Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2013

Question

Uma estudante de Química elaborou um experimento para investigar a reação entre cobre metálico (\ce{Cu}) e ácido nítrico (\ce{HNO3(aq)}). Para isso, adicionou o ácido nítrico a um tubo de ensaio (I) e, em seguida, adicionou raspas de cobre metálico a esse mesmo tubo. Observou que houve liberação de calor e de um gás marrom, e que a solução se tornou azul. A seguir, adicionou raspas de cobre a dois outros tubos (II e III), contendo, respectivamente, soluções aquosas de ácido clorídrico (\ce{HCl(aq)}) e nitrato de sódio (\ce{NaNO3(aq)}). Não observou qualquer mudança nos tubos II e III, ao realizar esses testes.

Sabe-se que soluções aquosas de íons \ce{Cu^{2+}} são azuis e que o gás \ce{NO2} é marrom.

a) Escreva, nos espaços delimitados na página de respostas, as equações que representam a semirreação de oxidação e a semirreação de redução que ocorrem no tubo I.

b) Qual foi o objetivo da estudante ao realizar os testes com \ce{HCl(aq)} e \ce{NaNO3(aq)}? Explique.

Answer 1

Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2013

3º dia · Química

Uma estudante de Química elaborou um experimento para investigar a reação entre cobre metálico (\ce{Cu}) e ácido nítrico (\ce{HNO3(aq)}). Para isso, adicionou o ácido nítrico a um tubo de ensaio (I) e, em seguida, adicionou raspas de cobre metálico a esse mesmo tubo. Observou que houve liberação de calor e de um gás marrom, e que a solução se tornou azul. A seguir, adicionou raspas de cobre a dois outros tubos (II e III), contendo, respectivamente, soluções aquosas de ácido clorídrico (\ce{HCl(aq)}) e nitrato de sódio (\ce{NaNO3(aq)}). Não observou qualquer mudança nos tubos II e III, ao realizar esses testes.

Sabe-se que soluções aquosas de íons \ce{Cu^{2+}} são azuis e que o gás \ce{NO2} é marrom.

a) Escreva, nos espaços delimitados na página de respostas, as equações que representam a semirreação de oxidação e a semirreação de redução que ocorrem no tubo I.

b) Qual foi o objetivo da estudante ao realizar os testes com \ce{HCl(aq)} e \ce{NaNO3(aq)}? Explique.

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Resolução comentada

a) No tubo I, o cobre metálico passa a \ce{Cu^{2+}} (solução azul) e o nitrogênio do ácido nítrico passa a \ce{NO2} (gás marrom). Ao fazer o balanço de cada semirreação, é preciso acertar átomos e cargas.

Oxidação: o Cu perde 2 elétrons, e seu número de oxidação vai de 0 a +2.

\ce{Cu(s) -> Cu^{2+}(aq) + 2 e^-}

Redução: o N do \ce{NO3^-} tem Nox +5 e vai a +4 no \ce{NO2}, ganhando 1 elétron. Para acertar os oxigênios, formamos água, e isso exige \ce{H+}, que vem do ácido:

\ce{NO3^-(aq) + 2 H^+(aq) + e^- -> NO2(g) + H2O(l)}

Conferindo as cargas: à esquerda -1+2-1=0 e à direita 0. Os átomos de H e de O também fecham. Para a equação global, multiplica-se a redução por 2, de modo que os elétrons se cancelem.

Oxidação: \ce{Cu -> Cu^{2+} + 2 e^-}; redução: \ce{NO3^- + 2 H^+ + e^- -> NO2 + H2O}.

b) O ácido nítrico tem dois componentes que poderiam oxidar o cobre: o cátion \ce{H+} e o ânion \ce{NO3^-}. A estudante quis descobrir qual deles é o responsável pela reação.

No tubo II, o \ce{HCl} fornece \ce{H+} (e \ce{Cl^-}) e não houve reação. Logo, o \ce{H+} sozinho não oxida o cobre.
No tubo III, o \ce{NaNO3} fornece \ce{NO3^-} (e \ce{Na+}) e também não houve reação. Logo, o nitrato sozinho, sem meio ácido, não oxida o cobre.

A reação só ocorre no tubo I, onde \ce{NO3^-} e \ce{H+} estão presentes juntos. Conclui-se que o nitrato é o agente oxidante, mas só atua em meio ácido, pois os íons \ce{H+} participam da semirreação de redução.

Objetivo: verificar se \ce{H+} ou \ce{NO3^-} isoladamente oxidava o Cu; como nenhum reagiu, a oxidação requer \ce{NO3^-} em presença de \ce{H+}.

Assuntos: oxirredução, semirreações, cobre e ácido nítrico.

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Questão Q02 no caderno da 2ª fase da FUVEST 2013