Questão 6 de Química geral estilo IME resolvida

Enunciado

Um sólido contém exclusivamente $FeC_2O_4\cdot xH_2O$, $Fe_2(C_2O_4)_3$ anidro e SiO2 inerte. O inteiro x é desconhecido. São analisadas três amostras idênticas de 1,584 g; os resultados referem-se à totalidade de cada amostra. | Ensaio | Procedimento e resultado | | --- | --- | | I | Dissolução em ácido sulfúrico diluído sem alteração dos estados de oxidação, seguida de oxidação quantitativa com 0,004200 mol de permanganato. Todo Fe²+ vira Fe³+, todo oxalato vira CO2 e MnO4− vira Mn²+. O CO2 seco produzido ocupa 0,4032 L a 0 °C e 1 atm. | | II | Dissolução idêntica, seguida de redução eletrolítica seletiva de todo Fe³+ a Fe²+, sem reação de Fe²+, oxalato, água ou SiO2. A carga necessária é 386,0 C. | | III | Aquecimento controlado remove toda a água de cristalização, sem decompor oxalatos. A perda de massa é 0,1080 g. | No ensaio I, Fe³+ não é oxidado. Despreze reações laterais e efeitos de complexação sobre a seletividade dos ensaios. Considere $F=96500$ C/mol, volume molar gasoso 22,40 L/mol e massas molares Fe = 56,00, C = 12,00, O = 16,00 e H = 1,00 g/mol. a) Determine x e a massa de cada componente na amostra original. b) Uma quarta amostra idêntica é aquecida em excesso de O2 até formar somente Fe2O3 e SiO2 como sólidos, liberando apenas CO2 e H2O. Determine a massa do resíduo e a quantidade de O2 consumida. Apresente as equações globais balanceadas de decomposição oxidativa dos dois oxalatos.

Resolução comentada

Resposta: a) x = 2; FeC2O4·2H2O: 0,5400 g; Fe2(C2O4)3: 0,7520 g; SiO2: 0,2920 g. b) Resíduo: 0,8520 g; O2 consumido: 0,005250 mol. Equações: 4FeC2O4·2H2O + 3O2 → 2Fe2O3 + 8CO2 + 8H2O; 2Fe2(C2O4)3 + 3O2 → 2Fe2O3 + 12CO2.

Cada permanganato reduzido a Mn²+ recebe cinco elétrons, totalizando $5(0{,}004200)=0{,}02100$ mol de elétrons. O CO2 contém $0{,}4032/22{,}40=0{,}01800$ mol de carbono; cada oxalato tem dois carbonos e gera dois CO2, logo a amostra contém 0,009000 mol de oxalato. Na oxidação, cada carbono passa de NOX +3 a +4: cada oxalato fornece dois elétrons, totalizando 0,01800 mol. Os 0,003000 mol de elétrons restantes provêm de Fe²+→Fe³+, portanto há 0,003000 mol de Fe²+ e a mesma quantidade de FeC2O4·xH2O. A redução seletiva do ensaio II usa $386{,}0/96500=0{,}004000$ mol de elétrons, isto é, 0,004000 mol de Fe³+. Cada fórmula de Fe2(C2O4)3 contém dois, portanto há 0,002000 mol desse sal. Seu conteúdo de oxalato é 0,006000 mol; somado aos 0,003000 mol do sal ferroso, reproduz os 0,009000 mol inferidos do CO2. A água perdida corresponde a $0{,}1080/18=0{,}006000$ mol, dando $x=0{,}006000/0{,}003000=2$. A massa molar do sal hidratado é $56+88+36=180$ g/mol, e sua massa 0,5400 g. O sal férrico tem massa molar $112+3(88)=376$ g/mol, dando 0,7520 g. O restante inerte é $1{,}584-0{,}5400-0{,}7520=0{,}2920$ g. As oxidações totais são $4FeC_2O_4\cdot2H_2O+3O_2\rightarrow2Fe_2O_3+8CO_2+8H_2O$ e $2Fe_2(C_2O_4)_3+3O_2\rightarrow2Fe_2O_3+12CO_2$. A amostra contém $0{,}003000+2(0{,}002000)=0{,}007000$ mol de ferro, gerando 0,003500 mol de Fe2O3. Sua massa é $0{,}003500(160)=0{,}5600$ g; com SiO2, o resíduo é 0,8520 g. O O2 consumido é $\tfrac34(0{,}003000)+\tfrac32(0{,}002000)=0{,}005250$ mol. Como conferência independente, saem 0,01800 mol de CO2, ou 0,7920 g, e 0,1080 g de água; entram 0,1680 g de O2. O balanço $1{,}584+0{,}1680-0{,}7920-0{,}1080=0{,}8520$ g fecha o resíduo. A perda líquida de massa não pode ser confundida com a soma dos gases liberados porque há incorporação de oxigênio.