Questão 54 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos analisar quimicamente cada uma das três etapas do processo hidrometalúrgico descrito no texto, identificando a função dos reagentes e as transformações que ocorrem com o chumbo.

Etapa 1: Tratamento com carbonato de sódio

O texto afirma que o sulfato de chumbo(II) ($PbSO_4$) reage com uma solução de carbonato de sódio ($Na_2CO_3$). O carbonato de sódio é um sal derivado de uma base forte ($NaOH$) e de um ácido fraco ($H_2CO_3$), o que faz com que sua solução aquosa sofra hidrólise e apresente caráter básico (alcalino). Por utilizarmos uma solução básica para extrair e transformar o material, chamamos esse processo de lixiviação básica.

A reação que ocorre é uma dupla troca: $PbSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow PbCO_3 + Na_2SO_4$

O sal insolúvel formado é o carbonato de chumbo(II) ($PbCO_3$). Note que o ânion sulfato ($SO_4^{2-}$) foi separado do chumbo e ficou na solução aquosa na forma de sulfato de sódio ($Na_2SO_4$). Como o objetivo principal dessa etapa é retirar o enxofre do composto de chumbo para evitar a futura emissão do gás poluente dióxido de enxofre ($SO_2$), dizemos que ocorreu uma dessulfuração.

Etapa 2: Tratamento com ácido nítrico

Na segunda etapa, o sal insolúvel obtido ($PbCO_3$) é tratado com ácido nítrico ($HNO_3$). Como estamos utilizando um ácido para dissolver o material, trata-se de uma lixiviação ácida.

A reação química é a seguinte: $PbCO_3 + 2 HNO_3 \rightarrow Pb(NO_3)_2 + H_2O + CO_2$

O produto formado é o nitrato de chumbo(II) ($Pb(NO_3)_2$). Na química inorgânica, sabemos que todos os sais de nitrato são solúveis em água. Portanto, o objetivo dessa etapa é a solubilização do chumbo, preparando-o em uma solução aquosa para a etapa final.

Etapa 3: Eletrólise

Na última etapa, a solução contendo o sal de chumbo solúvel passa por uma eletrólise para a obtenção do chumbo metálico.

No nitrato de chumbo(II) ($Pb(NO_3)_2$), o chumbo encontra-se na forma de cátion com número de oxidação $+2$ ($Pb^{2+}$). Durante a eletrólise, esses cátions migram para o polo negativo (cátodo), onde recebem elétrons para formar o chumbo metálico, que possui número de oxidação zero ($Pb^0$). A semirreação é: $Pb^{2+} + 2 e^- \rightarrow Pb^0$

Como o chumbo ganhou elétrons e seu número de oxidação diminuiu de $+2$ para $0$, ocorreu um processo de redução.

Conclusão

Analisando o processo completo, temos:

1. Lixiviação básica e dessulfuração.
2. Lixiviação ácida e solubilização.
3. Redução do $Pb^{2+}$ em $Pb^0$.

Essas características correspondem exatamente ao que está descrito na alternativa A.