Questão 70, caderno azul do ENEM 2014

Visando minimizar impactos ambientais, a legislação brasileira determina que resíduos químicos lançados diretamente no corpo receptor tenham pH entre 5,0 e 9,0. Um resíduo líquido aquoso gerado em um processo industrial tem concentração de íons hidroxila igual a 1,0 × 10⁻¹⁰ mol/L. Para atender a legislação, um químico separou as seguintes substâncias, disponibilizadas no almoxarifado da empresa: CH₃COOH, Na₂SO₄, CH₃OH, K₂CO₃ e NH₄Cl.

Para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor, qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH?

A) CH₃COOH

B) Na₂SO₄

C) CH₃OH

D) K₂CO₃

E) NH₄Cl

Resolução em texto

📘 Matérias Necessárias:

Química (Equilíbrio químico, pH e pOH, Neutralização ácido-base)

📔 Nível da Questão:

Médio (envolve interpretação e cálculos simples de pH)

✅ Gabarito:

🎯 Objetivo Geral:

Identificar corretamente qual substância dentre as opções pode ajustar o pH da solução para que fique dentro do intervalo permitido (pH entre 5 e 9).

🔷 1. Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1 Transcrição Essencial (📌)
“Para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor, qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH?”

1.2 O que está sendo pedido? (📌)
Selecionar uma substância entre as opções que permita ajustar o pH da solução aquosa para que esteja entre 5 e 9.

1.3 Objetivo Cristalino (📌)
Identificar se é necessário adicionar uma substância de caráter ácido, básico ou neutro para ajustar adequadamente o pH da solução.

1.4 Pergunta de Atenção (✔)
Você lembra que primeiro devemos descobrir o valor do pH da solução para depois decidir se precisamos aumentar ou diminuir o valor?

🔷 2. Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

2.1 Definições e Fórmulas (📌)

pH e pOH:
pH é uma escala que mede acidez (0 a 7) ou basicidade (7 a 14) de soluções aquosas.

Fórmulas básicas:
pOH = – log [OH⁻]
pH + pOH = 14

Concentração de íons hidroxila (OH⁻): quanto maior, mais básica é a solução; quanto menor, mais ácida.
Substância ácida: abaixa o pH da solução (pH menor).
Substância básica: eleva o pH da solução (pH maior).
Substância neutra: não altera significativamente o pH.
Caráter ácido-base dos sais:
- Ácido forte + Base fraca → sal ácido
- Base forte + Ácido fraco → sal básico
- Ácido forte + Base forte → sal neutro

2.2 Possível armadilha (❓✔)
Cuidado para não confundir! Um sal pode apresentar caráter ácido ou básico dependendo de qual ácido e base formaram-no.

🔷 3. Tradução e Interpretação do Problema

3.1 Contextualização Simplificada (📌)
Você tem um resíduo industrial com uma concentração específica de OH⁻. A legislação exige que o pH esteja entre 5 e 9. Precisamos primeiro descobrir o pH atual e depois escolher o produto químico ideal para ajustá-lo ao valor adequado.

3.2 Estratégia Geral (📌)

Calcular o pH atual da solução.
Verificar se é preciso subir ou descer o pH.
Escolher entre as alternativas qual substância tem o caráter correto (ácido ou básico) para realizar o ajuste necessário.

🔷 4. Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

4.1 Passo a Passo Detalhado (📌)

Concentração de OH⁻ dada: 1,0 × 10⁻¹⁰ mol/L
Primeiro: encontrar o valor do pOH:
pOH = – log [OH⁻]
pOH = – log (1,0 × 10⁻¹⁰)
pOH = 10
Segundo: Calcular o valor do pH usando a relação pH + pOH = 14
pH + 10 = 14
pH = 14 – 10
pH = 4
pH atual: 4 (ácido).
A legislação exige entre 5 e 9. Precisamos, portanto, aumentar o valor do pH, ou seja, reduzir a acidez adicionando uma substância básica.
Agora devemos identificar qual das opções fornecidas é básica. Analisando brevemente:
- CH3COOH: ácido acético (ácido)
- Na2SO4: sal neutro (base forte + ácido forte)
- CH3OH: álcool metílico (neutro, não altera significativamente pH)
- K2CO3: sal básico (base forte KOH + ácido fraco H2CO3)
- NH4Cl: sal ácido (base fraca NH4OH + ácido forte HCl)
A única substância básica que elevará o pH da solução é K2CO3.

🔷 5. Análise das Alternativas

5.1 Listagem das Alternativas

A) CH3COOH
B) Na2SO4
C) CH3OH
D) K2CO3
E) NH4Cl

5.2 Justificativa Individual

A) (❌) Ácido acético reduz ainda mais o pH (torna mais ácido), o que não é o objetivo.
B) (❌) Sulfato de sódio é um sal neutro (base forte + ácido forte), não altera significativamente o pH.
C) (❌) Metanol (álcool) é neutro, não afeta significativamente o pH da solução aquosa.
D) (✅) Carbonato de potássio (K2CO3) é um sal básico, pois é formado por base forte (KOH) e ácido fraco (H2CO3). Essa substância elevará o pH até atingir a faixa permitida.
E) (❌) Cloreto de amônio é um sal ácido (ácido forte HCl + base fraca NH4OH), que abaixaria o pH.

🔷 6. Conclusão e Justificativa Final

6.1 Resumo do Raciocínio (📌)
Para elevar o pH de 4 para um valor entre 5 e 9, precisamos adicionar uma substância básica. O K2CO3 é a única substância básica disponível nas alternativas.

6.2 Gabarito Reafirmado (📌)
Alternativa correta: D

6.3 Resumo Final para Revisão (🔍)
Se precisar aumentar o pH de uma solução, adicione um composto de caráter básico. Avalie sempre se os sais são ácidos, básicos ou neutros considerando sua origem.