Leia o texto a seguir e responda à(s) questão(ões).
A vida em grandes metrópoles apresenta atributos que consideramos sinônimos de progresso, como facilidades de acesso aos bens de consumo, oportunidades de trabalho, lazer, serviços, educação, saúde etc. Por outro lado, em algumas delas, devido à grandiosidade dessas cidades e aos milhões de cidadãos que ali moram, existem muito mais problemas do que benefícios. Seus habitantes sabem como são complicados o trânsito, a segurança pública, a poluição, os problemas ambientais, a habitação etc. Sem dúvida, são desafios que exigem muito esforço não só dos governantes, mas também de todas as pessoas que vivem nesses lugares. Essas cidades convivem ao mesmo tempo com a ordem e o caos, com a pobreza e a riqueza, com a beleza e a feiura. A tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza. Para que ocorra a organização, é necessária alguma ação que restabeleça a ordem. É o que acontece nas grandes cidades: despoluir um rio, melhorar a condição de vida dos seus habitantes e diminuir a violência, por exemplo, são tarefas que exigem muito trabalho e não acontecem espontaneamente. Se não houver qualquer ação nesse sentido, a tendência é que prevaleça a desorganização. Em nosso cotidiano, percebemos que é mais fácil deixarmos as coisas desorganizadas do que em ordem. A ordem tem seu preço. Portanto, percebemos que há um embate constante na manutenção da vida e do universo contra a desordem. A luta contra a desorganização é travada a cada momento por nós. Por exemplo, desde o momento da nossa concepção, a partir da fecundação do óvulo pelo espermatozoide, nosso organismo vai se desenvolvendo e ficando mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Entretanto, com o passar dos anos, envelhecemos e nosso corpo não consegue mais funcionar adequadamente, ocorre uma falha fatal e morremos. O que se observa na natureza é que a manutenção da ordem é fruto da ação das forças fundamentais, que, ao interagirem com a matéria, permitem que esta se organize. Desde a formação do nosso planeta, há cerca de 5 bilhões de anos, a vida somente conseguiu se desenvolver às custas de transformar a energia recebida pelo Sol em uma forma útil, ou seja, capaz de manter a organização. Para tal, pagamos um preço alto: grande parte dessa energia é perdida, principalmente na forma de calor. Dessa forma, para que existamos, pagamos o preço de aumentar a desorganização do nosso planeta. Quando o Sol não puder mais fornecer essa energia, dentro de mais
Assinale a alternativa que apresenta, corretamente, procedimentos químicos capazes de corrigir o pH de um corpo d’água.
(Dados: \mathrm{Fe}^{3+} sofre hidrólise em água; Ka do \mathrm{HNO}_{2}=5,1 \times 10^{-4} ; \mathrm{Kb} da amônia \left(\mathrm{NH}_{3}\right)=1,8 \times 10^{-5} )
a) Se um corpo d’água possui \mathrm{pH}^{2,} a elevação desse valor pode ser feita pela adição de NaCl na água.
b) Se um corpo d’água possui pH 4 , a elevação desse valor pode ser feita pela adição de KCl na água.
c) Se um corpo d’água possui pH 6, a elevação desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{FeCl}_{3} na água.
d) Se um corpo d’água possui pH7, a redução desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl} na água.

Passo 1

O enunciado pede que a gente assinale qual alternativa apresenta, corretamente, procedimentos químicos capazes de corrigir o pH de um corpo d’água. As alternativas são (resumindo):
a) Para pH 2, elevar o pH adicionando \mathrm{NaCl}.
b) Para pH 4, elevar o pH adicionando \mathrm{KCl}.
c) Para pH 6, elevar o pH adicionando \mathrm{FeCl}_{3}.
d) Para pH 7, reduzir o pH adicionando \mathrm{NH}_{4}\mathrm{Cl}.
Informações fornecidas no enunciado que vamos usar:
  • \mathrm{Fe}^{3+} sofre hidrólise em água (ou seja, reage com água e tende a liberar \mathrm{H}^+).
  • K_a do \mathrm{HNO}_2 é 5,1\times10^{-4} (essa informação não será necessária para todas as alternativas, mas está disponível).
  • K_b da amônia \left(\mathrm{NH}_3\right) é 1,8\times10^{-5}.

Passo 2

Antes de analisar as alternativas, vamos revisar, de forma bem direta e prática, como diferentes íons afetam o pH de uma solução quando um sal é adicionado.
  • Um sal formado por um ácido forte e uma base forte (por exemplo, \mathrm{NaCl}, \mathrm{KCl}) não hidrolope sensivelmente em água; os íons resultantes ( \mathrm{Na}^+, \mathrm{K}^+, \mathrm{Cl}^-) não reagem com água para produzir \mathrm{H}^+ ou \mathrm{OH}^-. Logo, uma solução aquosa desse sal permanece essencialmente neutra ( pH\approx7).
  • Um sal que contém o cátion de uma base fraca (por exemplo, \mathrm{NH}_4^+ de \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}) sofre hidrólise ácida: o cátion doa prótons parcialmente, aumentando [\mathrm{H}^+] e diminuindo o pH. Assim, \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} acidifica a água.
  • Cátions metálicos com alta carga e pequena razão carga/raio (como \mathrm{Fe}^{3+}) sofrem hidrólise formando espécies hidroxiladas e liberando \mathrm{H}^+; isso também acidifica a solução.
  • Em resumo prático: sal de ácido forte + base forte → solução neutra; sal contendo cation de base fraca ou cation metálico altamente carregado → solução ácida; sal contendo anion de ácido fraco → solução básica.

Passo 3

Analisando a alternativa (a): “Se um corpo d’água possui pH 2, a elevação desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{NaCl} na água.”
  • \mathrm{NaCl} é sal formado por ácido forte ( \mathrm{HCl}) e base forte ( \mathrm{NaOH}). Como dito, seus íons não hidrolisam significantemente, então \mathrm{NaCl} não corrige acidez (não eleva o pH).
  • Portanto a alternativa (a) está incorreta: adicionar \mathrm{NaCl} não aumenta o pH de uma água muito ácida.

Passo 4

Analisando a alternativa (b): “Se um corpo d’água possui pH 4, a elevação desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{KCl} na água.”
  • Mesma lógica de (a): \mathrm{KCl} é sal de ácido forte + base forte; \mathrm{K}^+ e \mathrm{Cl}^- não hidrolisam. Portanto \mathrm{KCl} também não altera pH relevante.
  • Logo (b) também está incorreta: \mathrm{KCl} não é um agente que corrige acidez (não eleva o pH).

Passo 5

Analisando a alternativa (c): “Se um corpo d’água possui pH 6, a elevação desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{FeCl}_{3} na água.”
  • O cátion \mathrm{Fe}^{3+} sofre hidrólise em água (dado do enunciado). A hidrólise típica é, por exemplo,
    \mathrm{Fe}^{3+} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{FeOH}^{2+} + \mathrm{H}^+.
  • Essa reação libera \mathrm{H}^+, ou seja, torna a solução mais ácida (reduz o pH). Portanto a adição de \mathrm{FeCl}_3 baixa o pH, não o eleva.
  • Assim, (c) está incorreta.

Passo 6

Analisando a alternativa (d): “Se um corpo d’água possui pH 7, a redução desse valor pode ser feita pela adição de \mathrm{NH}_{4}\mathrm{Cl} na água.”
  • \mathrm{NH}_4^+ é o cátion correspondente à base fraca \mathrm{NH}_3. Em água ocorre hidrólise ácida:
    \mathrm{NH}_4^+ \rightleftharpoons \mathrm{NH}_3 + \mathrm{H}^+.
  • Isso aumenta [\mathrm{H}^+] e reduz o pH. Logo \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} acidifica a água — corresponde exatamente a “redução do pH”. Portanto qualitativamente (d) está correta.

Passo 7

Para tornar a ideia mais concreta (aula rápida + exemplo numérico): calculo aproximado do pH de uma solução de \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} mostra que ela fica ácida. Usamos K_b(\mathrm{NH}_3)=1,8\times10^{-5} e K_w=10^{-14}. O K_a do \mathrm{NH}_4^+ é
K_a(\mathrm{NH}_4^+) = \frac{K_w}{K_b(\mathrm{NH}_3)} = \frac{10^{-14}}{1,8\times10^{-5}} \approx 5,56\times10^{-10}.
Suponha uma concentração exemplificativa de \mathrm{NH}_4^+ igual a 0{,}10\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}. Para a reação \mathrm{NH}_4^+ \rightleftharpoons \mathrm{NH}_3 + \mathrm{H}^+, se x for [\mathrm{H}^+] gerado, para aproximação válida quando x é pequeno,
x \approx \sqrt{K_a \cdot c} = \sqrt{5{,}56\times10^{-10}\times0{,}10} = \sqrt{5{,}56\times10^{-11}} \approx 7{,}46\times10^{-6}.
Então o pH da solução seria aproximadamente
\mathrm{pH} \approx -\log(7{,}46\times10^{-6}) \approx 5{,}13,
ou seja, claramente ácido (menor que 7). Isso confirma numericamente que \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} reduz o pH.

Passo 8

Conclusão final das verificações das alternativas: (a) está incorreta; (b) está incorreta; (c) está incorreta; (d) está correta — porque \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} fornece \mathrm{NH}_4^+, que hidrolisa e aumenta [\mathrm{H}^+], reduzindo o pH.

Resposta

d)

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