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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 19 (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

Duas placas de platina são conectadas a um potenciostato e imersas em um béquer contendo uma solução aquosa de sulfato de cobre. Entre estas duas placas ocorre a passagem de corrente elétrica. Após certo tempo foi verificado que a cor azul, inicialmente presente na solução, desapareceu e que houve a liberação de um gás em uma das placas de platina. A solução, agora totalmente incolor, contém

  1. A
    hidróxido de cobre.
  2. B
    sulfato de platina.
  3. C
    hidróxido de platina.
  4. D
    ácido sulfúrico.
  5. E
    apenas água.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Trata-se de uma eletrólise com eletrodos inertes (platina) de solução aquosa de \ce{CuSO4}. A platina não reage; só participam os íons da solução e a água.

  1. No cátodo (redução), o \ce{Cu^{2+}} se reduz mais facilmente que a água e deposita cobre metálico:
\ce{Cu^{2+} + 2e^- -> Cu(s)}
  1. No ânodo (oxidação), o \ce{SO4^{2-}} não se oxida (é um ânion oxigenado, muito estável), então quem se oxida é a água, liberando o gás \ce{O2}:
\ce{H2O -> 1/2 O2 + 2H+ + 2e^-}
  1. Reação global:
\ce{CuSO4 + H2O -> Cu(s) + 1/2 O2(g) + H2SO4}

A cor azul vem do \ce{Cu^{2+}} hidratado; ao ser todo depositado como \ce{Cu}, a solução fica incolor. O gás liberado é o \ce{O2}. Os íons \ce{H+} formados no ânodo e os \ce{SO4^{2-}} que sobraram permanecem em solução, ou seja, há ácido sulfúrico. A solução não é só água, pois contém esses íons.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ANão se forma \ce{Cu(OH)2}: o cobre se reduz a \ce{Cu} metálico e a solução fica ácida, não básica.
  • BA platina é eletrodo inerte e não é oxidada, então não forma sulfato de platina.
  • CA platina não reage, e não há formação de hidróxido de platina.
  • ESobram \ce{H+} e \ce{SO4^{2-}} em solução, formando \ce{H2SO4}; não é só água.

Assunto: Eletrólise.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗