Questão 110 do ENEM 2023 — Ciências da Natureza

ENEM 2023Ciências da Natureza1ª aplicação

Um assistente de laboratório precisou descartar sete frascos contendo solução de nitrato de mercúrio(l) 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:

\[\text{Hg}_2(\text{NO}_3)_2 \, (\text{aq}) + 2 \, \text{NaCl} \, (\text{aq}) \rightarrow \text{Hg}_2\text{Cl}_2 \, (\text{s}) + 2 \, \text{NaNO}_3 \, (\text{aq})\]

Na dúvida sobre a massa de NaCl a ser utilizada, o assistente aumentou gradativamente a quantidade adicionada em cada frasco, como apresentado no quadro.

Frasco	I	II	III	IV	V	VI	VII
Frasco	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4

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?

Resposta correta

Gabarito oficial: alternativa B

Resolução comentada

Para resolver essa questão, precisamos entender como a massa de produto formado se comporta quando adicionamos um reagente aos poucos, enquanto o outro reagente está em quantidade fixa. É um problema clássico de estequiometria com reagente limitante e reagente em excesso.

Entendendo a situação

A equação balanceada é:

$\text{Hg}_2(\text{NO}_3)_2 \,(\text{aq}) + 2\,\text{NaCl}\,(\text{aq}) \rightarrow \text{Hg}_2\text{Cl}_2\,(\text{s}) + 2\,\text{NaNO}_3\,(\text{aq})$

Todos os frascos têm a mesma massa de nitrato de mercúrio(I): $5{,}25 \text{ g}$ . O que muda de um frasco para outro é a massa de $\text{NaCl}$ adicionada.

No começo, quanto mais $\text{NaCl}$ se adiciona, mais precipitado ( $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ ) se forma. Mas há um momento em que todo o mercúrio é consumido. A partir daí, adicionar mais $\text{NaCl}$ não gera mais produto — o gráfico deixa de crescer e vira um patamar horizontal. Nosso trabalho é achar exatamente onde essa quebra acontece.

Mols do reagente fixo

$n_{\text{Hg}_2(\text{NO}_3)_2} = \frac{m}{MM} = \frac{5{,}25}{525} = 0{,}01 \text{ mol}$

Ponto de virada (eixo X)

Pela equação, $1$ mol de $\text{Hg}_2(\text{NO}_3)_2$ reage com $2$ mols de $\text{NaCl}$ . Logo:

$n_{\text{NaCl}} = 2 \times 0{,}01 = 0{,}02 \text{ mol}$ $m_{\text{NaCl}} = 0{,}02 \times 58 = 1{,}16 \text{ g}$

Ou seja, o gráfico cresce até a massa de $\text{NaCl}$ atingir $1{,}16 \text{ g}$ . A partir desse valor, o $\text{NaCl}$ passa a estar em excesso e a massa de produto não aumenta mais.

Altura do patamar (eixo Y)

A proporção entre o reagente $\text{Hg}_2(\text{NO}_3)_2$ e o produto $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ é $1:1$ , então $0{,}01 \text{ mol}$ do reagente forma $0{,}01 \text{ mol}$ do produto:

$m_{\text{Hg}_2\text{Cl}_2} = 0{,}01 \times 472 = 4{,}72 \text{ g}$

Como deve ser o gráfico correto

Juntando as conclusões, o gráfico que representa o experimento precisa:

Partir da origem $(0,0)$ — sem $\text{NaCl}$ , não há produto;
Crescer de forma reta enquanto o mercúrio ainda não acabou;
Formar um patamar quando a massa de $\text{NaCl}$ chega a $\approx 1{,}16 \text{ g}$ ;
Estabilizar numa massa de produto de $\approx 4{,}72 \text{ g}$ no eixo Y.

O gráfico que reúne essas quatro características — começa em zero, cresce e estabiliza um pouco antes de $1{,}2 \text{ g}$ de $\text{NaCl}$ , numa altura logo abaixo de $5 \text{ g}$ de $\text{Hg}_2\text{Cl}_2$ — é o da alternativa B.

Gabarito: B.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2023 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.