O ácido fosfórico (H3PO4) é um importante produto químico usado na produção de fertilizantes, detergentes e na indústria alimentícia. A produção de H3PO4 pode ocorrer por dois processos distintos. No processo úmido, faz-se reagir rocha fosfática (Ca5(PO4)3F) com ácido sulfúrico. Outra opção é oxidar o fósforo elementar (P4) com oxigênio gasoso para formar o P4O10 e, em seguida, reagir essa espécie com água formando o ácido fosfórico.

a) Considerando Ca5(PO4)3F e P4O10, qual das duas espécies possui o maior teor de P em massa? Justifique a sua resposta mostrando os cálculos.

b) Apresente, na tabela da folha de repostas, a equação da reação global balanceada para a produção de ácido fosfórico a partir do P4 e o número de oxidação do fósforo no reagente e no produto.

c) Um volume de 10 mL de um refrigerante previamente desgaseificado foi adicionado em um balão volumétrico de 50 mL, que foi completado com água destilada. Essa solução foi analisada e obteve-se uma concentração de 0,2 g/L de ácido fosfórico. Considerando que o valor máximo de ácido fosfórico permitido em refrigerantes é de 0,07 g para cada 100 mL, a concentração de ácido fosfórico nesse refrigerante encontra-se dentro do limite permitido pela legislação? Justifique a sua resposta mostrando os cálculos.

Note e adote:
Massas molares (g/mol): Ca5(PO4)3F = 504; P4O10 = 284; P = 31

a) Considerando 1 mol de cada espécie e suas respectivas massas molares, temos que, para a espécie:

- Ca5(PO4)3F:

começar estilo tamanho matemático 14px tabela linha com célula com 1 espaço mol espaço de espaço Ca com 5 subscrito parêntese esquerdo PO com 4 subscrito parêntese direito com 3 subscrito reto F fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 3 espaço mol espaço de espaço reto P fim da célula linha com célula com 504 espaço reto g espaço de espaço Ca com 5 subscrito parêntese esquerdo PO com 4 subscrito parêntese direito com 3 subscrito reto F fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 3 espaço vezes espaço 31 espaço reto g espaço de espaço reto P fim da célula fim da tabela fim do estilo

Assim, o teor de P, em massa, é:

começar estilo tamanho matemático 14px tabela linha com célula com 504 espaço reto g espaço de espaço Ca com 5 subscrito parêntese esquerdo PO com 4 subscrito parêntese direito com 3 subscrito reto F fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 100 sinal de percentagem fim da célula linha com célula com 93 espaço reto g espaço de espaço reto P fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula reto t fim da tabela reto t espaço igual a espaço 18 vírgula 45 sinal de percentagem fim do estilo

- P4O10:

começar estilo tamanho matemático 14px tabela linha com célula com 1 espaço mol espaço de espaço reto P com 4 subscrito reto O com 10 subscrito fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 4 espaço mol espaço de espaço reto P fim da célula linha com célula com 284 espaço reto g espaço de espaço reto P com 4 subscrito reto O com 10 subscrito fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 4 espaço vezes espaço 31 espaço reto g espaço de espaço reto P fim da célula fim da tabela fim do estilo

Assim, o teor de P, em massa, é:

começar estilo tamanho matemático 14px tabela linha com célula com 284 espaço reto g fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 100 sinal de percentagem fim da célula linha com célula com 124 espaço reto g fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com reto t apóstrofo fim da célula fim da tabela reto t apóstrofo espaço igual a espaço 43 vírgula 66 sinal de percentagem fim do estilo

Comparando o teor de P em massa das espécies, o maior teor de P é do P4O10.

b) A equação da reação global para a produção de ácido fosfórico a partir do P4 é dada por:

começar estilo tamanho matemático 14px atributos de tabela alinhamento de coluna left fim dos atributos linha com célula com reto P com 4 subscrito espaço mais espaço 5 espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço riscado diagonal para cima sobre reto P com 4 subscrito reto O com 10 subscrito fim do riscado fim da célula linha com célula com riscado diagonal para cima sobre reto P com 4 subscrito reto O com 10 subscrito fim do riscado espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço 4 espaço reto H com 3 subscrito PO com 4 subscrito fim da célula linha com célula com reto P com 4 subscrito espaço mais espaço 5 espaço reto O com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço 4 espaço reto H com 3 subscrito PO com 4 subscrito fim da célula fim da tabela fim do estilo

Preenchendo a tabela fornecida na folha de resposta, temos:

Error converting from MathML to accessible text.

c) No refrigerante, após a diluição, temos que a concentração final (Cf) de ácido fosfórico é 0,2 g/L. Logo, a concentração inicial (Ci) é dada por:

começar estilo tamanho matemático 14px reto C com reto i subscrito reto V com reto i subscrito espaço igual a espaço reto C com reto f subscrito reto V com reto f subscrito reto C com reto i subscrito espaço vezes espaço 10 espaço mL espaço igual a espaço 0 vírgula 2 espaço reto g dividido por reto L espaço vezes espaço 50 espaço mL reto C com reto i subscrito espaço igual a espaço 1 espaço reto g dividido por reto L fim do estilo

A partir dessa concentração do ácido fosfórico do refrigerante, temos que:

começar estilo tamanho matemático 14px tabela linha com célula com 1 espaço reto g fim da célula célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 1000 espaço mL fim da célula linha com reto x célula com espaço em branco à potência de _____ fim da célula célula com 100 espaço mL fim da célula fim da tabela reto x espaço igual a espaço 0 vírgula 1 espaço reto g fim do estilo

Ao comparar essa massa presente em 100 mL do refrigerante ao valor máximo de ácido fosfórico permitido em refrigerantes (0,07 g para cada 100 mL), temos que a concentração de ácido fosfórico nesse refrigerante encontra-se fora do limite permitido pela legislação.