Tarefas com Misturas e Ligas no Exame Nacional de Química (Rússia)

Tarefas sobre misturas e ligas no exame de química (EGE)

Autor do artigo — tutora profissional O. V. Ovchinnikova.

As tarefas sobre misturas e ligas são um tipo muito comum de questões no exame de química (EGE). Elas exigem uma compreensão clara de quais substâncias participam da reação proposta na questão e quais não participam.

Falamos de mistura quando temos mais de uma substância (componentes) "misturadas" em um único recipiente. Essas substâncias não devem interagir entre si.

Erros típicos e equívocos ao resolver tarefas sobre misturas:

• Tentativa de escrever ambos os compostos em uma única reação. Um erro comum é: "A mistura de óxidos de cálcio e bário foi dissolvida em ácido clorídrico...". Muitos alunos escrevem a equação da reação como segue:

Isso é errado. Pois nessa mistura pode haver quantidades variadas de cada óxido! A equação apresentada pressupõe que a quantidade de ambos os óxidos seja igual.

• Suposição de que a proporção molar entre os compostos corresponde aos coeficientes na equação da reação. Por exemplo:

Aceitar que a quantidade de zinco é igual a uma quantidade específica, e a de alumínio — como se estivesse diretamente relacionada aos coeficientes na equação da reação — também é incorreto. Essas quantidades podem ser quaisquer valores e não têm ligação entre si.

• Tentativa de encontrar "quantidade de substância na mistura" dividindo sua massa pela soma das massas molares dos componentes. Isso não faz sentido algum. Cada massa molar se refere a uma substância individual.

• Frequentemente, as reações de metais com ácidos são usadas nesses tipos de questões. Para resolver essas tarefas, é necessário saber exatamente quais metais reagem com quais ácidos e quais não reagem.

Informações teóricas necessárias:

Formas de expressar a composição de misturas:

• Fração mássica do componente na mistura — relação entre a massa do componente e a massa total da mistura. Geralmente, a fração mássica é expressa em %, mas isso não é obrigatório.

Onde:
$\omega$ — fração mássica do componente na mistura,

• Fração molar do componente na mistura — relação entre o número de mols (quantidade de substância) do componente e o número total de mols de todas as substâncias na mistura. Por exemplo, se a mistura contém as substâncias A, B e C, temos:

Onde:
$\chi$ — fração molar do componente na mistura,

• Proporção molar dos componentes. Às vezes, a proporção molar dos componentes de uma mistura é indicada na questão. Por exemplo:

• Fração volumétrica do componente na mistura (somente para gases) — relação entre o volume da substância A e o volume total da mistura gasosa.

Onde:
$\varphi$ — fração volumétrica do componente na mistura,
$V_{\text{A}}$ — volume da substância A,

Série eletroquímica dos metais:
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

Reações de metais com ácidos:
Com ácidos minerais (que incluem todos os ácidos solúveis, exceto o ácido nítrico e o ácido sulfúrico concentrado, cujas reações com metais ocorrem de forma especial), reagem apenas os metais localizados à esquerda do hidrogênio na série eletroquímica.

Metais com múltiplos estados de oxidação (como ferro, cromo, manganês e cobalto) reagem no menor estado de oxidação possível — geralmente, isso é $+2$.

A interação de metais com ácido nítrico leva à formação de produtos de redução do nitrogênio, e com ácido sulfúrico concentrado, à formação de produtos de redução do enxofre. Como há uma mistura de produtos de redução, frequentemente há uma indicação direta do produto específico na questão.

Produtos de redução do ácido nítrico:
Quanto mais ativo for o metal e menor a concentração do ácido, mais o nitrogênio será reduzido.

Metais inativos (à direita do ferro) + ácido concentrado
Não-metais + ácido concentrado
Metais inativos (à direita do ferro) + ácido diluído
Metais ativos (metais alcalinos, alcalino-terrosos, zinco) + ácido concentrado
Metais ativos (metais alcalinos, alcalino-terrosos, zinco) + ácido de diluição média
Metais ativos (metais alcalinos, alcalino-terrosos, zinco) + ácido muito diluído

Passivação: Com ácido nítrico concentrado frio, não reagem:

Não reagem com ácido nítrico em nenhuma concentração:

Produtos de redução do ácido sulfúrico:

Metais inativos (à direita do ferro) + ácido concentrado
Não-metais + ácido concentrado
Metais alcalino-terrosos + ácido concentrado
Metais alcalinos e zinco + ácido concentrado.
Ácido sulfúrico diluído se comporta como um ácido mineral comum (por exemplo, ácido clorídrico).

Passivação: Com ácido sulfúrico concentrado frio, não reagem:

Não reagem com ácido sulfúrico em nenhuma concentração:

Reações de metais com água e álcalis:
Na água à temperatura ambiente, apenas os metais cujos hidróxidos são solúveis (metais alcalinos e metais da família IIA) reagem. Nesse caso, forma-se hidróxido e hidrogênio. Com água fervente, também é possível dissolver magnésio.

Em álcalis, apenas metais anfotéricos, como alumínio, zinco e estanho, podem se dissolver. Nesses casos, formam-se complexos hidróxidos e o hidrogênio é liberado.

Atenção! Muitos erros na resolução das tarefas de química do EGE estão relacionados ao fato de os alunos não dominarem bem a matemática. Especialmente para você, material sobre como resolver questões sobre porcentagens, ligas e misturas.

Exemplos de resolução de tarefas:

• Exemplo 1. Quando uma mistura de cobre e ferro com massa de 20 g é tratada com excesso de ácido clorídrico, 5,6 L de gás (normais condições) são liberados. Determine as frações mássicas dos metais na mistura.
  (continua...)