Questão 70 do ENEM PPL 2015

1º dia · Ciências da Natureza

O alumínio é um metal bastante versátil, pois, a partir dele, podem-se confeccionar materiais amplamente utilizados pela sociedade. A obtenção do alumínio ocorre a partir da bauxita, que é purificada e dissolvida em criolita fundida (\ce{Na3AlF6}) e eletrolisada a cerca de 1 000 °C. Há liberação do gás dióxido de carbono (\ce{CO2}), formado a partir da reação de um dos produtos da eletrólise com o material presente nos eletrodos. O ânodo é formado por barras de grafita submergidas na mistura fundida. O cátodo é uma caixa de ferro coberta de grafita. A reação global do processo é:

\ce{2 Al2O3 (l) + 3 C (s) -> 4 Al (l) + 3 CO2 (g)}

Na etapa de obtenção do alumínio líquido, as reações que ocorrem no cátodo e ânodo são:

  1. A

    cátodo: \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al}

    ânodo \begin{cases} \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-} \\ \ce{C + O2 -> CO2} \end{cases}

  2. B

    cátodo \begin{cases} \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-} \\ \ce{C + O2 -> CO2} \end{cases}

    ânodo: \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al}

  3. C

    cátodo \begin{cases} \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al} \\ \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-} \end{cases}

    ânodo: \ce{C + O2 -> CO2}

  4. D

    cátodo \begin{cases} \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al} \\ \ce{C + O2 -> CO2} \end{cases}

    ânodo: \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-}

  5. E

    cátodo: \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-}

    ânodo \begin{cases} \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al} \\ \ce{C + O2 -> CO2} \end{cases}

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Resolução comentada

Na eletrólise, o cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (ganho de elétrons) e o ânodo é onde ocorre oxidação (perda de elétrons).

Na cuba, o \ce{Al2O3} dissolvido na criolita fundida fica dissociado nos íons \ce{Al^{3+}} e \ce{O^{2-}}.

  1. Cátodo (redução): o \ce{Al^{3+}} ganha elétrons e vira alumínio líquido: \ce{Al^{3+} + 3 e^- -> Al}. O alumínio se deposita na caixa de ferro coberta de grafita.
  2. Ânodo (oxidação): o \ce{O^{2-}} perde elétrons e forma gás oxigênio: \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-}.
  3. Reação com o eletrodo: o enunciado diz que o \ce{CO2} se forma pela reação de um produto da eletrólise com o material do eletrodo. O \ce{O2} formado no ânodo reage com a grafita (carbono) dele: \ce{C + O2 -> CO2}. Essa reação ocorre no ânodo, pois é lá que o \ce{O2} é produzido e onde estão as barras de grafita.

Assim, o cátodo tem apenas a redução do alumínio, e o ânodo tem a oxidação do oxigênio seguida da combustão do carbono. Somando (com ajuste de coeficientes: 4\ \ce{Al^{3+}}, 6\ \ce{O^{2-}}, 3\ \ce{C}) obtemos a reação global \ce{2 Al2O3 + 3 C -> 4 Al + 3 CO2}.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Binverte os eletrodos: coloca a oxidação do oxigênio no cátodo e a redução do alumínio no ânodo.
  • Ccoloca a oxidação do \ce{O^{2-}} no cátodo, mas oxidação ocorre no ânodo.
  • Dpõe a formação de \ce{CO2} no cátodo, quando o carbono do ânodo é que reage com o \ce{O2}.
  • Etroca os eletrodos: oxidação do oxigênio no cátodo e redução do alumínio no ânodo.

Assuntos: eletrólise ígnea, cátodo e ânodo, obtenção do alumínio.

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