Questão 2

ITA 2021

Química

(ITA - 2021 - 2ª FASE)

Três regiões industrializadas apresentaram as seguintes concentrações (em partes por milhão em volume) de óxidos gasosos em sua atmosfera.

Sabe-se que a chuva ácida se refere à água da chuva com pH menor que 5,6 (equivale a $[H^+] > 2,5 imes 10^{-6} mol cdot L^{-1}$ ) Considere a pressão atmosférica igual a 1 atm e a formação apenas dos ácidos $H_2CO_3$ , $HNO_2$ e $H_2SO_3$ na dissolução dos gases.

a) Determine a concentração molar de $H^+$ esperada para a água da chuva em cada uma das regiões.

b) Organize as regiões em ordem crescente de pH esperado da água da chuva.

c) Qual(is) região(ões) pode(m) sofrer os efeitos negativos de uma chuva ácida?

Dados eventualmente necessários: $K_H$ = constante da lei de Henry, $K_a$ = constante de ionização da espécie ácida A formada na solubilização do gás X.

Gabarito:

Resolução:

Região R

A concentração de CO₂ pode ser calculada da seguinte maneira:

$[CO_{2_{aq}}] = K_H cdot P_{CO_2}$

$[CO_{2_{aq}}] = 4 cdot 10^{-2} cdot 5 cdot 10^{2} cdot 10^{-6} cdot 1$

$[CO_{2_{aq}}] = 2 cdot 10^{-5} mol/L$

Considerando a reação de formação do HCO₃^-:

CO₂ + H₂O → H⁺ + HCO₃^- Ka = 4,5 x 10 ^-7

Pode-se calcular a concentração de H⁺:

$[H^+]^2 = Ka cdot [CO_2]$

$[H^+]^2 = (4,5 cdot 10^{-7})cdot (2 cdot 10^{-5})$

$[H^+] = 3 cdot 10^{-6} mol/L$

Região S

A concentração de NO₂ pode ser calculada da seguinte maneira:

$[NO_{2_{aq}}] = K_H cdot P_{NO_2}$

$[NO_{2_{aq}}] = 10^{-2} cdot 4 cdot 10^{-6} cdot 1$

$[NO_{2_{aq}}] = 4 cdot 10^{-8} mol/L$

A concentração de NO pode ser calculada da seguinte maneira:

$[NO_{aq}] = K_H cdot P_{NO}$

$[NO_{aq}] = 2 cdot 10^{-5} cdot 1,45 cdot 10^{1} cdot 10^{-6} cdot 1$

$[NO_{aq}] = 2,9 cdot 10^{-8} mol/L$

Considerando a reação de NO₂ e NO com a água:

NO + NO₂ + H₂O → 2H⁺ + 2NO₂^- Ka = 7,0 x 10 ^-4

$Ka = frac{[H^{+}]^2 cdot [NO_2^-]^2}{[NO_2] cdot [NO]} = frac{x^4}{4 cdot 10^{-8} cdot 2,9 cdot 10^{-8}}$

$x = 3 cdot 10^{-5}$

$[H^+] = 3 cdot 10^{-5}$

Região T

A concentração de SO₂ pode ser calculada da seguinte maneira:

$[SO_{2_{aq}}] = K_H cdot P_{SO_2}$

$[SO_{2_{aq}}] = 4 cdot 10^{-2} cdot 2 cdot 10^{3} cdot 10^{-6}$

$[SO_{2_{aq}}] = 8 cdot 10^{-5} mol/L$

Considerando a reação de SO₂ com a água:

SO₂ + H₂O → H⁺ + HSO₃^- Ka = 1,2 x 10 ^-2

Pode-se calcular a concentração de H⁺:

$[H^+]^2 = Ka cdot [SO_2]$

$[H^+]^2 = (1,2 cdot 10^{-2})cdot (8 cdot 10^{-5})$

$[H^+] = 9,8 cdot 10^{-4} mol/L$

b) Como a função pH é uma função "-log", a relação entre concentração de H⁺ e o valor pH são inversamente proporcionais. Então, quanto maior a concentração, menor o valor de pH.

pH (T) < pH (S) < pH (R)

c) Para que ocorra a chuva ácida, a concentração de H⁺ precisa ser superior a 2,5x10^-6. Em todas as regiões a concentração é superior, então todas as regiões podem sofrer os efeitos da chuva ácida.

Questão 2

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