Questão 87 Fuvest 2021 - 1ª fase - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 87

Reação de Dupla Troca

Para estudar equilíbrio químico de íons $C o^{2 +}$ em solução, uma turma de estudantes realizou uma série de experimentos explorando a seguinte reação:

$\underset{V e r m e l h o}{{[C o {(H_{2} O)}_{6}]}^{2 +} (a q)} + 4 C l^{-} (a q) ⇌ \underset{A z u l}{{[C o C l_{4}]}^{2 -}} (a q) + 6 H_{2} O (l)$

Nesse equilíbrio, o composto de cobalto com água, ${[C o {(H_{2} O)}_{6}]}^{2 +} (a q)$ , apresenta coloração vermelha, enquanto o composto com cloretos, ${[C o C l_{4}]}^{2 -} (a q)$ , possui coloração azul.
Para verificar o efeito de ânions de diferentes sais nessa mudança de cor, 7 ensaios diferentes foram realizados. Aos tubos contendo apenas alguns mL de uma solução de nitrato de cobalto II, de coloração vermelha, foram adicionadas pequenas quantidades de diferentes sais em cada tubo, como apresentado na tabela, com exceção do ensaio 1, no qual nenhum sal foi adicionado.
Após agitação, os tubos foram deixados em repouso por um tempo, e a cor final foi observada.

Ensaio	Sal adicionado	Cor inicial	Cor final
1	Nenhum	Vermelha	Vermelha
2	$K C l$	Vermelha	Azul
3	$N a_{2} S O_{4}$	Vermelha	Vermelha
4	$C u C l$	Vermelha	Vermelha
5	$K_{2} S O_{4}$	Vermelha	?
6	$A g C l$	Vermelha	?
7	$N a C l$	Vermelha	?

A alternativa que representa a cor final observada nos ensaios 5, 6 e 7, respectivamente, é:

Note e adote:
Solubilidade dos sais em g/100 mL de água a 20ºC

$A g C l$	$1, 9 . 10^{- 4}$	$N a C l$	$35, 9$
$C u C l$	$9, 9 . 10^{- 3}$	$N a_{2} S O_{4}$	$13, 9$
$K C l$	$34, 2$	$K_{2} S O_{4}$	$11, 1$

Cor final obtida no:

Ensaio 5

Adição de $K_{2} S O_{4}$

Ensaio 6

Adição de $A g C l$

Ensaio 7

Adição de $N a C l$

Azul

Vermelho

Cor final obtida no:

Ensaio 5

Adição de $K_{2} S O_{4}$

Ensaio 6

Adição de $A g C l$

Ensaio 7

Adição de $N a C l$

Azul

Vermelho

Azul

Cor final obtida no:

Ensaio 5

Adição de $K_{2} S O_{4}$

Ensaio 6

Adição de $A g C l$

Ensaio 7

Adição de $N a C l$

Vermelho

Azul

Cor final obtida no:

Ensaio 5

Adição de $K_{2} S O_{4}$

Ensaio 6

Adição de $A g C l$

Ensaio 7

Adição de $N a C l$

Vermelho

Azul

Cor final obtida no:

Ensaio 5

Adição de $K_{2} S O_{4}$

Ensaio 6

Adição de $A g C l$

Ensaio 7

Adição de $N a C l$

Vermelho

Azul

Vermelho

Resolução

Em cada tubo de ensaio temos a mistura de dois sais sendo um deles o nitrato de cobalto(II), $C o (N O_{3})_{2}$ . A dissolução desse sal de cobalto em água leva a liberação de íons $C o^{2 +}$ , o qual, por ser um ácido de Lewis, se coordena com água através dos pares de elétrons do oxigênio formando a espécie química hexaaquocobalto(II), cuja estrutura é mostrada logo após a equação abaixo.

$C o (N O_{3})_{2 (a q)} + 6 H_{2} O \to [C o (H_{2} O)_{6} {]^{2 +}}_{(a q)} + 2 N {O_{3}}^{-}_{(a q)}$

É esta espécie, a qual apresenta coloração vermelha, que estará presente inicialmente na solução aquosa de nitrato de cobalto(II) usada em cada um dos ensaios.

No ensaio 3, a coloração final vermelha após a adição de $N a_{2} S O_{4}$ indica que não houve reação com o outro sal, afinal, o cobalto permaneceu na forma de seu complexo, o hexaaquocobalto(II):

$E n s a i o 3 : [C o (H_{2} O)_{6} {]^{2 +}}_{(a q)} + N a_{2} S O_{4 (a q)} \to n ã o o c o r r e r e a ç ã o$

No ensaio 2, a presença do sal $N a C l$ libera íons cloreto em solução que reagem como hexacobalto(II) gerando o tetraclorocobaltato(II), de fórmula molecular $[C o C ℓ_{4}]^{2 -}$ , o qual apresenta a coloração azul.

Ensaio 2: $[C o (H_{2} O)_{6} {]^{2 +}}_{(a q)} + 4 K C ℓ_{(a q)} \to [C o C ℓ_{4} {]^{2 -}}_{(a q)} + 4 {K^{+}}_{(a q)} + 6 H_{2} O_{(ℓ)}$

No ensaio 4, apesar do outro sal misturado apresentar o ânion cloreto em sua composição, este composto possui baixa solubilidade em água (conforme mostrado na quadro "Note e adote"), portanto, estes íons não estarão em grande quantidade no meio de modo que praticamente não teremos a formação da espécie de cobalto com cor azul (não ocorre reação):

Ensaio 3: $C o (N O_{3})_{2 (a q)} + C u C l_{(s)} \to n ã o o c o r r e r e a ç ã o$

Os demais ensaios se assemelham a um dos resultados apresentados anterioremente.

No ensaio 5, a solução de $K_{2} S O_{4}$ libera íons $K^{+}$ e $S O_{4}^{2 -}$ , os quais não reagem com composto de cobalto assim como ocorreu no ensaio 3, portanto, a coloração continuará vermelha.

No ensaio 6 apresenta como reagente o $A g C ℓ$ que por, apresentar baixa solubilidade em água (assim como no ensaio 4), não liberará íons cloreto. Logo, não haverá formação do $[C o C ℓ_{4}]^{2 -}$ ou seja, teremos apenas o hexaquocobalto(II), espécie de cor vermelha.

No ensaio 7, a adição de $N a C ℓ$ , sal solúvel, libera íons cloreto ( $C l^{-}$ ) em solução (assim, como no ensaio 2) possibilitando a formação do $[C o C ℓ_{4}]^{2 -}$ , portanto, a coloração final será azul, cor característica desse complexo.