Questão 117 — ENEM 2022Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Reações químicas (ácido forte + carbonato, reação de dupla troca com liberação de gás)
• ⚡ Nível: Fácil — aplicação direta da reação típica de ácidos com carbonatos, um clássico do laboratório escolar
• 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Funções inorgânicas — reações características dos ácidos com sais carbonatos
• 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual é o gás liberado quando o ácido clorídrico (HCl) reage com o carbonato de cálcio (CaCO₃) do mármore?"
• Palavras-chave decisivas: CaCO₃ (mármore), HCl, liberação de gás, aumento de temperatura
• Armadilha típica: associar erroneamente a liberação de H₂ (o que ocorre quando ácido reage com metal, não com carbonato) ou imaginar que o cloro seria liberado como Cl₂ (isso não acontece em reação de dupla troca simples).
• O que a resposta precisa demonstrar: reconhecer que a reação entre ácido e carbonato produz sal + água + CO₂, e que o CO₂ é o gás observado escapando do frasco.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Reação ácido + carbonato: é uma reação de dupla troca (mais precisamente, uma reação ácido-base seguida de decomposição do ácido carbônico instável). O padrão geral é: 2 HX + MCO₃ → MX₂ + H₂CO₃, e o H₂CO₃ se decompõe rapidamente em H₂O + CO₂.
• Ácido clorídrico (HCl): ácido forte, altamente ionizado em solução aquosa. É um ácido comumente usado em laboratório justamente para estudar reatividade com carbonatos, óxidos e metais.
• Mármore: é essencialmente carbonato de cálcio (CaCO₃), a mesma substância que forma a calcita, a casca de ovo, a concha de moluscos e o calcário.
• Ácido carbônico (H₂CO₃): ácido fraco e instável. Em condições ambientes, decompõe-se espontaneamente: H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑. Por isso, sempre que acontece ácido + carbonato, o produto efetivo é CO₂ borbulhando.
• Reação exotérmica: muitas reações de neutralização e dissolução de carbonatos liberam calor. O aumento de temperatura observado no experimento é coerente com isso.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "adicionando um pedaço de mármore (CaCO₃) a uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl)" → temos uma reação clássica ácido forte + sal carbonato, com reagentes explicitamente identificados.
• Evidência 2: "observando a liberação de um gás e o aumento da temperatura" → há efervescência e a reação é exotérmica; dois indícios visuais típicos da reação CaCO₃ + HCl.
• Evidência 3 (imagem): o desenho mostra um frasco à esquerda, com "Ácido" e "Mármore" rotulados, conectado por um tubo a um segundo recipiente que contém água e bolhas subindo, rotulado "Gás". A imagem confirma que o gás produzido é coletado no segundo frasco por borbulhamento. Isso é um aparato clássico para captar CO₂.
• Síntese: trata-se da reação CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂, e o gás que sobe no segundo frasco é justamente o dióxido de carbono.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar o tipo de reação

HCl é um ácido forte, CaCO₃ é um sal carbonato. A reação entre ácido e carbonato é uma das mais típicas da química inorgânica: o íon H⁺ do ácido reage com o íon carbonato (CO₃²⁻), formando ácido carbônico (H₂CO₃) de maneira efêmera.

Subpasso 4.2 — Escrever a equação não balanceada

CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + H₂CO₃

Subpasso 4.3 — Decomposição do H₂CO₃

O ácido carbônico é instável nas condições ambientes e se decompõe imediatamente em água e dióxido de carbono:

H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑

Subpasso 4.4 — Equação global balanceada

Juntando as duas etapas:

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Verificando o balanceamento:

• Ca: 1 de cada lado ✓
• C: 1 de cada lado ✓
• O: 3 à esquerda (do CaCO₃) e 3 à direita (1 da H₂O + 2 do CO₂) ✓
• H: 2 à esquerda e 2 à direita ✓
• Cl: 2 à esquerda e 2 à direita ✓

Subpasso 4.5 — Identificar o gás

O único produto gasoso da reação é o CO₂. Os outros produtos são CaCl₂ (sal dissolvido na solução) e H₂O (líquida). Portanto, o gás que sobe no experimento e é coletado no segundo frasco é o dióxido de carbono.

Subpasso 4.6 — Verificação

A reação também é levemente exotérmica, o que explica o aumento de temperatura mencionado. Isso confirma coerência com a descrição do experimento e elimina de vez alternativas que não seriam compatíveis com o aparato mostrado na imagem.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) H₂

❌ Incorreta: hidrogênio gasoso só é liberado quando um ácido reage com um metal mais reativo que o hidrogênio (por exemplo, Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂). No caso de ácido + carbonato, não há H₂ envolvido: os hidrogênios do ácido acabam na água formada, não como H₂.

B) O₂

❌ Incorreta: gás oxigênio não é um produto dessa reação. O O₂ costuma aparecer em decomposições de peróxidos ou em eletrólises, não em reações ácido–carbonato.

C) CO₂

✅ Correta: a reação CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂ produz dióxido de carbono por meio da decomposição do ácido carbônico formado momentaneamente. É o único gás presente nos produtos, e é exatamente o que se vê borbulhando na imagem.

D) CO

❌ Incorreta: monóxido de carbono é típico de combustão incompleta de materiais com carbono, não de reações ácido–carbonato. Não há nenhum mecanismo que leve CaCO₃ + HCl a gerar CO.

E) Cl₂

❌ Incorreta: gás cloro é obtido por oxidação do cloreto (por exemplo, na eletrólise da salmoura). Como essa reação não envolve transferência de elétrons (não é uma reação redox), não há como gerar Cl₂ aqui — o cloreto continua como Cl⁻ no CaCl₂ em solução.

🏆 Gabarito: C — a reação clássica CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂ libera dióxido de carbono como o gás observado.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só o CO₂ é compatível com a reação de ácido forte sobre carbonato, com a efervescência observada e com o aquecimento leve da mistura.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorre com frequência a reações ácido–carbonato em contextos como formação de cavernas calcárias (CO₂ dissolvendo rocha), chuva ácida sobre mármore de monumentos e reações de antiácido de estômago (NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂).
• Generalização: sempre que um ácido reage com um carbonato ou bicarbonato, o gás liberado é CO₂. Memorize esse padrão — é um atalho valioso em questões de laboratório.
• Dica de eliminação rápida: descarte de cara H₂ (reservado para ácido + metal) e Cl₂ (reservado para eletrólise ou oxidação). Isso já elimina duas alternativas em 5 segundos.
• Conexões com outros temas: equilíbrio químico do ácido carbônico em oceanos (acidificação), efeito estufa, intemperismo químico de rochas, reação do leite de magnésia com o ácido do estômago e produção industrial de CaO a partir de CaCO₃.