Questão 121 — ENEM 2019 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Reações ácido-base (neutralização), estequiometria de soluções e noções de toxicologia ambiental
• ⚡ Nível: Difícil — exige calcular equivalentes de H⁺/OH⁻ considerando a basicidade/acidez de cada substância e, simultaneamente, reconhecer a presença de um elemento tóxico banido pelo enunciado
• 🎯 Tema/Habilidade: Neutralização ácido-base aplicada ao descarte seguro de resíduos químicos (Química Ambiental)
• 🏆 Gabarito: C — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual par de resíduos, misturados em volumes iguais, forma uma solução neutra e livre de Pb, Cr, Hg e solventes inflamáveis, podendo ser descartada na rede de esgoto?"
• Palavras-chave decisivas: neutro, volumes iguais, elementos tóxicos (Pb, Cr, Hg)
• Armadilha típica: calcular apenas a estequiometria da neutralização e ignorar que uma das substâncias (H₂CrO₄) contém cromo — um metal tóxico que permanece na solução mesmo depois de "neutralizada" a acidez.
• O que a resposta precisa demonstrar: que o número de mols de H⁺ liberados por um resíduo é exatamente igual ao número de mols de OH⁻ (ou de base equivalente) do outro, e que nenhuma das duas substâncias contém Cr, Pb ou Hg.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Neutralização ácido-base: ocorre quando H⁺ e OH⁻ reagem em proporção exata, formando água e um sal; se sobrar excesso de ácido ou de base, a solução final não é neutra.
• Acidez/basicidade da fórmula: cada mol de H₂SO₄ libera 2 mol de H⁺ (diácido), enquanto HCl e CH₃COOH liberam apenas 1 mol de H⁺ por mol (monoácidos); NaOH libera 1 mol de OH⁻ por mol.
• NaHCO₃ como base fraca: o íon bicarbonato aceita 1 mol de H⁺ por mol (HCO₃⁻ + H⁺ → H₂O + CO₂), funcionando como uma base monobásica fraca.
• Toxicidade do cromo: o H₂CrO₄ (ácido crômico) contém Cr(VI), espécie cancerígena; a reação ácido-base neutraliza o pH, mas não remove o metal da solução — o cromo continua presente e tóxico.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "livre de solventes inflamáveis e elementos tóxicos como Pb, Cr e Hg" → qualquer combinação que inclua o resíduo I (H₂CrO₄) deve ser eliminada de imediato, independentemente do resultado do cálculo estequiométrico.
• Evidência 2: "frascos de volumes iguais" → como o volume V é o mesmo para todos os resíduos, a concentração molar (mol/L) pode ser usada diretamente, proporcional ao número de mols de cada substância.
• Evidência 3: o quadro fornece concentração e fórmula de cada resíduo, exigindo que se multiplique a concentração pelo número de H⁺ ou OH⁻ ionizáveis por fórmula (e não apenas comparar concentrações "cruas").
• Síntese: a alternativa correta precisa satisfazer duas condições ao mesmo tempo — ausência total de Cr, Pb e Hg e equivalência estequiométrica exata entre mols de H⁺ e mols de OH⁻ (ou base equivalente) na mistura.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Eliminar o resíduo tóxico

O resíduo I é H₂CrO₄ (ácido crômico), que contém Cr(VI) — elemento explicitamente proibido pelo enunciado. Toda alternativa que contenha o resíduo I fica descartada de saída, não importa o quão "neutra" seja a mistura resultante. Isso já elimina a alternativa A (I e II) antes mesmo de qualquer cálculo.

Subpasso 4.2 — Calcular os mols de H⁺ e OH⁻ disponíveis (para um mesmo volume V)

• II — NaOH 0,2 mol/L → n(OH⁻) = 0,2·V (base forte monobásica)
• III — HCl 0,1 mol/L → n(H⁺) = 0,1·V (ácido forte monoprótico)
• IV — H₂SO₄ 0,1 mol/L → n(H⁺) = 0,1·V × 2 = 0,2·V (ácido forte diprótico)
• V — CH₃COOH 0,2 mol/L → n(H⁺) = 0,2·V (ácido fraco monoprótico)
• VI — NaHCO₃ 0,1 mol/L → n(H⁺ aceito) = 0,1·V (base fraca monobásica: HCO₃⁻ + H⁺ → H₂O + CO₂)

Subpasso 4.3 — Testar cada combinação restante

• B) II + III: n(OH⁻) = 0,2V contra n(H⁺) = 0,1V → sobram 0,1V de OH⁻ sem reagir → solução final básica.
• C) II + IV: n(OH⁻) = 0,2V contra n(H⁺) = 0,2V → equivalência exata! Reação: 2 NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 H₂O → solução neutra.
• D) V + VI: n(H⁺) = 0,2V contra n(H⁺ aceito) = 0,1V → sobram 0,1V de ácido acético → solução final ácida.
• E) IV + VI: n(H⁺) = 0,2V contra n(H⁺ aceito) = 0,1V → sobram 0,1V de H₂SO₄ não neutralizado → solução final ácida e corrosiva.

Subpasso 4.3 — Verificação

Apenas a combinação II + IV atinge n(H⁺) = n(OH⁻) = 0,2V exatamente, produzindo Na₂SO₄, um sal neutro e solúvel em água, sem qualquer traço de Pb, Cr ou Hg e sem solventes orgânicos inflamáveis (é apenas solução aquosa). Isso confirma a alternativa C como única combinação compatível com os critérios de descarte.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) I e II

❌ Incorreta: mesmo sendo estequiometricamente balanceada (H₂CrO₄ diprótico: 0,1V × 2 = 0,2V mol de H⁺, igual aos 0,2V mol de OH⁻ do NaOH), o resíduo I contém cromo — elemento tóxico proibido pelo enunciado. A neutralização de pH não elimina o metal da solução.

B) II e III

❌ Incorreta: o NaOH fornece 0,2V mol de OH⁻, enquanto o HCl fornece apenas 0,1V mol de H⁺. Sobra hidróxido não neutralizado, tornando a mistura final básica — não atende ao requisito de neutralidade.

C) II e IV

✅ Correta: NaOH (0,2V mol de OH⁻) e H₂SO₄ diprótico (0,1V × 2 = 0,2V mol de H⁺) reagem na proporção estequiométrica exata de 2:1, formando Na₂SO₄, sal neutro e solúvel, livre de metais tóxicos e de compostos inflamáveis — atende integralmente aos critérios de descarte na rede de esgoto.

D) V e VI

❌ Incorreta: o ácido acético fornece 0,2V mol de H⁺ potenciais, enquanto o bicarbonato de sódio só neutraliza 0,1V mol. Sobra ácido não reagido, deixando a mistura final ácida.

E) IV e VI

❌ Incorreta: o H₂SO₄ diprótico libera 0,2V mol de H⁺, o dobro da capacidade neutralizante do NaHCO₃ (0,1V mol). Sobra ácido forte não neutralizado, tornando a mistura ácida e corrosiva — inadequada para descarte.

🏆 Gabarito: C — a mistura de NaOH 0,2 mol/L com H₂SO₄ 0,1 mol/L reage na proporção estequiométrica exata (2 mol de base para 1 mol de ácido diprótico), formando Na₂SO₄, um sal neutro, solúvel, sem metais tóxicos e sem risco de inflamabilidade.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa C reúne, ao mesmo tempo, equivalência estequiométrica perfeita entre H⁺ e OH⁻ e ausência de elementos tóxicos, sendo a única fisicamente e quimicamente compatível com o descarte seguro em rede de esgoto.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar reações de neutralização ácido-base em contextos de química ambiental e sustentabilidade, exigindo que o aluno calcule equivalentes reais (considerando a basicidade/acidez de cada fórmula) e não apenas compare concentrações molares "cruas".
• Generalização: em qualquer mistura de ácidos e bases, multiplique sempre a concentração molar pelo número de H⁺ ou OH⁻ ionizáveis por fórmula unitária antes de comparar as quantidades — e cheque em paralelo critérios de segurança/toxicidade que independem do cálculo estequiométrico.
• Dica de eliminação rápida: primeiro, varra o quadro em busca de metais pesados (Cr, Pb, Hg) e elimine de cara qualquer alternativa que os contenha (corta a A); em seguida, calcule rapidamente os mols de H⁺ e OH⁻ das combinações restantes e escolha a única com equivalência exata.
• Conexões: teoria de Arrhenius para ácidos e bases, estequiometria de soluções e legislação ambiental de descarte de resíduos químicos (normas do CONAMA).