Questão 6 (Química) do ITA 2008

Question

Um frasco contém uma solução aquosa de brometo de sódio e outro frasco, uma solução aquosa de ácido clorídrico saturada nos gases componentes do ar atmosférico. O conteúdo de cada um dos frascos é misturado e ocorre uma reação química. Qual das opções abaixo contém a equação química que melhor representa a reação acima mencionada?

A
\ce{2 Cl^-(aq) + 2 H^+(aq) + 1/2 O2(g) -> H2O(\ell) + Cl2(g)}
B
\ce{4 Br^-(aq) + O2(g) + 4 H^+(aq) -> 2 Br2(\ell) + 2 H2O(\ell)}
C
\ce{Cl^-(aq) + 3/2 O2(g) + H^+(aq) -> HClO3(aq)}
D
\ce{2 Br^-(aq) + 2 H^+(aq) -> Br2(\ell) + H2(g)}
E
\ce{2 Cl^-(aq) + H2O(\ell) + 1/2 O2(g) -> 2 OH^-(aq) + Cl2(g)}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 6 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Reações de oxirredução e balanceamento redox

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L (CNTP)}
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62{,}4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão = 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ Nm}^{\mathbf{-2}} = 760\text{ Torr}
1\text{ N} = 1\text{ kg m s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\text{ atm}, concentração das soluções: 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g mol}^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g mol}^{-1})
H	1	1,01	Cl	17	35,45
Be	4	9,01	K	19	39,10
B	5	10,81	Ca	20	40,08
C	6	12,01	Fe	26	55,85
N	7	14,01	Cu	29	63,55
O	8	16,00	Zn	30	65,39
F	9	19,00	As	33	74,92
Na	11	22,99	Br	35	79,91
Mg	12	24,31	Ag	47	107,87
Al	13	26,98	Cd	48	112,41
P	15	30,97	Sn	50	118,71
S	16	32,06	I	53	126,90
			Pt	78	195,08

Um frasco contém uma solução aquosa de brometo de sódio e outro frasco, uma solução aquosa de ácido clorídrico saturada nos gases componentes do ar atmosférico. O conteúdo de cada um dos frascos é misturado e ocorre uma reação química. Qual das opções abaixo contém a equação química que melhor representa a reação acima mencionada?

A
\ce{2 Cl^-(aq) + 2 H^+(aq) + 1/2 O2(g) -> H2O(\ell) + Cl2(g)}
B
\ce{4 Br^-(aq) + O2(g) + 4 H^+(aq) -> 2 Br2(\ell) + 2 H2O(\ell)}
C
\ce{Cl^-(aq) + 3/2 O2(g) + H^+(aq) -> HClO3(aq)}
D
\ce{2 Br^-(aq) + 2 H^+(aq) -> Br2(\ell) + H2(g)}
E
\ce{2 Cl^-(aq) + H2O(\ell) + 1/2 O2(g) -> 2 OH^-(aq) + Cl2(g)}

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Ao misturar, ficam em solução \ce{Na+}, \ce{Br^-}, \ce{H+}, \ce{Cl^-} e os gases do ar dissolvidos (\ce{O2}, \ce{N2} etc.). Os íons \ce{Na+} e \ce{Cl^-} não reagem entre si. A única espécie oxidante relevante é o \ce{O2}, em meio ácido, e a pergunta é qual íon ele consegue oxidar.

Potenciais-padrão de redução:

\ce{O2 + 4 H+ + 4 e- -> 2 H2O}: E^\circ = +1{,}23\ \text{V}
\ce{Br2 + 2 e- -> 2 Br-}: E^\circ = +1{,}07\ \text{V}
\ce{Cl2 + 2 e- -> 2 Cl-}: E^\circ = +1{,}36\ \text{V}
\ce{2 H+ + 2 e- -> H2}: E^\circ = 0{,}00\ \text{V}

Uma reação é espontânea se \Delta E^\circ = E^\circ_{\text{reduz}} - E^\circ_{\text{oxida}} > 0.

\ce{O2} oxidando \ce{Br-}: 1{,}23 - 1{,}07 = +0{,}16\ \text{V}, espontânea.
\ce{O2} oxidando \ce{Cl-}: 1{,}23 - 1{,}36 = -0{,}13\ \text{V}, não espontânea.
\ce{H+} oxidando \ce{Br-} (formando \ce{H2}): 0{,}00 - 1{,}07 < 0, não ocorre.

Somando a semirreação do \ce{O2} com a oxidação do brometo (\ce{4 Br- -> 2 Br2 + 4 e-}):

\ce{4 Br^-(aq) + O2(g) + 4 H^+(aq) -> 2 Br2(\ell) + 2 H2O(\ell)}

O ácido fornece o meio ácido necessário, e a reação ocorre.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

AO \ce{O2} não oxida \ce{Cl-} a \ce{Cl2}, pois \Delta E^\circ = 1{,}23 - 1{,}36 < 0.
CA formação de \ce{HClO3} a partir de \ce{Cl-} e \ce{O2} não é espontânea nessas condições.
DO \ce{H+} não oxida \ce{Br-} liberando \ce{H2}, pois \Delta E^\circ = 0 - 1{,}07 < 0.
EForma \ce{OH-} em meio ácido, o que é incoerente, e envolve a oxidação não espontânea do \ce{Cl-}.

Assunto: Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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Questão 6 no caderno Química do ITA 2008

Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗