Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2015

Question

A figura ao lado ilustra as estabilidades relativas das espécies que apresentam estado de oxidação +2 e +4 dos elementos da mesma família: carbono, silício, germânio, estanho e chumbo.

As estabilidades relativas podem ser interpretadas pela comparação entre potenciais padrão de redução das espécies +4 formando as espécies +2, como representado a seguir para os elementos chumbo (Pb), germânio (Ge) e estanho (Sn):

\begin{aligned} \ce{PbO2 + 4H+ + 2e- &<=> Pb^2+ + 2H2O} \quad &\text{E}_1^0 \\ \ce{GeO2 + 2H+ + 2e- &<=> GeO + H2O} \quad &\text{E}_2^0 \\ \ce{SnO2 + 4H+ + 2e- &<=> Sn^2+ + 2H2O} \quad &\text{E}_3^0 \end{aligned}

Os potenciais padrão de redução dessas três semirreações, \text{E}_1^0, \text{E}_2^0 e \text{E}_3^0, foram determinados experimentalmente, obtendo-se os valores -0{,}12\ \text{V}, -0{,}094\ \text{V} e 1{,}5\ \text{V}, não necessariamente nessa ordem. Sabe-se que, quanto maior o valor do potencial padrão de redução, maior o caráter oxidante da espécie química.

a) Considerando as informações da figura, atribua, na tabela da página de respostas, os valores experimentais aos potenciais padrão de redução \text{E}_1^0, \text{E}_2^0 e \text{E}_3^0.

b) O elemento carbono pode formar óxidos, nos quais a proporção entre carbono e oxigênio está relacionada ao estado de oxidação do carbono. Comparando os óxidos \ce{CO} e \ce{CO2}, qual seria o mais estável? Explique, com base na figura apresentada acima.

Answer 1

Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2015

3º dia · Química

A figura ao lado ilustra as estabilidades relativas das espécies que apresentam estado de oxidação +2 e +4 dos elementos da mesma família: carbono, silício, germânio, estanho e chumbo.

As estabilidades relativas podem ser interpretadas pela comparação entre potenciais padrão de redução das espécies +4 formando as espécies +2, como representado a seguir para os elementos chumbo (Pb), germânio (Ge) e estanho (Sn):

\begin{aligned} \ce{PbO2 + 4H+ + 2e- &<=> Pb^2+ + 2H2O} \quad &\text{E}_1^0 \\ \ce{GeO2 + 2H+ + 2e- &<=> GeO + H2O} \quad &\text{E}_2^0 \\ \ce{SnO2 + 4H+ + 2e- &<=> Sn^2+ + 2H2O} \quad &\text{E}_3^0 \end{aligned}

Os potenciais padrão de redução dessas três semirreações, \text{E}_1^0, \text{E}_2^0 e \text{E}_3^0, foram determinados experimentalmente, obtendo-se os valores -0{,}12\ \text{V}, -0{,}094\ \text{V} e 1{,}5\ \text{V}, não necessariamente nessa ordem. Sabe-se que, quanto maior o valor do potencial padrão de redução, maior o caráter oxidante da espécie química.

a) Considerando as informações da figura, atribua, na tabela da página de respostas, os valores experimentais aos potenciais padrão de redução \text{E}_1^0, \text{E}_2^0 e \text{E}_3^0.

b) O elemento carbono pode formar óxidos, nos quais a proporção entre carbono e oxigênio está relacionada ao estado de oxidação do carbono. Comparando os óxidos \ce{CO} e \ce{CO2}, qual seria o mais estável? Explique, com base na figura apresentada acima.

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Resolução comentada

a) Pela figura, quanto mais abaixo na família, menos estável é o estado +4 e mais estável é o +2. Cada semirreação reduz a espécie +4 à espécie +2. Quanto mais estável for o +2 em relação ao +4, mais favorável é a redução e maior é o potencial de redução.

Pb: no chumbo, a linha tracejada (+2) fica acima da contínua (+4), ou seja, o \ce{Pb^2+} é mais estável que o Pb(+4). O \ce{PbO2} se reduz com facilidade e é o oxidante mais forte, com o maior potencial: \text{E}_1^0 = 1{,}5\ \text{V}.
Ge: no germânio, o estado +4 é bem mais estável que o +2 (a linha contínua está acima da tracejada, com diferença maior que no Sn). Reduzir o \ce{GeO2} é o processo menos favorável, então o potencial é o menor: \text{E}_2^0 = -0{,}12\ \text{V}.
Sn: no estanho, o estado +4 ainda é um pouco mais estável que o +2, mas a diferença é menor que no Ge. O potencial fica intermediário: \text{E}_3^0 = -0{,}094\ \text{V}.

Ordem esperada: \text{E}_1^0 > \text{E}_3^0 > \text{E}_2^0, isto é, 1{,}5 > -0{,}094 > -0{,}12.

Resposta: \text{E}_1^0 = 1{,}5\ \text{V}; \text{E}_2^0 = -0{,}12\ \text{V}; \text{E}_3^0 = -0{,}094\ \text{V}.

b) No \ce{CO} o carbono tem estado de oxidação +2, e no \ce{CO2} tem +4. Na figura, para o carbono, a linha contínua (+4) está muito acima da tracejada (+2). Isso mostra que o estado +4 é bem mais estável que o +2 nesse elemento. Logo, o óxido com carbono +4 é o mais estável.

Resposta: o \ce{CO2} é o mais estável, pois o carbono é mais estável no estado de oxidação +4 do que no +2.

Assuntos: estabilidade dos estados de oxidação, potencial padrão de redução, família do carbono.

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Questão Q05 no caderno da 2ª fase da FUVEST 2015