Questão de Química · FGV PCERJ 2021 (nº 64)

A fórmula empírica (ou mínima) de um composto químico mostra a proporção mais simples, em números inteiros, dos átomos de cada elemento que o constitui. Para determiná-la, calculamos a massa de cada elemento em uma amostra, convertemos essas massas em mols (quantidade de matéria) e, em seguida, encontramos a menor razão inteira entre esses mols.

Cálculos:

1. Determinar a porcentagem de Enxofre (S):

   • Massa molar do $BaSO_4$ = 233 g/mol (dado).
   • Massa molar do S = 32,07 g/mol (valor padrão).
   • Em 1 mol de $BaSO_4$, há 1 mol de S.
   • Massa de S em 0,3731 g de $BaSO_4$:
     $(32,07 \text{ g S} / 233 \text{ g } BaSO_4) \times 0,3731 \text{ g } BaSO_4 = 0,05135 \text{ g S}$.
   • Essa massa de S veio de 0,333 g do composto.
   • Porcentagem de S no composto: $(0,05135 \text{ g S} / 0,333 \text{ g composto}) \times 100\% = 15,42\%$.

2. Determinar a porcentagem de Oxigênio (O):

   • As porcentagens dadas são: C = 57,65%, H = 3,84%.
   • A soma das porcentagens de todos os elementos deve ser 100%.
   • %O = 100% - %C - %H - %S
   • %O = 100% - 57,65% - 3,84% - 15,42% = 23,09%.

3. Converter porcentagens em mols (assumindo uma amostra de 100 g):

   • Massas molares: C = 12,01 g/mol, H = 1,008 g/mol, S = 32,07 g/mol, O = 16,00 g/mol.
   • Mols de C: 57,65 g / 12,01 g/mol = 4,800 mol
   • Mols de H: 3,84 g / 1,008 g/mol = 3,809 mol
   • Mols de S: 15,42 g / 32,07 g/mol = 0,4809 mol
   • Mols de O: 23,09 g / 16,00 g/mol = 1,443 mol

4. Dividir todos os valores de mols pelo menor valor (0,4809 mol de S) para encontrar a razão mais simples:

   • C: 4,800 / 0,4809 = 9,98 ≈ 10
   • H: 3,809 / 0,4809 = 7,92 ≈ 8
   • S: 0,4809 / 0,4809 = 1
   • O: 1,443 / 0,4809 = 2,99 ≈ 3

5. A fórmula empírica obtida pelos cálculos é $C_{10}H_8SO_3$.

• (A) Incorreta: A proporção de hidrogênio (12) e oxigênio (2) não corresponde aos cálculos.
• (B) Correta: De acordo com o gabarito oficial, esta é a resposta correta. No entanto, é importante notar que, com base nos dados fornecidos e nos cálculos estequiométricos padrão (que resultam em $C_{10}H_8SO_3$), a obtenção de apenas dois átomos de oxigênio implicaria uma porcentagem de oxigênio significativamente menor (cerca de 15,4% ao invés de 23,1%). Isso sugere uma possível inconsistência nos dados do problema ou uma convenção de arredondamento específica não explícita.
• (C) Incorreta: A proporção de carbono (8) não corresponde aos cálculos.
• (D) Incorreta: Esta é a fórmula empírica que se obtém diretamente dos cálculos com os dados fornecidos. A "armadilha da banca" aqui é que, apesar de ser o resultado lógico da aplicação correta dos conceitos, não é o gabarito oficial, indicando uma possível falha na questão ou no gabarito.
• (E) Incorreta: A proporção de carbono (8) e a estrutura com $(SO_2)_3$ não correspondem aos cálculos.