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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 4 (Química) do ITA 2009

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

DEFINIÇÕES
Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{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}\ \text{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}\ \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Fe 26 55,85
He 2 4,00 Ni 28 58,69
Li 3 6,94 Cu 29 63,55
C 6 12,01 Zn 30 65,40
N 7 14,01 Ge 32 72,64
O 8 16,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Kr 36 83,80
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
Si 14 28,09 Sn 50 118,71
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Xe 54 131,29
Ar 18 39,95 Cs 55 132,91
K 19 39,10 Ba 56 137,33
Ca 20 40,08 Pt 78 195,08
Cr 24 52,00 Pb 82 207,2
Mn 25 54,94 Ra 86 222

Um estudante mergulhou uma placa de um metal puro em água pura isenta de ar, a 25\ ^\circ\text{C}, contida em um béquer. Após certo tempo, ele observou a liberação de bolhas de gás e a formação de um precipitado. Com base nessas informações, assinale a opção que apresenta o metal constituinte da placa.

  1. A
    Cádmio
  2. B
    Chumbo
  3. C
    Ferro
  4. D
    Magnésio
  5. E
    Níquel
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Resolução comentada

Um metal só libera gás (H₂) em água pura, a 25 °C, se for redutor o bastante para reduzir a própria água:

\ce{2 H2O + 2 e- -> H2 + 2 OH-}\qquad E^\circ = -0{,}83\ \text{V (pH 14)}

Em água pura (pH 7) o potencial é cerca de -0{,}41\ \text{V}. Como o processo é espontâneo quando E^\circ_{\text{oxidação do metal}} é maior que esse valor, o metal precisa ter potencial de redução bem negativo.

Potenciais de redução padrão aproximados:

  1. Cd²⁺/Cd: -0{,}40\ \text{V} (reação muito lenta ou ausente).
  2. Pb²⁺/Pb: -0{,}13\ \text{V} (não reage).
  3. Fe²⁺/Fe: -0{,}44\ \text{V} (em água isenta de ar, praticamente não reage; a ferrugem exige O₂).
  4. Ni²⁺/Ni: -0{,}25\ \text{V} (não reage).
  5. Mg²⁺/Mg: -2{,}37\ \text{V} (reage).

O magnésio reage com a água:

\ce{Mg(s) + 2 H2O(l) -> Mg(OH)2(s) + H2(g)}

O \ce{H2} aparece como as bolhas de gás. O \ce{Mg(OH)2} é pouco solúvel e forma o precipitado. Os dois fenômenos observados batem com o magnésio. Para os outros metais, o ar já foi retirado da água, então não há oxidação por O₂ nem formação de óxido ou hidróxido.

Alternativa D.

Pegadinha: O ferro engana por ser um metal que forma precipitado (ferrugem) na água, mas isso exige O₂, e o enunciado diz que a água é isenta de ar.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO cádmio tem potencial de redução (−0,40 V) próximo ao da água em pH 7, mas não desprende H₂ de forma perceptível em água pura.
  • BO chumbo tem potencial (−0,13 V) bem acima do da água e não reduz H₂O.
  • CO ferro só enferruja (forma precipitado) na presença de O₂, que a água isenta de ar não tem; sem isso não reage.
  • EO níquel (−0,25 V) não tem poder redutor suficiente para reagir com água pura.

Assuntos: Reações de oxirredução e balanceamento redox, Tipos de reações inorgânicas.

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Fonte: ITA 2009 · Química. Prova oficial ↗