(Fatec-SP) Em aparelhagem adequada, nas condições ambientes, certa massa de carbonato de cálcio foi colocada para reagir com excesso de ácido clorídrico diluído. Dessa transformação, resultou um gás. O volume de gás liberado foi medido a cada 30 segundos. Os resultados são apresentados a seguir:
Tempo (s) 30 60 90 120 150 180 210 240
Volume de gás ( \mathbf{c m}^{\mathbf{3}} ) 80 150 200 240 290 300 300 300
Analisando-se esses dados, afirma-se:
I. O volume de gás liberado aumentará se após 180 segundos adicionarmos mais ácido.
II. O carbonato de cálcio é o reagente limitante dessa transformação, nas condições em que foi realizada.
III. O gás liberado nessa transformação é o hidrogênio, \mathrm{H}_{2}.
IV. Construindo-se um gráfico do volume gasoso liberado em função do tempo, a partir de 3 minutos, a curva obtida apresentará um patamar.
Estão corretas as afirmações:
a) Iell
b) I e III.
c) II e III.
d) II e IV.
e) III e IV.

Passo 1

O enunciado descreve que uma massa de \mathrm{CaCO_3} reagiu com ácido clorídrico diluído em excesso e que o volume do gás liberado foi medido a cada 30 segundos. Os dados da tabela (peguei os valores diretamente da tabela do enunciado) são:
\begin{array}{ccccccccc} \text{Tempo (s)} & 30 & 60 & 90 & 120 & 150 & 180 & 210 & 240\\\ \text{Volume (cm}^3\text{)} & 80 & 150 & 200 & 240 & 290 & 300 & 300 & 300 \end{array}
O que nos pedem é analisar as afirmações I, II, III e IV e dizer quais são corretas, escolhendo a alternativa correspondente.

Passo 2

Esclarecimento químico essencial (a “aula” curta para entender o problema): a reação típica entre carbonato de cálcio e ácido clorídrico é a seguinte equação balanceada:
\mathrm{CaCO_{3}} + 2\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{CaCl_{2}} + \mathrm{CO_{2}} + \mathrm{H_{2}O}.
Explicação de cada termo da equação:
  • \mathrm{CaCO_{3}} é o carbonato de cálcio (sólido).
  • \mathrm{HCl} é o ácido clorídrico (em solução).
  • \mathrm{CaCl_{2}} é o sal formado em solução aquosa.
  • \mathrm{CO_{2}} é o gás formado (um mol de \mathrm{CaCO_{3}} gera um mol de \mathrm{CO_{2}}).
  • \mathrm{H_{2}O} é água.
Importante: em reações ácido + carbonato a espécie gasosa liberada é \mathrm{CO_{2}}. Já o gás \mathrm{H_{2}} aparece quando um ácido reage com metais (por exemplo \mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} \to \mathrm{ZnCl_{2}} + \mathrm{H_{2}}). Então, por tipo de reação, o gás aqui esperado é \mathrm{CO_{2}}, não \mathrm{H_{2}}.

Passo 3

Interpretação dos dados experimentais (pondo em palavras didáticas): os volumes crescem até alcançarem \,300\\ \mathrm{cm^{3}} em 180\\ \mathrm{s} e, a partir de 180\\ \mathrm{s} até 240\\ \mathrm{s}, o volume permanece constante em \,300\\ \mathrm{cm^{3}} (valor que extraí da tabela). Esse trecho onde o volume não aumenta mais é chamado de “patamar” ou platô: indica que não está sendo mais produzida quantidade detectável de gás.
Fisicamente, um patamar de produção de gás pode significar que:
  • um dos reagentes foi totalmente consumido (reagente limitante), ou
  • a reação já atingiu conclusão sob as condições dadas.
No enunciado foi informado que o ácido estava em excesso. Então a causa do patamar é que o \mathrm{CaCO_{3}} foi consumido (ou seja, acabou). Assim, o gás parou de ser produzido porque não havia mais carbonato para reagir.

Passo 4

Conceito de reagente limitante (explicação prática): o reagente limitante é aquele que se esgota primeiro e, ao se esgotar, impede que a reação prossiga, mesmo que haja excesso do outro reagente. Aqui, como o enunciado diz explicitamente “ácido clorídrico diluído em excesso”, o reagente que fica limitando é o \mathrm{CaCO_{3}}. Consequência prática: uma vez que o \mathrm{CaCO_{3}} foi totalmente consumido, adicionar mais ácido não pode produzir mais \mathrm{CO_{2}} porque falta o carbonato para reagir.

Passo 5

Analisando a afirmação I: “O volume de gás liberado aumentará se após 180 segundos adicionarmos mais ácido.”
Avaliação: falsa. Justificativa: conforme explicado, no experimento o ácido já estava em excesso e o volume estacionou em 300\\ \mathrm{cm^{3}} a partir de 180\\ \mathrm{s}; isso indica que o \mathrm{CaCO_{3}} foi consumido. Acrescentar mais ácido sem adicionar mais \mathrm{CaCO_{3}} não gera mais \mathrm{CO_{2}}. Logo, I é incorreta.

Passo 6

Analisando a afirmação II: “O carbonato de cálcio é o reagente limitante dessa transformação, nas condições em que foi realizada.”
Avaliação: verdadeira. Justificativa: o enunciado afirma que o ácido estava em excesso; o gráfico de volume apresenta um patamar em 300\\ \mathrm{cm^{3}} a partir de 180\\ \mathrm{s}. Esses dois fatos juntos indicam que o \mathrm{CaCO_{3}} foi esgotado e, portanto, era o reagente limitante.

Passo 7

Analisando a afirmação III: “O gás liberado nessa transformação é o hidrogênio, \mathrm{H_{2}}.”
Avaliação: falsa. Justificativa: pela equação da reação entre ácido e carbonato (ver Passo 2) o gás produzido é \mathrm{CO_{2}}. O \mathrm{H_{2}} só aparece quando um ácido reage com certos metais, não com carbonatos.

Passo 8

Analisando a afirmação IV: “Construindo-se um gráfico do volume gasoso liberado em função do tempo, a partir de 3 minutos, a curva obtida apresentará um patamar.”
Observação: 3 minutos = 180\\ \mathrm{s}. Da tabela, o volume em 180\\ \mathrm{s} é 300\\ \mathrm{cm^{3}} e permanece 300\\ \mathrm{cm^{3}} em 210\\ \mathrm{s} e 240\\ \mathrm{s}.
Avaliação: verdadeira. Justificativa: os dados mostram explicitamente o patamar a partir de 180\\ \mathrm{s}, portanto a afirmação IV é correta.

Passo 9

Conclusão final sobre quais afirmações estão corretas: somente as afirmações II e IV são corretas. Isso corresponde à alternativa \text{d)}.

Resposta

d) II e IV.

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