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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 5 (Química) do ITA 2014

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

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\,325\text{ N} \cdot \text{m}^{-2} = 760\text{ Torr}

1\text{ J} = 1\text{ N} \cdot \text{m} = 1\text{ kg} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{s}^{-2} ; 1\text{ pm} = 1 \times 10^{-12}\text{ m} ; 1\text{ eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ J}

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} e 1\text{ atm} ; concentração das soluções = 1\text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (g) = \text{gás}. (aq) = \text{aquoso}. (CM) = \text{circuito metálico}. (conc) = \text{concentrado}.

(ua) = \text{unidades arbitrárias}. [A] = \text{concentração da espécie química } A\text{ em }\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Ti 22 47,87
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Ni 28 58,69
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Se 34 78,96
Mg 12 24,31 Ag 47 107,90
Al 13 26,98 Sn 50 118,70
P 15 30,97 Te 52 127,60
S 16 32,07 I 53 126,90
\text{C}\ell 17 35,45 Xe 54 131,30
Ar 18 39,95 Au 79 197,00
K 19 39,10 U 92 238,00

Assinale a opção que contém o(s) produto(s) formado(s) durante o aquecimento de uma mistura de \ce{Cu2O} e \ce{Cu2S}, em atmosfera inerte.

  1. A
    \ce{CuSO4}
  2. B
    \ce{Cu2SO3}
  3. C
    \ce{Cu} e \ce{SO2}
  4. D
    \ce{Cu} e \ce{SO3}
  5. E
    \ce{CuO} e \ce{CuS}
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Resolução comentada

Esta é a etapa final da metalurgia do cobre (auto-redução): o óxido de cobre(I) reage com o sulfeto de cobre(I), sem necessidade de oxigênio externo.

Primeiro, os números de oxidação:

  1. Em \ce{Cu2O}: Cu é +1 e O é -2.
  2. Em \ce{Cu2S}: Cu é +1 e S é -2.

Ao aquecer em atmosfera inerte, não há \ce{O2} para oxidar nada. Então a reação precisa ser de oxirredução entre os próprios compostos. O Cu^+ tende a ser reduzido a \ce{Cu} metálico (+1\to 0). Quem pode ser oxidado é o enxofre (-2), que o oxigênio do óxido oxida a +4, formando \ce{SO2}.

Balanceamento pela transferência de elétrons:

  • S: -2 \to +4 perde 6 elétrons.
  • Cada Cu: +1 \to 0 ganha 1 elétron. São 6 Cu no total, 4 do \ce{Cu2S} e 2 do \ce{Cu2O} na proporção 2\,\ce{Cu2O} + \ce{Cu2S}.
2\,\ce{Cu2O} + \ce{Cu2S} \longrightarrow 6\,\ce{Cu} + \ce{SO2}

Conferência: Cu: 4+2=6 ✓; O: 2 ✓; S: 1 ✓.

Os produtos são cobre metálico e dióxido de enxofre. O \ce{SO3} exigiria oxidação a +6 e mais oxigênio, e os sulfatos/sulfitos de cobre também exigiriam \ce{O2} ou oxidação do Cu.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • A\ce{CuSO4} exigiria oxidar S a +6 e Cu a +2, o que pede \ce{O2} em excesso, ausente em atmosfera inerte.
  • B\ce{Cu2SO3} pede mais oxigênio do que o disponível e não é o produto de auto-redução, em que o Cu vai a metal.
  • D\ce{SO3} exige S em +6, o que requer mais oxidante; aqui o O do óxido só leva o S a +4 (\ce{SO2}).
  • E\ce{CuO} e \ce{CuS} têm Cu^{2+}, ou seja, seriam oxidações do Cu, sem agente oxidante presente.

Assunto: Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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Fonte: ITA 2014 · Química. Prova oficial ↗