INSPER Ciências da Natureza 2019/2
Leia o texto para responder à questão.
A salmoura, um dos subprodutos da dessalinização da água, pode ser utilizada, por meio da eletrólise, para a produção dos gases hidrogênio e cloro. Nesse processo, uma cuba eletrolítica recebe uma solução saturada de cloreto de sódio que é submetida a uma tensão externa.
A reação global dessa eletrólise é representada pela equação:
2NaCl (aq) + 2H2O (l) → 2NaOH (aq) + H2 (g) + Cl2 (g)
Nesse processo, a soda cáustica é um subproduto e o gás hidrogênio é um vetor energético, pois pode ser posteriormente empregado para geração de energia elétrica.
Na eletrólise da salmoura, o produto formado no ânodo e a quantidade de elétrons envolvidos na formação de 1 mol de gás cloro são, respectivamente,
H2 e 2.
H2 e 4.
H2 e 1.
Cl2 e 4.
Cl2 e 2
Resolução
Passo a passo da solução:
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Identificar os processos nos eletrodos: A eletrólise é um processo não espontâneo que utiliza energia elétrica para forçar uma reação química. Em uma cuba eletrolítica:
- O ânodo é o eletrodo positivo (+), onde ocorre a oxidação (perda de elétrons).
- O cátodo é o eletrodo negativo (-), onde ocorre a redução (ganho de elétrons).
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Analisar a imagem fornecida: A imagem ilustra a eletrólise da salmoura.
- No eletrodo esquerdo, marcado com "+" (ânodo), observa-se a liberação de gás Cl2. Íons Cl- movem-se em direção a este eletrodo.
- No eletrodo direito, marcado com "-" (cátodo), observa-se a liberação de gás H2. Íons H+ (provenientes da autoionização da água) ou moléculas de H2O são reduzidos, e íons Na+ movem-se para este compartimento, combinando-se com OH- (formado na redução da água) para gerar NaOH.
Portanto, o produto formado no ânodo é o gás cloro (Cl2).
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Escrever a semirreação anódica: A formação de Cl2 no ânodo ocorre pela oxidação dos íons cloreto (Cl-):
Ânodo (Oxidação): \( 2Cl^{-}(aq) \rightarrow Cl_{2}(g) + 2e^{-} \)
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Determinar a quantidade de elétrons: A semirreação anódica mostra que a formação de 1 molécula de Cl2 envolve a transferência de 2 elétrons. Por extensão, a formação de 1 mol de gás Cl2 envolve a transferência de 2 mols de elétrons.
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Concluir a resposta: O produto formado no ânodo é Cl2 e a quantidade de elétrons (em mol) envolvida na formação de 1 mol de gás cloro é 2.
Assim, a resposta correta combina Cl2 como produto anódico e 2 como a quantidade de elétrons.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos Essenciais
- Eletrólise: Processo que usa corrente elétrica para induzir uma reação química não espontânea. Ocorre em uma cuba eletrolítica.
- Eletrodos na Eletrólise:
- Ânodo: Eletrodo positivo (+). Ocorre a oxidação (perda de elétrons). Atrai ânions.
- Cátodo: Eletrodo negativo (-). Ocorre a redução (ganho de elétrons). Atrai cátions.
- Eletrólise Aquosa de NaCl (Salmoura):
- Íons presentes: Na+(aq), Cl-(aq), H+(aq), OH-(aq) (da água).
- No Ânodo (+): Ânions (Cl-, OH-) e H2O são atraídos. Ocorre a oxidação de Cl- a Cl2 ( \( 2Cl^{-} \rightarrow Cl_{2} + 2e^{-} \) ), pois é mais fácil oxidar Cl- do que H2O em soluções concentradas (apesar do potencial padrão sugerir o contrário, devido ao sobrepotencial da água).
- No Cátodo (-): Cátions (Na+, H+) e H2O são atraídos. Ocorre a redução da H2O a H2 ( \( 2H_{2}O + 2e^{-} \rightarrow H_{2} + 2OH^{-} \) ), pois é mais fácil reduzir H2O do que Na+.
- Estequiometria Redox: As semirreações balanceadas indicam a proporção molar entre as substâncias e os elétrons transferidos.
