Questão 98 caderno azul ENEM 2021 PPL

A presença de substâncias ricas em enxofre em áreas de mineração provoca preocupantes impactos ambientais. Um exemplo dessas substâncias é a pirita (FeS₂), que, em contato com o oxigênio atmosférico, reage formando uma solução aquosa ferruginosa, conhecida como drenagem ácida de minas, segundo a equação química:

Em situações críticas, nas quais a concentração do ácido sulfúrico atinge 9,8 g/L, o pH alcança valores menores que 1,0. Uma forma de reduzir o impacto da drenagem ácida de minas é tratá-la com calcário (CaCO₃). Considere que uma amostra comercial de calcário, com pureza igual a 50% em massa, foi disponibilizada para o tratamento.

FIGUEIREDO, B. R. Minérios e ambientes. Campinas: Unicamp, 2000 (adaptado).

Qual é a massa de calcário, em gramas, necessária para neutralizar um litro de drenagem ácida de minas, em seu estado crítico, sabendo-se que as massas molares do CaCO₃ e do H₂SO₄ são iguais a 100 g/mol e 98 g/mol, respectivamente?

A) 0,2

B) 5,0

C) 10,0

D) 20,0

E) 200,0

✍ Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Química Geral: Estequiometria (Cálculo de massa e proporção molar).
Química Inorgânica: Reações de Neutralização (Ácido + Sal de caráter básico).
Química Ambiental: Tratamento de resíduos industriais e mineração.

Tema/Objetivo Geral:
Calcular a massa de um reagente comercial (impuro) necessária para neutralizar uma quantidade específica de ácido, aplicando conceitos de proporção estequiométrica e porcentagem de pureza.

Nível da Questão
Médio. A questão exige que o aluno relacione o enunciado com uma reação química não fornecida explicitamente (a neutralização do ácido sulfúrico pelo calcário) e aplique o conceito de pureza, que é um dos maiores distratores em estequiometria.

Gabarito
Alternativa D (20,0 g). São necessários 10 g de CaCO3 puro para neutralizar 9,8 g de H2SO4. Como o calcário tem apenas 50% de pureza, precisamos do dobro da massa da amostra (20 g) para obter a quantidade correta de reagente.

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo: A missão é descobrir o peso total de uma “pedra de calcário comercial” (que é metade útil e metade sujeira) necessário para anular o efeito ácido de 1 litro de água de mina contaminada.

Simplificação Radical: Pense nisso como uma faxina. Você tem um derramamento de ácido (9,8 g) e precisa de um “pó de limpeza” para neutralizá-lo. O problema é que o fabricante te vende um pote onde apenas metade do pó funciona. O desafio é calcular o peso total do pote que você deve comprar para ter a quantidade de “pó ativo” suficiente.

Nosso Plano de Ataque será o seguinte:

Identificar a proporção entre o ácido (H2SO4) e o calcário (CaCO3).
Calcular a massa de calcário PURO necessária para 9,8 g de ácido.
Ajustar pela Pureza: Converter a massa pura para a massa da amostra comercial (50%).

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Para esta investigação, utilizaremos a Ficha de Reação e Proporção:

A Reação de Neutralização:
O Carbonato de Cálcio (CaCO3) reage com o Ácido Sulfúrico (H2SO4) na proporção de 1 para 1:
1 CaCO3 + 1 H2SO4 -> 1 CaSO4 + 1 H2O + 1 CO2

Dados das Massas Molares:

1 mol de H2SO4 = 98 g
1 mol de CaCO3 = 100 g

Raciocínio de Pureza (Dossiê Técnico):

Se a pureza é 50%, significa que em 100 g de produto comercial, apenas 50 g são CaCO3 de verdade.
Portanto, a Massa da Amostra será sempre o dobro da Massa Pura necessária.

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos executar os cálculos passo a passo:

1. Quanto de CaCO3 puro eu preciso?
Pela estequiometria da reação:

98 g de H2SO4 reagem com 100 g de CaCO3.
9,8 g de H2SO4 reagem com X g de CaCO3.
X = (9,8 * 100) / 98
X = 10 g de CaCO3 puro.

2. Qual a massa da amostra comercial (50% de pureza)?
Se eu preciso de 10 g de “parte boa” e o calcário só tem 50% de “parte boa”:

50 g de puro — estão em — 100 g de amostra
10 g de puro — estão em — Y g de amostra
Y = (10 * 100) / 50
Y = 20 g de calcário comercial.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! A armadilha mais sedutora aqui é parar o cálculo no primeiro passo. O valor de 10 g aparece na Alternativa C. O ENEM coloca esse “resultado intermediário” de propósito para pegar quem esquece de aplicar a pureza. Lembre-se: se o produto é impuro, você SEMPRE precisa de uma massa maior do que a calculada na teoria pura.

A Bússola (O Perfil do Culpado)

Síntese do raciocínio: 9,8 g de ácido equivalem a 0,1 mol. Precisamos de 0,1 mol de calcário (10 g). Como a amostra é 50% pura, precisamos de 20 g totais.
Expectativa: A resposta deve ser 20,0 g.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) 0,2 g

Narrativa do Erro: O aluno pode ter errado a casa decimal ou tentado dividir a massa molar de forma equivocada.
Diagnóstico do Erro: Erro de escala (ordem de magnitude).
Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.

B) 5,0 g

Narrativa do Erro: O aluno calculou os 10 g e, ao ver 50%, dividiu por 2 em vez de considerar que precisava de mais produto.
Diagnóstico do Erro: Confundir Causa com Consequência (aplicação invertida da porcentagem).
Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.

C) 10,0 g

Narrativa do Erro: O aluno faz a estequiometria perfeita, mas ignora o dado da pureza do calcário comercial.
Diagnóstico do Erro: Reducionismo (ignorar uma variável crítica do enunciado).
Conclusão: 🟡 PARCIALMENTE CORRETA (é a massa pura, não a comercial).

D) 20,0 g

Análise: Encaixa perfeitamente. Considera a reação 1:1, a massa molar correta e a correção da pureza de 50% (dobro da massa).
Conclusão: 🟢 Alternativa correta.

E) 200,0 g

Narrativa do Erro: O aluno pode ter multiplicado por 10 ou errado a conversão de 9,8 g/L para a massa total.
Diagnóstico do Erro: Erro de cálculo matemático.
Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

A resposta final é a Alternativa D. Esta questão mostra que, na química real, raramente trabalhamos com substâncias 100% puras, e saber calcular essa diferença é vital para não desperdiçar dinheiro nem falhar no tratamento ambiental.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
“Se a pureza é metade, o peso da amostra é o dobro!”

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Este mesmo cálculo é utilizado na Agricultura para a técnica da Calagem. Solos muito ácidos impedem o crescimento das plantas. O agricultor compra calcário para neutralizar o solo, mas ele precisa saber a pureza (PRNT – Poder Relativo de Neutralização Total) do calcário que comprou. Se ele ignorar a pureza, jogará menos calcário do que o necessário e a plantação não renderá, exatamente como a drenagem da mina continuaria ácida se usássemos apenas 10 g.