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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Eletrólise

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 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} (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} =
= 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}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\text{ m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325\text{ bar}

1\text{ J} = 1\text{ N}\cdot\text{m} = 1\text{ kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693

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

(ua) = unidades arbitrárias. [X] = concentração da espécie química X 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 Cr 24 52,00
He 2 4,00 Mn 25 54,94
Li 3 6,94 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
P 15 30,97 I 53 126,90
S 16 32,06 Pt 78 195,08
Cl 17 35,45 Hg 80 200,59
K 19 39,10 Pb 82 207,21
Ca 20 40,08

Considere uma célula eletrolítica na forma de um tubo em H, preenchido com solução aquosa de \ce{NaNO3} e tendo eletrodos inertes mergulhados em cada ramo vertical do tubo e conectados a uma fonte externa. Num determinado instante, injeta-se uma solução aquosa de \ce{CuCrO4} verde na parte central do ramo horizontal do tubo. Após algum tempo de eletrólise, observa-se uma mancha azul e uma amarela, separadas (em escala) de acordo com o esquema da figura.

Trecho visível do esquema de uma célula eletrolítica em tubo em H: ramo vertical esquerdo contendo um eletrodo inerte identificado por Ee, ligado por um fio na parte superior. O ramo horizontal estende-se para a direita, onde aparece parte de uma região sombreada, o início do rótulo “azul” e uma seta horizontal apontando para a esquerda. O restante do esquema está cortado.

Com base nas informações do enunciado e da figura, assinale a opção ERRADA.

  1. A
    O eletrodo E_e corresponde ao anodo.
  2. B
    Há liberação de gás no E_d.
  3. C
    Há liberação de \ce{H2} no E_e.
  4. D
    O íon cromato tem velocidade de migração maior que o íon cobre.
  5. E
    O pH da solução em torno do E_d diminui.
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Resolução comentada

A solução de \ce{CuCrO4} é verde pela combinação das cores de seus íons: \ce{Cu^{2+}}, azul, e \ce{CrO4^{2-}}, amarelo. Durante a eletrólise, essas espécies migram em sentidos opostos, conforme suas cargas.

A mancha azul desloca-se para a esquerda. Como o \ce{Cu^{2+}} é um cátion, ele é atraído pelo eletrodo negativo da célula eletrolítica. Portanto, E_e é o cátodo, onde ocorre redução, e não o ânodo. Isso torna A a afirmação errada.

O eletrodo da direita, E_d, é o ânodo positivo e atrai os íons cromato. Nesse eletrodo, a oxidação da água pode ser representada por:

\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-}

Assim, há liberação de gás oxigênio e formação de \ce{H+}, o que diminui o pH ao redor de E_d.

Já no cátodo, a redução da água explica a liberação de hidrogênio durante a eletrólise:

\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}

A comparação das distâncias percorridas no mesmo intervalo de tempo, no esquema em escala, permite comparar as velocidades de migração dos íons.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa A troca os eletrodos: na célula eletrolítica, o eletrodo negativo que atrai os cátions é o cátodo, não o ânodo.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BÉ correta: no ânodo Ed, a oxidação da água libera gás oxigênio.
  • CÉ correta: no cátodo Ee, a redução da água produz gás hidrogênio.
  • DÉ correta: o maior deslocamento do cromato no mesmo intervalo de tempo indica maior velocidade de migração.
  • EÉ correta: a formação de H+ na oxidação da água diminui o pH próximo a Ed.

Assunto: Eletrólise.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗