I.14 Os conteúdos dos Bécheres 1 e 2 são misturados. Caso ocorra reação, escreva a equação iônica simplificada e indique os íons espectadores.
Bécher 1 Bécher 2
(a) \mathrm{K}_{2} \mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}) \mathrm{AgNO}_{3}(\mathrm{aq})
(b) \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}(\mathrm{aq}) \mathrm{SrBr}_{2}(\mathrm{aq})
(c) \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}^{2}(\mathrm{aq}) \mathrm{NH}_{4} \mathrm{NO}_{3}(\mathrm{aq})
(d) \mathrm{CdSO}_{4}(\mathrm{aq}) \left(\mathrm{NH}_{4}\right)_{2} \mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq})
(e) \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}) \mathrm{Hg}_{2} \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{aq})

Passo 1

O enunciado pede que, para cada mistura (a)–(e), ao juntar o conteúdo do Bécher 1 com o do Bécher 2: (i) verifiquemos se ocorre reação; (ii) se ocorrer, escrevamos a equação iônica simplificada (equação iônica líquida, ou net ionic) e indiquemos os íons espectadores.
As substâncias fornecidas em cada bécher são:
  • (a) Bécher 1: \mathrm{K}_{2}\mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}); Bécher 2: \mathrm{AgNO}_{3}(\mathrm{aq}).
  • (b) Bécher 1: \mathrm{H}_{3}\mathrm{PO}_{4}(\mathrm{aq}); Bécher 2: \mathrm{SrBr}_{2}(\mathrm{aq}).
  • (c) Bécher 1: \mathrm{Na}_{2}\mathrm{S}(\mathrm{aq}); Bécher 2: \mathrm{NH}_{4}\mathrm{NO}_{3}(\mathrm{aq}).
  • (d) Bécher 1: \mathrm{CdSO}_{4}(\mathrm{aq}); Bécher 2: \left(\mathrm{NH}_{4}\right)_{2}\mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq}).
  • (e) Bécher 1: \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}); Bécher 2: \mathrm{Hg}_{2}\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{aq}).

Passo 2

Como a estratégia geral (passo a passo prática para a prova):
  1. Escrever as fórmulas iônicas das espécies que existem em solução ao dissociar os eletrólitos fortes; 2) aplicar regras de solubilidade e verificar se algum produto formado é pouco solúvel (precipitado), gasoso ou um fraco eletrólito (condição para reação observável); 3) escrever a equação molecular de dupla troca quando houver produto(s) pouco solúveis ou gasoso(s); 4) dissociar os eletrólitos fortes e cancelar os íons que aparecem iguais nos dois lados (íons espectadores), obtendo a equação iônica líquida.
    Pequeno resumo das regras usadas (coisa prática que cai em prova):
  • Nitratos ( \mathrm{NO}_3^{-}) e sais dos metais alcalinos ( \mathrm{Li}^+,\mathrm{Na}^+,\mathrm{K}^+, …) e do íon amônio ( \mathrm{NH}_4^+) são solúveis.
  • Cloretos ( \mathrm{Cl}^-), em geral solúveis, exceto com \mathrm{Ag}^+, \mathrm{Pb}^{2+}, \mathrm{Hg}_2^{2+}.
  • Sulfatos ( \mathrm{SO}_4^{2-}) geralmente solúveis, exceto com \mathrm{Ba}^{2+}, \mathrm{Sr}^{2+}, \mathrm{Pb}^{2+}, e alguns íons mercúrio; alguns sulfatos de prata e mercúrio são pouco solúveis.
  • Carbonatos ( \mathrm{CO}_3^{2-}), fosfatos ( \mathrm{PO}_4^{3-}) e sulfetos ( \mathrm{S}^{2-}) são geralmente insolúveis, exceto os de metais alcalinos e \mathrm{NH}_4^+.
    Também: sulfeto ( \mathrm{S}^{2-}) é uma base forte que pode ser protonada por ácidos (gerando \mathrm{H}_2\mathrm{S} gasoso).
Agora aplico isso caso a caso, mostrando as contas e raciocínios.

Passo 3

Caso (a): \mathrm{K}_{2}\mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}) + \mathrm{AgNO}_{3}(\mathrm{aq}).
  1. Escrever os íons presentes inicialmente (dissociação completa, são eletrólitos fortes):
\mathrm{K}_{2}\mathrm{SO}_{4}\longrightarrow 2\,\mathrm{K}^++\mathrm{SO}_4^{2-} \qquad\text{e}\qquad \mathrm{AgNO}_3\longrightarrow \mathrm{Ag}^+ + \mathrm{NO}_3^-.
  1. Possível dupla troca: trocar cátions entre os ânions dá \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4 e \mathrm{KNO}_3. Pela regra: nitratos são solúveis ( \mathrm{KNO}_3 é solúvel); sulfato de prata ( \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4) é pouco solúvel — costuma precipitar. Então ocorre precipitação de \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4.
  2. Equação molecular (balanceada):
\mathrm{K}_{2}\mathrm{SO}_{4}(aq) + 2\,\mathrm{AgNO}_{3}(aq) \longrightarrow \mathrm{Ag}_{2}\mathrm{SO}_{4}(s) + 2\,\mathrm{KNO}_{3}(aq).
  1. Equação iônica completa (dissociando eletrólitos solúveis):
2\,\mathrm{K}^+ + \mathrm{SO}_4^{2-} + 2\,\mathrm{Ag}^+ + 2\,\mathrm{NO}_3^- \longrightarrow \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4(s) + 2\,\mathrm{K}^+ + 2\,\mathrm{NO}_3^-.
  1. Cancelam-se os íons espectadores ( \mathrm{K}^+ e \mathrm{NO}_3^-), restando a equação iônica líquida:
\boxed{\;2\,\mathrm{Ag}^+ + \mathrm{SO}_4^{2-} \longrightarrow \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4(s)\;}.
Íons espectadores: \mathrm{K}^+ e \mathrm{NO}_3^-.

Passo 4

Caso (b): \mathrm{H}_{3}\mathrm{PO}_{4}(\mathrm{aq}) + \mathrm{SrBr}_{2}(\mathrm{aq}).
  1. Espécies iniciais: \mathrm{SrBr}_2 é eletrólito forte: \mathrm{SrBr}_2\to \mathrm{Sr}^{2+}+2\mathrm{Br}^-. \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 é um ácido triprótico fraco e se dissocia em etapas até fornecer \mathrm{PO}_4^{3-} em equilíbrio. Em problemas de precipitação, se \mathrm{Sr}^{2+} encontra \mathrm{PO}_4^{3-} suficiente, forma-se o precipitado \mathrm{Sr}_3(\mathrm{PO}_4)_2, pois fosfatos de metais (exceto alcalinos e \mathrm{NH}_4^+) são insolúveis.
  2. Dupla troca molecular (balanceada pensando nos íons que formam precipitado):
2\,\mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4(aq) + 3\,\mathrm{SrBr}_2(aq) \longrightarrow \mathrm{Sr}_3(\mathrm{PO}_4)_2(s) + 6\,\mathrm{HBr}(aq).
Aqui usamos a forma molecular para balancear as quantidades.
  1. Em termos iônicos, o que interessa é o ânion fosfato \mathrm{PO}_4^{3-} combinando com \mathrm{Sr}^{2+}. A equação iônica líquida que representa a formação do precipitado é:
\boxed{\;3\,\mathrm{Sr}^{2+} + 2\,\mathrm{PO}_4^{3-} \longrightarrow \mathrm{Sr}_3(\mathrm{PO}_4)_2(s)\;}.
Íons espectadores (presentes em solução mas não participando do precipitado): \mathrm{H}^+ (vindo do ácido, na forma de \mathrm{HBr} após troca) e \mathrm{Br}^-.
Observação didática rápida: mesmo sendo \mathrm{H}_3\mathrm{PO}_4 um ácido fraco, a retirada do íon fosfato pela precipitação desloca os equilíbrios de dissociação e permite formação do \mathrm{PO}_4^{3-} suficiente para precipitar o fosfato de estrôncio.

Passo 5

Caso (c): \mathrm{Na}_{2}\mathrm{S}(\mathrm{aq}) + \mathrm{NH}_{4}\mathrm{NO}_{3}(\mathrm{aq}).
  1. Íons iniciais:
\mathrm{Na}_2\mathrm{S}\longrightarrow 2\,\mathrm{Na}^+ + \mathrm{S}^{2-},\qquad \mathrm{NH}_4\mathrm{NO}_3\longrightarrow \mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{NO}_3^-.
  1. Note que \mathrm{S}^{2-} é uma base forte em solução aquosa e tende a ser protonada: \mathrm{S}^{2-} + 2\,\mathrm{H}^+ \longrightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{S}. O cátion \mathrm{NH}_4^+ pode ceder prótons (é um ácido de Brønsted relativamente fraco) formando \mathrm{NH}_3. Assim, há transferência de prótons entre \mathrm{NH}_4^+ e \mathrm{S}^{2-}, produzindo sulfeto protonado como gás \mathrm{H}_2\mathrm{S} (cheiro característico) e liberando \mathrm{NH}_3.
  2. Equação iônica líquida representativa (mostrando a reação ácido–base e evolução de \mathrm{H}_2\mathrm{S} gasoso):
\boxed{\;\mathrm{S}^{2-} + 2\,\mathrm{NH}_4^+ \longrightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{S}(g) + 2\,\mathrm{NH}_3(aq)\;}.
Íons espectadores: \mathrm{Na}^+ e \mathrm{NO}_3^-.
Comentário prático: isso significa que, ao misturar soluções de sulfeto com sais de amônio, costuma-se perceber odor de \mathrm{H}_2\mathrm{S} (gás tóxico/odioso) — sinal de que ocorreu reação ácido–base entre \mathrm{S}^{2-} e \mathrm{NH}_4^+.

Passo 6

Caso (d): \mathrm{CdSO}_{4}(\mathrm{aq}) + \left(\mathrm{NH}_{4}\right)_{2}\mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq}).
  1. Dissociação inicial:
\mathrm{CdSO}_4 \longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+} + \mathrm{SO}_4^{2-}, \qquad \left(\mathrm{NH}_4\right)_2\mathrm{CO}_3 \longrightarrow 2\,\mathrm{NH}_4^+ + \mathrm{CO}_3^{2-}.
  1. Carbonato de cádmio ( \mathrm{CdCO}_3) é, pela regra, um carbonato de metal que não é de metal alcalino nem amônio — portanto insolúvel, precipitando. O outro produto \left(\mathrm{NH}_4\right)_2\mathrm{SO}_4 é solúvel (sais de amônio solúveis).
  2. Equação iônica líquida (formação do precipitado):
\boxed{\;\mathrm{Cd}^{2+} + \mathrm{CO}_3^{2-} \longrightarrow \mathrm{CdCO}_3(s)\;}.
Íons espectadores: \mathrm{NH}_4^+ e \mathrm{SO}_4^{2-}.

Passo 7

Caso (e): \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}(\mathrm{aq}) + \mathrm{Hg}_{2}\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{aq}).
  1. Atenção com o íon mercúrio(I): o cátion mercuroso é \mathrm{Hg}_2^{2+} (do par \mathrm{Hg}_2^{2+} presente em \mathrm{Hg}_2\mathrm{Cl}_2). \mathrm{Hg}_2\mathrm{Cl}_2 é pouco solúvel em água, mas dado que o enunciado traz como (aq), consideramos as espécies iônicas \mathrm{Hg}_2^{2+} e \mathrm{Cl}^- em solução (ou em equilíbrio com o sólido).
  2. Possível dupla troca: troca entre \mathrm{Hg}_2^{2+} e \mathrm{SO}_4^{2-} daria \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4 (mercuroso sulfato). \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4 é pouco solúvel (sulfatos de alguns metais pesados são insolúveis). Assim, espera-se precipitação de \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4 e formação de \mathrm{HCl} em solução.
  3. Equação molecular (balanceada):
\mathrm{Hg}_2\mathrm{Cl}_2(aq) + \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4(aq) \longrightarrow \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4(s) + 2\,\mathrm{HCl}(aq).
  1. Equação iônica líquida (cancelando íons espectadores \mathrm{H}^+ e \mathrm{Cl}^- adequadamente) resulta na formação do sólido:
\boxed{\;\mathrm{Hg}_2^{2+} + \mathrm{SO}_4^{2-} \longrightarrow \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4(s)\;}.
Íons espectadores: \mathrm{H}^+ e \mathrm{Cl}^-.
Comentário breve: atenção especial ao símbolo \mathrm{Hg}_2^{2+} (duas unidades de Hg ligadas) quando escrever equações envolvendo mercúrio(I).

Resposta

(a) 2\,\mathrm{Ag}^+ + \mathrm{SO}_4^{2-} \longrightarrow \mathrm{Ag}_2\mathrm{SO}_4(s). Íons espectadores: \mathrm{K}^+,\\ \mathrm{NO}_3^-.
(b) 3\,\mathrm{Sr}^{2+} + 2\,\mathrm{PO}_4^{3-} \longrightarrow \mathrm{Sr}_3(\mathrm{PO}_4)_2(s). Íons espectadores: \mathrm{H}^+,\\ \mathrm{Br}^-.
(c) \mathrm{S}^{2-} + 2\,\mathrm{NH}_4^+ \longrightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{S}(g) + 2\,\mathrm{NH}_3(aq). Íons espectadores: \mathrm{Na}^+,\\ \mathrm{NO}_3^-.
(d) \mathrm{Cd}^{2+} + \mathrm{CO}_3^{2-} \longrightarrow \mathrm{CdCO}_3(s). Íons espectadores: \mathrm{NH}_4^+,\\ \mathrm{SO}_4^{2-}.
(e) \mathrm{Hg}_2^{2+} + \mathrm{SO}_4^{2-} \longrightarrow \mathrm{Hg}_2\mathrm{SO}_4(s). Íons espectadores: \mathrm{H}^+,\\ \mathrm{Cl}^-.

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