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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 18 (Química) do ITA 2010

Química · Química: Eletrólise

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} (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} = 101\ 325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \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) = sólido. (\ \ell\ ) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (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 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Ni 28 58,69
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,40
Na 11 22,99 Sr 38 87,62
P 15 30,97 Ag 47 107,87
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 W 74 183,84
Ar 18 39,95 Pt 78 195,08
K 19 39,10 Au 79 196,97
Ca 20 40,08 Pb 82 207,2

Em um processo de eletrodeposição de níquel, empregou-se um eletrodo ativo de níquel e um eletrodo de cobre, ambos parcialmente imersos em uma solução aquosa contendo sais de níquel (cloreto e sulfato) dissolvidos, sendo este eletrólito tamponado com ácido bórico. No decorrer do processo, conduzido à temperatura de 55 °C e pressão de 1 atm, níquel metálico depositou-se sobre a superfície do eletrodo de cobre. Considere que as seguintes afirmações sejam feitas:

I. Ocorre formação de gás cloro no eletrodo de cobre.
II. A concentração de íons cobre aumenta na solução eletrolítica.
III. Ocorre formação de hidrogênio gasoso no eletrodo de níquel.
IV. O ácido bórico promove a precipitação de níquel na forma de produto insolúvel no meio aquoso.

Com relação ao processo de eletrodeposição acima descrito, assinale a opção CORRETA.

  1. A
    Todas as afirmações são verdadeiras.
  2. B
    Apenas a afirmação IV é verdadeira.
  3. C
    Apenas a afirmação III é falsa.
  4. D
    Apenas as afirmações II e IV são falsas.
  5. E
    Todas as afirmações são falsas.
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Resolução comentada

Na eletrodeposição, o níquel metálico se deposita no cobre, então o cobre é o cátodo, onde ocorre redução: \ce{Ni^{2+} + 2e- -> Ni}. O eletrodo ativo de níquel é o ânodo, onde ocorre oxidação: \ce{Ni -> Ni^{2+} + 2e-}. Assim, a concentração de \ce{Ni^{2+}} na solução se mantém praticamente constante.

Análise de cada afirmação:

  1. I é falsa. O gás cloro só se forma por oxidação do \ce{Cl-}, que é uma reação anódica, e não catódica. Além disso, no ânodo o níquel, que é ativo, se oxida com muito mais facilidade que o cloreto. No eletrodo de cobre, que é o cátodo, ocorre redução e não há formação de \ce{Cl2}.
  2. II é falsa. O cobre é o cátodo, está protegido e não se oxida. Não há liberação de \ce{Cu^{2+}} para a solução.
  3. III é falsa. O eletrodo de níquel é o ânodo, onde ocorre oxidação. O \ce{H2} se forma por redução de \ce{H+} ou da água, o que só poderia acontecer no cátodo (cobre), e não no níquel.
  4. IV é falsa. O ácido bórico é um ácido fraco e funciona como tampão, controlando o pH. Isso evita a formação de \ce{Ni(OH)2} insolúvel perto do cátodo, quando o pH sobe pelo consumo de \ce{H+}. Ele não precipita o níquel, pelo contrário, impede a precipitação.

Como as quatro afirmações são falsas:

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ATodas as afirmações têm erro: cloro, cobre, hidrogênio e ácido bórico foram associados a processos que não ocorrem.
  • BIV é falsa: o ácido bórico apenas tampona o pH e evita a precipitação de hidróxido de níquel.
  • CConsidera III verdadeira, mas o hidrogênio se formaria no cátodo (cobre), não no níquel, que é o ânodo.
  • DTrata I e III como verdadeiras, mas o cloro não se forma no cátodo e o hidrogênio não se forma no ânodo de níquel.

Assunto: Eletrólise.

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Fonte: ITA 2010 · Química. Prova oficial ↗