Questão 71 da FUVEST 2017

1ª fase

Um estudante realizou um experimento para avaliar a reatividade dos metais Pb, Zn e Fe. Para isso, mergulhou, em separado, uma pequena placa de cada um desses metais em cada uma das soluções aquosas dos nitratos de chumbo, de zinco e de ferro. Com suas observações, elaborou a seguinte tabela, em que (sim) significa formação de sólido sobre a placa e (não) significa nenhuma evidência dessa formação:

Solução Metal
Pb Zn Fe
\ce{Pb(NO3)2 (aq)} (não) (sim) (sim)
\ce{Zn(NO3)2 (aq)} (não) (não) (não)
\ce{Fe(NO3)2 (aq)} (não) (sim) (não)

A seguir, montou três diferentes pilhas galvânicas, conforme esquematizado.

Esquema de pilha galvânica com béquer I contendo solução aquosa de CuSO4 e placa de cobre (Cu), conectado por ponte salina com KCl (aq) ao béquer II contendo solução de X(NO3)2 (aq) e placa de metal X, com circuito externo contendo voltímetro.

Nessas três montagens, o conteúdo do béquer I era uma solução aquosa de \ce{CuSO4} de mesma concentração, e essa solução era renovada na construção de cada pilha. O eletrodo onde ocorria a redução (ganho de elétrons) era o formado pela placa de cobre mergulhada em \ce{CuSO4 (aq)}. Em cada uma das três pilhas, o estudante utilizou, no béquer II, uma placa de um dos metais X (Pb, Zn ou Fe), mergulhada na solução aquosa de seu respectivo nitrato.

O estudante mediu a força eletromotriz das pilhas, obtendo os valores: 0{,}44\text{ V}; 0{,}75\text{ V} e 1{,}07\text{ V}.

A atribuição correta desses valores de força eletromotriz a cada uma das pilhas, de acordo com a reatividade dos metais testados, deve ser

  1. A
    Metal X
    Pb Zn Fe
    0,44 1,07 0,75
  2. B
    Metal X
    Pb Zn Fe
    0,44 0,75 1,07
  3. C
    Metal X
    Pb Zn Fe
    0,75 0,44 1,07
  4. D
    Metal X
    Pb Zn Fe
    0,75 1,07 0,44
  5. E
    Metal X
    Pb Zn Fe
    1,07 0,44 0,75
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Resolução comentada

Um metal desloca o cátion de outro da solução quando é mais reativo, ou seja, quando oxida com mais facilidade. Na tabela, "sim" indica que o metal da coluna reduziu o cátion da solução, formando sólido sobre a placa.

  1. Na solução de \ce{Pb(NO3)2}, Zn e Fe formam sólido. Logo, Zn e Fe são mais reativos que Pb.
  2. Na solução de \ce{Fe(NO3)2}, só o Zn forma sólido. Logo, Zn é mais reativo que Fe.
  3. Na solução de \ce{Zn(NO3)2}, nenhum metal reage, o que confirma que Zn é o mais reativo.

Ordem de reatividade: \ce{Zn > Fe > Pb}.

Nas pilhas, o cobre é o cátodo, onde ocorre a redução. O metal X é o ânodo, onde ocorre a oxidação. A força eletromotriz é \varepsilon = E_{\text{cátodo}} - E_{\text{ânodo}} (em potenciais de redução). Quanto mais reativo o metal X, menor o seu potencial de redução e maior a diferença em relação ao cobre. Assim, a fem cresce com a reatividade de X:

  • Zn, o mais reativo: 1{,}07\ \text{V}
  • Fe, intermediário: 0{,}75\ \text{V}
  • Pb, o menos reativo: 0{,}44\ \text{V}

Pb, Zn, Fe correspondem a 0{,}44; 1{,}07; 0{,}75.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BAtribui 1,07 V ao Fe e 0,75 V ao Zn, invertendo a ordem de reatividade entre Zn e Fe.
  • CColoca o Pb com 0,75 V e o Zn com 0,44 V, ou seja, o Zn como o menos reativo, contra a tabela.
  • DDá ao Fe o menor valor (0,44 V) e ao Pb um valor intermediário, contrariando Fe > Pb.
  • EDá ao Pb a maior fem (1,07 V), mas o Pb é o menos reativo e deve ter a menor.

Assuntos: reatividade dos metais, pilhas galvânicas, força eletromotriz.

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