Um assistente de laboratório precisou descartar sete frascos contendo solução de nitrato de mercúrio(I) que não foram utilizados em uma aula prática. Cada frasco continha 5,25 g de Hg2(NO3)2 dissolvidos em água. Temendo a toxidez do mercúrio e sabendo que o Hg2Cl2 tem solubilidade muito baixa, o assistente optou por retirar o mercúrio da solução por precipitação com cloreto de sódio (NaCl), conforme a equação química:
Na dúvida sobre a massa de NaCl a ser utilizada, o assistente aumentou gradativamente a quantidade adicionada
em cada frasco, como apresentado no quadro.
O produto obtido em cada experimento foi filtrado, secado e teve sua massa aferida. O assistente organizou os resultados na forma de um gráfico que correlaciona a massa de NaCl adicionada com a massa de Hg2Cl2 obtida em cada frasco. A massa molar do Hg2(NO3)2 é 525 g mol–1, a do NaCl é 58 g mol–1 e a do Hg2Cl2 é 472 g mol–1.
Qual foi o gráfico obtido pelo assistente de laboratório?
a)
b)
c)
d)
e)
✍ Resolução Em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Química Geral (Cálculo Estequiométrico e Reagente Limitante).
- Análise de Gráficos (Funções com patamar constante).
Tema/Objetivo Geral:
Construir um gráfico que represente a quantidade de produto formado em função da quantidade de reagente adicionado, identificando o ponto de equivalência onde o reagente limitante se inverte.
Nível da Questão:
Difícil.
Justificativa: Exige cálculo preciso de massa para achar o ponto de virada do gráfico. O aluno precisa saber calcular onde a reta crescente para e vira uma reta horizontal (patamar).
Gabarito:
Letra B
Resumo: A reação consome 5,25 g de Hg₂(NO₃)₂. Pelos cálculos, isso exige exatamente 1,16 g de NaCl para reagir completamente. Até 1,16 g, a massa de produto sobe (reta inclinada). Depois de 1,16 g, o mercúrio acaba e a massa de produto para de subir (reta horizontal). O gráfico B mostra essa quebra exatamente perto de 1,2 g.
Resolução Passo a Passo
1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
A Missão:
O assistente tem uma quantidade fixa de nitrato de mercúrio (5,25 g) em cada frasco. Ele vai adicionando quantidades crescentes de sal (NaCl).
Queremos o gráfico: Massa de Precipitado (Eixo Y) versus Massa de Sal Adicionada (Eixo X).
A Analogia Central (O Bolo de Casamento):
Imagine que você tem 100 ovos (Mercúrio) e vai comprando farinha (Sal) aos poucos.
- No começo, cada saco de farinha que você compra vira um bolo. O número de bolos sobe.
- Chega uma hora que os ovos acabam. Adianta comprar mais farinha? Não. O número de bolos para de crescer e fica constante.
O gráfico tem que subir (enquanto tem ovo) e depois ficar reto (quando o ovo acaba). A questão é: Em que ponto exato do eixo X a farinha sobra e os bolos param de aumentar?
Nosso Plano de Ataque:
- Montar a equação balanceada.
- Calcular quanto NaCl (farinha) é preciso para gastar todo o Hg₂(NO₃)₂ (ovos).
- Calcular quanto precipitado (bolo) é formado no máximo.
- Olhar o gráfico que tem a “quebra” (joelho) nesse valor calculado.
2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Vamos usar a Estequiometria da Reação:
Equação Balanceada:
1 Hg₂(NO₃)₂ + 2 NaCl → 1 Hg₂Cl₂ + 2 NaNO₃
Massas Molares (dadas):
- Hg₂(NO₃)₂ = 525 g/mol
- NaCl = 58 g/mol
- Hg₂Cl₂ = 472 g/mol
A proporção em massa é:
525 g de Hg₂(NO₃)₂ reagem com (2 x 58) = 116 g de NaCl para produzir 472 g de Hg₂Cl₂.
3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos calcular para o nosso frasco real, que tem 5,25 g de Hg₂(NO₃)₂.
1. Quanto NaCl é necessário para reagir com tudo?
Se 525 g precisam de 116 g…
Então 5,25 g precisam de X.
(Note que 5,25 é 100 vezes menor que 525).
Logo, X = 116 / 100 = 1,16 g de NaCl.
O que isso significa?
- Até adicionar 1,16 g de NaCl, a reação continua acontecendo e a massa de precipitado aumenta.
- Passou de 1,16 g de NaCl, o mercúrio acabou. Adicionar mais sal não gera mais produto. O gráfico deve ficar horizontal (constante).
- Portanto, o “joelho” do gráfico (onde a reta inclina para a horizontal) deve estar no X = 1,16 g.
2. Qual é a massa máxima de precipitado (Hg₂Cl₂)?
Se 525 g produzem 472 g…
Então 5,25 g produzem Y.
Y = 472 / 100 = 4,72 g de Hg₂Cl₂.
- O patamar máximo do gráfico deve ser na altura Y = 4,72 g.
Análise dos Gráficos:
- Olhe o eixo X (Massa de NaCl).
- Procure onde a linha para de subir e vira horizontal.
- Gráfico A: Para de subir em X = 0,6. (Errado, precisa ser 1,16).
- Gráfico B: Para de subir um pouquinho antes de 1,2 (parece ser 1,16). E a altura máxima é um pouco abaixo de 5 (parece ser 4,72). É O NOSSO CANDIDATO!
- Gráfico C: Nunca para de subir (reta infinita). Errado, o mercúrio acaba.
- Gráfico D: Começa já com massa alta (não parte do zero). Errado, se não por sal, não tem produto.
- Gráfico E: Começa alto e sobe pouco. Errado.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO com a interpretação visual rápida!
O gráfico A e o gráfico B têm o mesmo formato (“sobe e para”). A diferença é onde eles param.
O aluno preguiçoso vê que a estequiometria é 1:2 e pode achar que precisa de “o dobro” ou “metade” sem fazer a conta com as massas molares.
A conta 1,16 g é crucial.
- O gráfico A quebra no 0,6 (metade de 1,2). Isso engana quem erra a conta.
- O gráfico B quebra no 1,16 (quase 1,2). Esse é o certo.
A Bússola (O Perfil do Culpado):
- Síntese do raciocínio: O gráfico deve ser uma rampa que começa no zero, sobe até X=1,16 / Y=4,72 e depois vira uma linha horizontal constante.
- Expectativa: Gráfico com ponto de inflexão em X ≈ 1,2.
4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
a) Gráfico A.
- Diagnóstico do Erro: Ponto de saturação errado.
- Análise: Mostra a reação parando quando se adiciona 0,6 g de NaCl. Nossos cálculos mostram que é preciso 1,16 g para consumir todo o mercúrio. Aqui, sobraria muito mercúrio sem reagir.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
b) Gráfico B.
- Análise: Perfeito.
- O gráfico começa na origem (0,0).
- Cresce linearmente (enquanto há reagente limitante).
- Atinge o platô (constante) quando X está próximo de 1,2 (valor exato 1,16 g).
- A altura do platô é coerente com 4,72 g (perto de 5).
- Conclusão: 🟢 Alternativa correta.
c) Gráfico C.
- Diagnóstico do Erro: Reagente Infinito.
- Análise: A reta continua subindo para sempre. Isso implica que temos mercúrio infinito no frasco para reagir com todo o sal que colocarmos. Falso, o mercúrio é fixo (5,25 g).
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
d) Gráfico D.
- Diagnóstico do Erro: Origem impossível.
- Análise: O gráfico mostra que com 0 g de NaCl já existe cerca de 2,5 g de produto. Impossível. Sem reagente, não há produto (precipitado).
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
e) Gráfico E.
- Diagnóstico do Erro: Origem impossível.
- Análise: Mesmo erro da D, mas começando ainda mais alto (5 g). Viola a lei da conservação da massa e a causalidade.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Em química, tudo tem limite. Quando o reagente limitante acaba, a festa acaba, não importa quanto reagente em excesso você jogue na mistura.
Resumo-flash: ⚡
“Acabou o mercúrio, acabou o precipitado: a reta sobe até o limite estequiométrico e depois dorme (fica horizontal).”
🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Esse tipo de gráfico é típico de Titulações. Em laboratório, usamos isso para descobrir concentrações desconhecidas. Se eu não soubesse quanto mercúrio tinha, eu iria adicionando sal até parar de formar precipitado. Medindo o sal gasto (1,16 g), eu calcularia de volta para descobrir os 5,25 g de mercúrio.
