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Questão 81 do ENEM 2015

1º dia · Ciências da Natureza · H19 · Química: Pilhas e potencial de redução

A calda bordalesa é uma alternativa empregada no combate a doenças que afetam folhas de plantas. Sua produção consiste na mistura de uma solução aquosa de sulfato de cobre(II), \ce{CuSO4}, com óxido de cálcio, \ce{CaO}, e sua aplicação só deve ser realizada se estiver levemente básica. A avaliação rudimentar da basicidade dessa solução é realizada pela adição de três gotas sobre uma faca de ferro limpa. Após três minutos, caso surja uma mancha avermelhada no local da aplicação, afirma-se que a calda bordalesa ainda não está com a basicidade necessária. O quadro apresenta os valores de potenciais padrão de redução (E^\circ) para algumas semirreações de redução.

Semirreação de redução E^\circ\ \text{(V)}
\ce{Ca^{2+} + 2 e- -> Ca} -2{,}87
\ce{Fe^{3+} + 3 e- -> Fe} -0{,}04
\ce{Cu^{2+} + 2 e- -> Cu} +0{,}34
\ce{Cu+ + e- -> Cu} +0{,}52
\ce{Fe^{3+} + e- -> Fe^{2+}} +0{,}77

MOTTA, I. S. Calda bordalesa: utilidades e preparo. Dourados: Embrapa, 2008 (adaptado).

A equação química que representa a reação de formação da mancha avermelhada é:

  1. A
    \ce{Ca^{2+} (aq) + 2 Cu+ (aq) -> Ca (s) + 2 Cu^{2+} (aq)}.
  2. B
    \ce{Ca^{2+} (aq) + 2 Fe^{2+} (aq) -> Ca (s) + 2 Fe^{3+} (aq)}.
  3. C
    \ce{Cu^{2+} (aq) + 2 Fe^{2+} (aq) -> Cu (s) + 2 Fe^{3+} (aq)}.
  4. D
    \ce{3 Ca^{2+} (aq) + 2 Fe (s) -> 3 Ca (s) + 2 Fe^{3+} (aq)}.
  5. E
    \ce{3 Cu^{2+} (aq) + 2 Fe (s) -> 3 Cu (s) + 2 Fe^{3+} (aq)}.
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Resolução comentada

A mancha avermelhada é cobre metálico (\ce{Cu}) depositado sobre a faca de ferro. Ele se forma quando o \ce{Cu^{2+}} da calda ainda não neutralizada é reduzido pelo ferro metálico da faca, que é oxidado.

Uma reação espontânea exige \Delta E^\circ > 0. Para isso, a espécie que reduz deve ter potencial de redução maior que a que oxida.

  1. Candidatos a reduzir: \ce{Cu^{2+}} (+0{,}34\ \text{V}) e \ce{Ca^{2+}} (-2{,}87\ \text{V}).
  2. O ferro sólido da faca só pode ser oxidado a \ce{Fe^{3+}} (semirreação \ce{Fe -> Fe^{3+} + 3 e-}), com E^\circ_{\text{red}} = -0{,}04\ \text{V}. O \ce{Fe^{2+}} não está na faca, portanto as alternativas B e C partem de um reagente que não existe ali.
  3. \ce{Ca^{2+}} com \ce{Fe}: \Delta E^\circ = -2{,}87 - (-0{,}04) = -2{,}83\ \text{V}, não espontânea.
  4. \ce{Cu^{2+}} com \ce{Fe}: \Delta E^\circ = +0{,}34 - (-0{,}04) = +0{,}38\ \text{V}, espontânea.

Balanceamento dos elétrons: o cobre recebe 2 e⁻ e o ferro perde 3 e⁻. O mínimo múltiplo comum é 6, então multiplicamos o cobre por 3 e o ferro por 2:

\ce{3 Cu^{2+} + 2 Fe -> 3 Cu + 2 Fe^{3+}}

Essa é a reação que deposita o cobre avermelhado.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AFaz o Cu⁺ ser oxidado e o Ca²⁺ ser reduzido, o que dá ΔE° muito negativo e não é espontâneo; além disso, não forma cobre metálico.
  • BReduz Ca²⁺ a Ca com Fe²⁺, reação não espontânea (ΔE° = −3,64 V) que não forma cobre.
  • CUsa Fe²⁺ como reagente, mas a faca é de ferro metálico (Fe); os coeficientes de elétrons também não estão corretos.
  • DPropõe que o Fe reduza o Ca²⁺, reação não espontânea (ΔE° = −2,83 V), e não forma cobre.

Assuntos: Pilhas e potencial de redução, Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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