OH}):
  • Diferença útil: o hidróxido de zinco ( \mathrm{Zn(OH)_2}) é solúvel em excesso de amônia devido à formação de um complexo amina solúvel; já o hidróxido de alumínio ( \mathrm{Al(OH)_3}) NÃO se solubiliza em excesso de amônia (permanece como precipitado).
  • Reações (sequência típica):
    1. Fazer o metal reagir com ácido ou dissolver uma amostra para obter \mathrm{Zn^{2+}} ou \mathrm{Al^{3+}}.
    2. Adicionar \mathrm{NaOH} até formar precipitado branco ( \mathrm{Zn(OH)_2} ou \mathrm{Al(OH)_3}).
    3. Separar: adicionar solução de amônia (ou \mathrm{NH_4OH}).
      • Se o precipitado desaparecer em excesso de amônia → é zinco (formação do complexo amínico solúvel). Uma equação simplificada:
      \mathrm{Zn(OH)_2(s) + 4NH_3 \longrightarrow [Zn(NH_3)_4]^{2+} + 2OH^-}
      • Se o precipitado não desaparecer em excesso de amônia → é alumínio (pois \mathrm{Al(OH)_3} não forma complexos solúveis com \mathrm{NH_3} na prática).
  • Observação complementar: ambos dissolvem em excesso de \mathrm{NaOH} (formando \mathrm{[Zn(OH)_4]^{2-}} e \mathrm{[Al(OH)_4]^-}), por isso o teste com \mathrm{NH_3} é o mais prático para diferenciar em laboratório qualitativo simples.

Passo 7

Resumo do procedimento experimental sugerido (passo a passo que você pode fazer na prova prática ou imaginar):
  • Pegar pequena amostra do metal e adicionar algumas gotas de solução diluída de \mathrm{HCl}. Observar efervescência ( \mathrm{H_2}). Se alumínio reage lentamente, raspe a superfície e repita (isso remove a camada de \mathrm{Al_2O_3}).
  • Diluir/neutralizar se necessário e adicionar \mathrm{NaOH} até formar precipitado branco.
  • Adicionar solução de amônia em excesso: se o precipitado dissolver → zinco; se não dissolver → alumínio.
  • Anotações práticas: observe ritmo de reação com ácido (zinco tende a reagir mais visivelmente), mas o teste com \mathrm{NH_3} é decisivo.

Passo 8

Agora as representações das reações com \mathrm{HCl} pedidas na letra (b) — equações balanceadas e explicação dos coeficientes:
  • Zinco com ácido clorídrico:
\mathrm{Zn + 2HCl \longrightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow}
Explicação: \mathrm{Zn} perde dois elétrons para formar \mathrm{Zn^{2+}} e cada próton \mathrm{H^+} do ácido aceita um elétron para formar \mathrm{H_2}; são necessários 2 prótons, por isso o coeficiente 2 em \mathrm{HCl}.
  • Alumínio com ácido clorídrico (equação com coeficientes inteiros):
\mathrm{2Al + 6HCl \longrightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow}
Explicação: cada átomo de \mathrm{Al} se oxida a \mathrm{Al^{3+}}, então para dois átomos de \mathrm{Al} precisamos de 6 prótons ( \mathrm{6HCl}), formando \mathrm{2AlCl_3} e \mathrm{3H_2}.

Resposta

(a) Diferencia-se usando o comportamento com amônia: ambos formam precipitado branco ao se adicionar \mathrm{NaOH}, mas o precipitado de zinco dissolve em excesso de \mathrm{NH_3} formando um complexo solúvel ( [Zn(NH_3)_4]^{2+}), enquanto o hidróxido de alumínio não se solubiliza em excesso de \mathrm{NH_3}. Além disso, o alumínio pode reagir mais lentamente com ácido devido à camada de óxido ( \mathrm{Al_2O_3}) que o protege (raspando a superfície a reação começa).
(b) \mathrm{Zn + 2HCl \longrightarrow ZnCl_2 + H_2}
\mathrm{2Al + 6HCl \longrightarrow 2AlCl_3 + 3H_2}

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