Questão do ENEM 2021

Ciências da Natureza · habilidade 25Reaplicação · Caderno Azul · Questão 98

A presença de substâncias ricas em enxofre em áreas de mineração provoca preocupantes impactos ambientais. Um exemplo dessas substâncias é a pirita ( $\mathrm{FeS_2}$ ), que, em contato com o oxigênio atmosférico, reage formando uma solução aquosa ferruginosa, conhecida como drenagem ácida de minas, segundo a equação química:

$\mathrm{4\,FeS_2\,(s) + 15\,O_2\,(g) + 2\,H_2O\,(l) \longrightarrow 2\,Fe_2(SO_4)_3\,(aq) + 2\,H_2SO_4\,(aq)}$

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 ( $\mathrm{CaCO_3}$ ). 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 $\mathrm{CaCO_3}$ e do $\mathrm{H_2SO_4}$ são iguais a 100 g/mol e 98 g/mol, respectivamente?

Alternativa A: 0,2
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor 0,2 corresponde a um número de mols, obtido ao dividir 0,1 mol por 0,5, e não a uma massa em gramas. A pergunta pede gramas, então ainda é preciso multiplicar pela massa molar de 100 g/mol.
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Alternativa B: 5,0
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor 5,0 vem de multiplicar os 10 g de carbonato de cálcio puro pela pureza de 50%. Como só metade da amostra é carbonato, é preciso mais massa de calcário, e não menos: divide-se por 0,5.
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Alternativa C: 10,0
Justificativa
Esta alternativa está errada. Os 10 g são a massa de carbonato de cálcio puro necessária para 0,1 mol de ácido. O calcário comercial tem apenas 50% de pureza, e essa informação precisa ser usada para obter a massa da amostra.
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Alternativa D: 20,0 gabarito
Justificativa
Esta alternativa está correta. Em 1 L de drenagem ácida há 9,8 g de $\mathrm{H_2SO_4}$ , ou seja, $\frac{9{,}8}{98} = 0{,}1$ mol. A neutralização $\mathrm{CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2}$ é de 1 para 1, então são necessários 0,1 mol de $\mathrm{CaCO_3}$ , isto é, $0{,}1 \times 100 = 10$ g puros. Com pureza de 50%, a massa da amostra é $\frac{10}{0{,}5} = 20$ g.
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Alternativa E: 200,0
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor 200 é dez vezes maior que o necessário, como num erro de potência de dez na conversão de mols para gramas ou ao usar 1 mol em vez de 0,1 mol de ácido. A concentração do ácido é de apenas 0,1 mol por litro.
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Fonte e auditoria

Código INEP: 30690
Código da prova: 989
Arquivo do PDF: ENEM_2021_P2_CAD_07_DIA_2_AZUL.pdf