(2,0 pt) Em laboratório, o reconhecimento do \mathrm{CO}_{2} é feito pela passagem do gás através de uma solução aquosa de \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_{2} (água de barita). Se o gás for \mathrm{CO}_{2} haverá uma turvação, devido a formação de um precipitado. Descreva as equações químicas deste processo.

Passo 1

O enunciado pede que eu descreva as equações químicas do processo observado quando se faz passar o gás \mathrm{CO}_2 por uma solução aquosa de \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2 (água de barita). A observação experimental é uma turvação (formação de precipitado) se o gás for \mathrm{CO}_2. Informações dadas: gás \mathrm{CO}_2 e solução aquosa de \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2. O que preciso entregar são as equações que explicam a formação do precipitado e o que pode acontecer com excesso de \mathrm{CO}_2.

Passo 2

Primeira ideia física/química: o \mathrm{CO}_2 se dissolve em água e forma o ácido carbônico, que é uma etapa limítrofe e reversível. Isso é importante porque mostra a fonte de espécies carbonatadas na solução. A equação da dissolução é
\mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{H}_2O(l) \rightleftharpoons \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq).
Explicação curta: \mathrm{CO}_2 em água dá origem a \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3 (ácido carbônico), que pode doar prótons e gerar íons bicarbonato \mathrm{HCO}_3^- e carbonato \mathrm{CO}_3^{2-}.

Passo 3

Reação ácido-base entre o ácido carbônico e a base forte \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2. A neutralização gera carbonato de bário como sólido e água. A equação molecular balanceada é
\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq) + \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s) + 2\mathrm{H}_2O(l).
Explicação das espécies: \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2 em solução fornece \mathrm{Ba}^{2+} e 2\mathrm{OH}^-; o ânion \mathrm{CO}_3^{2-} (originado de \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3) se combina com \mathrm{Ba}^{2+} formando \mathrm{BaCO}_3 pouco solúvel — é isso que produz a turvação (precipitado branco).

Passo 4

Escrever a equação global (net molecular) que resume o processo direto gás + solução:
\mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s) + \mathrm{H}_2O(l).
Essa é a equação prática que se usa em laboratório para descrever a formação do precipitado a partir do gás \mathrm{CO}_2 e da água de barita.

Passo 5

Mostrar a via iônica (útil para entender precipitação). Dois passos iônicos úteis:
a) formação do íon carbonato a partir de \mathrm{CO}_2 em meio básico:
\mathrm{CO}_2(g) + 2\mathrm{OH}^-(aq) \longrightarrow \mathrm{CO}_3^{2-}(aq) + \mathrm{H}_2O(l).
b) precipitação do carbonato com o cátion bário:
\mathrm{Ba}^{2+}(aq) + \mathrm{CO}_3^{2-}(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s).
Juntas, estas mostram por que o carbonato forma sólido ao encontrar \mathrm{Ba}^{2+}.

Passo 6

Efeito do excesso de \mathrm{CO}_2: com muito \mathrm{CO}_2 a solução fica mais ácida localmente e o \mathrm{CO}_3^{2-} se converte em bicarbonato \mathrm{HCO}_3^-; o carbonato de bário sólido pode reagir com \mathrm{CO}_2 e água formando o bicarbonato solúvel de bário. A equação é
\mathrm{BaCO}_3(s) + \mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{H}_2O(l) \longrightarrow \mathrm{Ba(HCO}_3)_2(aq).
Explicação: \mathrm{Ba(HCO}_3)_2 é solúvel em água, então o precipitado branco pode desaparecer se houver excesso de \mathrm{CO}_2. Isso é comumente observado: turbidez aparece ao introduzir \mathrm{CO}_2 inicialmente e some se o gás for passado em excesso.

Passo 7

Breve resumo conceitual (como usar na prova): escreva a sequência (dissolução de \mathrm{CO}_2 → neutralização → precipitação), apresente a equação molecular global e, se precisar justificar a turvação, mostre a equação iônica do precipitado. Se quiser comentar sobre desaparecimento da turvação, mostre a conversão para bicarbonato solúvel.

Resposta

\mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{H}_2O(l) \rightleftharpoons \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq)
\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq) + \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s) + 2\mathrm{H}_2O(l)
\mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s) + \mathrm{H}_2O(l)
\mathrm{CO}_2(g) + 2\mathrm{OH}^-(aq) \longrightarrow \mathrm{CO}_3^{2-}(aq) + \mathrm{H}_2O(l)
\mathrm{Ba}^{2+}(aq) + \mathrm{CO}_3^{2-}(aq) \longrightarrow \mathrm{BaCO}_3(s)
\mathrm{BaCO}_3(s) + \mathrm{CO}_2(g) + \mathrm{H}_2O(l) \longrightarrow \mathrm{Ba(HCO}_3)_2(aq)

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