Questão 1 de Química geral estilo IME resolvida

Enunciado

Uma amostra de 6,290 g de uma liga contém somente Cu, Zn e Ni metálicos. Ela é tratada com excesso de ácido clorídrico sem oxidantes e, nas condições do ensaio, todo o Zn e todo o Ni passam à solução como íons de carga +2, com formação de H2. O Cu não reage. O sólido residual é lavado, seco e pesado, apresentando massa de 1,920 g. O gás seco coletado ocupa 1,568 L a 0 °C e 1 atm. Considere o volume molar de 22,40 L/mol e massas molares $Cu=64{,}0$, $Zn=65{,}0$ e $Ni=59{,}0$ g/mol. Não há perdas de metal ou gás. A solução obtida após a separação do Cu é neutralizada e tratada com base até precipitar todo o Zn e Ni como Zn(OH)2 e Ni(OH)2. Admita, para esta etapa, um pH em que ambos permaneçam quantitativamente nos precipitados, sem complexação nem redissolução. Determine a composição da liga em porcentagem em massa e a massa total dos dois precipitados secos, desprezando as quantidades de Zn e Ni que permanecem dissolvidas após a precipitação. Apresente as equações químicas utilizadas. Use $O=16{,}0$ e $H=1{,}0$ g/mol.

Resolução comentada

Resposta: Zn: 41,34%; Ni: 28,14%; Cu: 30,52%. Massa total dos precipitados secos: 6,750 g. Dissolução: Zn + 2H+ → Zn²+ + H2 e Ni + 2H+ → Ni²+ + H2. Precipitação: M²+ + 2OH− → M(OH)2, para M = Zn ou Ni.

As reações são $Zn(s)+2H^+(aq)\rightarrow Zn^{2+}(aq)+H_2(g)$ e $Ni(s)+2H^+(aq)\rightarrow Ni^{2+}(aq)+H_2(g)$. O gás contém $1{,}568/22{,}40=0{,}0700$ mol. Como cada mol de Zn ou Ni gera um mol de H2, se x e y são suas quantidades, $x+y=0{,}0700$. A massa desses dois metais é $6{,}290-1{,}920=4{,}370$ g, de modo que $65x+59y=4{,}370$. Substituindo y, $6x=0{,}240$, resultando x = 0,0400 e y = 0,0300 mol. O Cu residual corresponde a $1{,}920/64=0{,}0300$ mol. As massas são 2,600 g de Zn, 1,770 g de Ni e 1,920 g de Cu. Dividindo cada uma por 6,290 g e multiplicando por 100, obtêm-se aproximadamente 41,34%, 28,14% e 30,52%, cuja soma é 100,00%. Cada precipitado exige dois íons OH− por cátion: $M^{2+}+2OH^-\rightarrow M(OH)_2$. O consumo para precipitação é $2(0{,}0400+0{,}0300)=0{,}140$ mol. As massas molares de Zn(OH)2 e Ni(OH)2 são 99,0 e 93,0 g/mol. A massa total seca é $0{,}0400(99)+0{,}0300(93)=3{,}960+2{,}790=6{,}750$ g. Essa quantidade de base não inclui o ácido que sobrara da dissolução. A hipótese de ausência de redissolução do zinco está explicitamente restrita à condição escolhida.