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Questão 95 do ENEM 2017

2º dia · Ciências da Natureza · H8 · Química: Eletrólise

A eletrólise é um processo não espontâneo de grande importância para a indústria química. Uma de suas aplicações é a obtenção do gás cloro e do hidróxido de sódio, a partir de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Nesse procedimento, utiliza-se uma célula eletroquímica, como ilustrado.

Esquema de uma célula eletroquímica de diafragma conectada a uma bateria externa. No compartimento anódico (polo positivo) há entrada de solução aquosa de NaCl, um ânodo de carbono e saída de gás cloro, Cl₂(g). No compartimento catódico (polo negativo) há um cátodo de carbono, saída de um "Produto secundário" e, na parte inferior, uma torneira com a indicação "Dreno para solução aquosa alcalina". Os compartimentos são divididos por um diafragma de amianto.

SHREVE, R. N.; BRINK Jr., J. A. Indústrias de processos químicos. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1997 (adaptado).

No processo eletrolítico ilustrado, o produto secundário obtido é o

  1. A
    vapor de água.
  2. B
    oxigênio molecular.
  3. C
    hipoclorito de sódio.
  4. D
    hidrogênio molecular.
  5. E
    cloreto de hidrogênio.
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Resolução comentada

Trata-se da eletrólise aquosa do NaCl, em que a água também participa. Em solução há \ce{Na+}, \ce{Cl-}, \ce{H2O} e os íons da autoionização da água.

No ânodo (polo positivo) ocorre oxidação. O cloreto descarrega antes da água, formando o gás cloro que sai pela parte de cima, como mostra a figura:

2\ \ce{Cl-} \rightarrow \ce{Cl2} + 2\ e^-

No cátodo (polo negativo) ocorre redução. O \ce{Na+} é muito difícil de reduzir, e a água é reduzida em seu lugar:

2\ \ce{H2O} + 2\ e^- \rightarrow \ce{H2}(g) + 2\ \ce{OH-}

Assim, o cátodo libera gás hidrogênio, que sai pela abertura do produto secundário. Já os íons \ce{OH-} ficam na solução junto com o \ce{Na+} que não reagiu, formando \ce{NaOH}. É essa solução alcalina que é retirada pelo dreno.

Reação global:

2\ \ce{NaCl} + 2\ \ce{H2O} \rightarrow \ce{Cl2} + \ce{H2} + 2\ \ce{NaOH}

Os produtos são cloro (principal), soda cáustica (dreno) e hidrogênio, o produto secundário gasoso.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aa água é consumida no cátodo, e não liberada como vapor; não é produto da eletrólise.
  • Bo oxigênio só seria formado pela oxidação da água no ânodo, mas ali o cloreto é oxidado e sai \ce{Cl2}.
  • Co hipoclorito surgiria da reação do cloro com a base se os produtos se misturassem, e não é o gás que sai no cátodo.
  • Eo HCl não se forma na reação global; o cátodo reduz a água e produz \ce{H2}, não HCl.

Assunto: Eletrólise.

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