FCMSCSP 2020
Leia o texto para responder à questão.
O corante índigo é uma das substâncias mais antigas utilizadas para colorir tecidos de celulose, como as calças jeans. É uma molécula insolúvel em água, que precisa ser solubilizada para poder grudar no tecido e depois precipitada para não sair quando o tecido for lavado. Sua solubilização ocorre pela reação entre o índigo e uma mistura de hidróxido de sódio (NaOH) e ditionito de sódio (Na2S2O4), que forma o leucoíndigo, solúvel em água. A equação a seguir representa essa reação.
A indústria têxtil gera muitos efluentes contaminados com o leucoíndigo. Essa substância pode ser removida da solução resultante por eletrólise, recuperando o índigo insolúvel.
Um efluente foi eletrolisado durante 5 horas, 21 minutos e 40 segundos, utilizando-se uma corrente elétrica de intensidade 0,1 ampère.
Considerando a constante de Faraday igual a 96500 C/mol, a quantidade de matéria de índigo precipitada nesse intervalo de tempo e o eletrodo em que ocorre a reação são
0,01 mol e cátodo.
0,02 mol e ânodo.
0,02 mol e cátodo.
0,01 mol e ânodo.
0,04 mol e ânodo.
Resolução
1. Conversão do tempo para segundos
- 5 h = 5 × 3600 s = 18 000 s
- 21 min = 21 × 60 s = 1 260 s
- 40 s
Tempo total \(t = 18\,000 + 1\,260 + 40 = 19\,300\,\text{s}\).
2. Carga elétrica fornecida (Lei de Faraday)
\[Q = I\,t = 0{,}1\;\text{A}\times19\,300\,\text{s}=1\,930\,\text{C}.\]
3. Mol de elétrons
\[n_{e^-}=\frac{Q}{F}=\frac{1\,930}{96\,500}\,\text{mol}=0{,}020\,\text{mol}.\]
4. Estequiometria da reação de eletro-oxidação
leucoíndigo \(\longrightarrow\) índigo + 2e−
Para cada 2 mol e− formam-se 1 mol de índigo.
\[n_{\text{índigo}} = \frac{n_{e^-}}{2}=\frac{0{,}020}{2}=0{,}010\,\text{mol}.\]
5. Eletrodo em que ocorre a reação
Ocorre oxidação (perda de elétrons), que sempre se dá no ânodo de uma eletrólise.
Quantidade de índigo: 0,01 mol | Eletrodo: ânodo
Alternativa correta: D.
Dicas
Erros Comuns
- Lei de Faraday da eletrólise: a carga total passada \(Q\) é igual à corrente \(I\) multiplicada pelo tempo \(t\). A quantidade de matéria de elétrons é \(n = Q/F\).
- Estequiometria eletrônica: relaciona mol de elétrons às substâncias oxidadas ou reduzidas.
- Anodo vs. cátodo em eletrólise: oxidação (perda de e−) ocorre no ânodo; redução (ganho de e−), no cátodo.
