Q. 5 (2.00) - Um dos métodos de obtenção do alumínio metálico é a eletrólise ígnea do cloreto de alumínio. Nesse processo, com a fusão do sal, os íons:
a) ( ) \mathrm{Cl}^{-}ganham elétrons e liberam-se como gás cloro.
b) ( ) \mathrm{Al}^{3+} ganham elétrons e transformam-se em \mathrm{Al}^{\circ}.
c) ( ) \mathrm{Al}^{3+} são atraídos para o ânodo e nele perdem prótons.
d) ( ) \mathrm{Cl}^{-}ganham prótons e liberam-se como gás cloro.
e) ( ) \mathrm{Cl}^{-}são atraídos para o cátodo e nele ganham elétrons.

Passo 1

O enunciado trata da eletrólise ígnea do cloreto de alumínio fundido e pede que você escolha, entre as alternativas (a) a (e), qual afirmação sobre o comportamento dos íons está correta. Informações relevantes fornecidas no enunciado:
  • O sal eletrolisado é o cloreto de alumínio em fusão, ou seja, há íons livres no líquido.
  • As espécies iônicas presentes (retiradas do enunciado): \mathrm{Al}^{3+} e \mathrm{Cl}^{-}.
  • As alternativas (transcritas do enunciado) são:
    a) \mathrm{Cl}^{-} ganham elétrons e liberam-se como gás cloro.
    b) \mathrm{Al}^{3+} ganham elétrons e transformam-se em \mathrm{Al}^{\circ}.
    c) \mathrm{Al}^{3+} são atraídos para o ânodo e nele perdem prótons.
    d) \mathrm{Cl}^{-} ganham prótons e liberam-se como gás cloro.
    e) \mathrm{Cl}^{-} são atraídos para o cátodo e nele ganham elétrons.

Passo 2

Entendendo o que acontece numa eletrólise (aula básica e divertida). Em qualquer eletrólise:
  • Há dois eletrodos: ânodo e cátodo.
  • No cátodo ocorre redução (ganho de elétrons). Redução = “ganhar elétrons”.
  • No ânodo ocorre oxidação (perda de elétrons). Oxidação = “perder elétrons”.
  • Cátions (íons positivos) são atraídos para o cátodo (porque o cátodo está carregado negativamente pelo gerador).
  • Ânions (íons negativos) são atraídos para o ânodo (porque o ânodo está carregado positivamente).
    Isso é suficiente para decidir para onde cada íon vai e que tipo de reação sofre (redução ou oxidação).

Passo 3

Identificando os íons e o que eles precisam para ficarem neutros. No cloreto de alumínio fundido temos:
  • \mathrm{Al}^{3+}: é um cátion com carga +3. Para ficar neutro (formar alumínio metálico) precisa receber 3 elétrons. Em linguagem de meia-vida: precisa de três cargas negativas extras.
  • \mathrm{Cl}^{-}: é um ânion com carga -1. Para tornar-se gás cloro ( \mathrm{Cl_2}) a forma elementar, um íon \mathrm{Cl}^{-} perde elétrons (é oxidado) e dois átomos de cloro se combinam para formar \mathrm{Cl_2}.

Passo 4

Escrevendo as meias-reações (essas são as receitas químicas do que acontece nos eletrodos). No cátodo (redução) para o alumínio:
\mathrm{Al}^{3+} + 3\,\mathrm{e}^- \longrightarrow \mathrm{Al}
Explique: \mathrm{Al}^{3+} precisa de 3 elétrons ( 3\,\mathrm{e}^-) para se tornar o átomo metálico \mathrm{Al}. O coeficiente 3 é obrigatório para balancear a carga.
No ânodo (oxidação) para o cloro:
2\,\mathrm{Cl}^- \longrightarrow \mathrm{Cl}_2 + 2\,\mathrm{e}^-
Explique: dois íons \mathrm{Cl}^- entregam, no total, 2 elétrons e se combinam formando uma molécula de gás \mathrm{Cl}_2. O 2 na frente do \mathrm{Cl}^- e do \mathrm{e}^- serve para balancear número de átomos e cargas.

Passo 5

Interpretando as meias-reações em termos das alternativas:
  • A parte “ganhar elétrons” corresponde a redução (isso ocorre no cátodo). A parte “perder elétrons” corresponde a oxidação (isso ocorre no ânodo).
  • Pela meia-reação do cátodo, \mathrm{Al}^{3+} efetivamente ganha elétrons e vira alumínio metálico \mathrm{Al}.
  • Pela meia-reação do ânodo, \mathrm{Cl}^{-} perde elétrons (é oxidado) e forma \mathrm{Cl}_2 (gás cloro).

Passo 6

Analisando cada alternativa com o que aprendemos:
  • a) Diz que \mathrm{Cl}^{-} ganham elétrons e liberam-se como gás cloro. Isso é contraditório: ganhar elétrons é redução, mas a formação de \mathrm{Cl}_2 a partir de \mathrm{Cl}^- é uma oxidação (perda de elétrons). Logo a) está errada.
  • b) Diz que \mathrm{Al}^{3+} ganham elétrons e transformam-se em \mathrm{Al}^{\circ}. Isso coincide exatamente com a meia-reação de cátodo \mathrm{Al}^{3+} + 3\mathrm{e}^- \to \mathrm{Al}. A frase descreve corretamente a redução do íon alumínio à forma metálica.
  • c) Diz que \mathrm{Al}^{3+} são atraídos para o ânodo e nele perdem prótons. Está errado por dois motivos: cátions vão para o cátodo (não para o ânodo) e o que ocorre é transferência de elétrons, não “perda de prótons” (prótons não são perdidos aqui).
  • d) Diz que \mathrm{Cl}^{-} ganham prótons e liberam-se como gás cloro. Também sem sentido: ganhar prótons formaria HCl em presença de prótons, e isso não descreve a eletrólise ígnea de \mathrm{AlCl_3}. A formação de \mathrm{Cl}_2 envolve perda de elétrons, não ganho de prótons.
  • e) Diz que \mathrm{Cl}^{-} são atraídos para o cátodo e nele ganham elétrons. Errado: \mathrm{Cl}^{-} são ânions, logo vão para o ânodo e, como vimos, são oxidáveis (perdem elétrons) para formar \mathrm{Cl}_2; não são reduzidos no cátodo.

Passo 7

Resumo didático e incentivo: a única descrição consistente com as meias-reações e com a lógica carga → eletrodo é aquela que diz que \mathrm{Al}^{3+} recebe elétrons para virar alumínio metálico. Isso é exatamente o que ocorre na eletrólise ígnea de \mathrm{AlCl_3}. Mandou bem em vir até aqui — você já entende como escolher em provas: identifique os íons, lembre-se “cátion → cátodo (redução)”, “ânion → ânodo (oxidação)”, escreva as meias-reações e verifique coerência.

Resposta

(b)

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