15 (UNIFESP-SP) Um substituto mais leve, porém mais caro, da bateria de chumbo é a bateria de prata-zinco. Nesta, a reação global que ocorre, em meio alcalino, durante a descarga, é:
\mathrm{Ag}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{~s})+\mathrm{Zn}(\mathrm{~s})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\ell) \rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{~s})
O eletrólito é uma solução de KOH a 40% e o eletrodo de prata/óxido de prata está separado do zinco/hidróxido de zinco por uma folha de plástico permeável ao íon hidróxido. A melhor representação para a semi-reação que ocorre no ânodo é:
a) \mathrm{Ag}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Ag}+2 \mathrm{OH}^{-}.
b) \mathrm{Ag}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{OH}^{-}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Ag}+\mathrm{O}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}.
c) 2 \mathrm{Ag}+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{Ag}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{e}^{-}.
d) \mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}^{-}.
e) \mathrm{Zn}+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{e}^{-}.

Passo 1

O enunciado dá a reação global da descarga em meio alcalino:
\mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{s})+\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(\ell)\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{s})+2\,\mathrm{Ag}(\mathrm{s})
Outras informações dadas: eletrólito é solução de KOH a 40\% e os eletrodos estão separados por uma membrana permeável a \mathrm{OH}^{-}.\n
A pergunta pede: qual é a melhor representação para a semi-reação que ocorre no ânodo? As alternativas são:
a) \mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\,\mathrm{e}^{-}\rightarrow 2\,\mathrm{Ag}+2\,\mathrm{OH}^{-}.\n
b) \mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}+2\,\mathrm{OH}^{-}+2\,\mathrm{e}^{-}\rightarrow 2\,\mathrm{Ag}+\mathrm{O}_{2}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.\n
c) 2\,\mathrm{Ag}+2\,\mathrm{OH}^{-}\rightarrow \mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\,\mathrm{e}^{-}.\n
d) \mathrm{Zn}+2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{H}^{+}+2\,\mathrm{e}^{-}.\n
e) \mathrm{Zn}+2\,\mathrm{OH}^{-}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{e}^{-}.\n

Passo 2

Explicando a ideia-chave (passo-a-passo, sem pular): em uma célula durante a descarga existe sempre uma semi-reação de oxidação (perda de elétrons) e uma de redução (ganho de elétrons). A semi-reação que ocorre no ânodo é a de oxidação — ou seja, o responsável por liberar elétrons. Para identificar qual das alternativas é a do ânodo, preciso ver qual espécie no enunciado é oxidada quando partimos da reagente para os produtos da reação global.

Passo 3

Identificar a espécie oxidada olhando para a reação global: da esquerda para a direita aparece \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) nos reagentes e \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{s}) nos produtos. Isso indica que o zinco metálico foi transformado em um composto com zinco em estado de oxidação maior — ou seja, o zinco foi oxidado. Portanto a semi-reação de oxidação (ânodo) envolve o zinco, não a prata/óxido de prata.

Passo 4

Construir a semi-reação de oxidação do zinco em meio alcalino, balanceando átomos e cargas. Começo com o esqueleto:
\mathrm{Zn}\longrightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}.
Agora balanço oxigênios e hidrogênios: \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2} contém dois grupos \mathrm{OH}, então preciso de 2 íons \mathrm{OH}^{-} do lado dos reagentes para fornecer esses átomos:
\mathrm{Zn}+2\,\mathrm{OH}^{-}\longrightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}.
Verifico cargas: esquerda temos carga total -2 (de 2\,\mathrm{OH}^{-}), o produto é neutro. Para equalizar a carga devemos acrescentar 2\,\mathrm{e}^{-} no lado que precisa ficar mais negativo (aqui, no produto para igualar -2 do reagente), mas como estamos escrevendo uma oxidação (perda de elétrons), os elétrons aparecem no lado dos produtos. Assim a semi-reação completa é:
\mathrm{Zn}+2\,\mathrm{OH}^{-}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{e}^{-}.
Checagem final de átomos e cargas: Zinco: 1 cada lado; Oxigênio: 2 cada lado; Hidrogênio: 2 cada lado; cargas: esquerda -2, direita -2 (os 2\,\mathrm{e}^{-} fornecem a carga -2). Tudo balanceado. Isso corresponde exatamente à alternativa e).

Passo 5

Para reforçar a consistência: escrevendo a semi-reação de redução que aparece na alternativa a) (para a prata) temos
\mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\,\mathrm{e}^{-}\rightarrow 2\,\mathrm{Ag}+2\,\mathrm{OH}^{-}.
Se somarmos essa semi-reação de redução com a semi-reação de oxidação do zinco que encontramos, os 2\,\mathrm{e}^{-} se cancelam e os 2\,\mathrm{OH}^{-} também (aparecem em lados opostos), resultando justamente na reação global dada no enunciado:
\mathrm{Ag}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{Zn}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{Ag}.
Isso confirma que a semi-reação de oxidação do ânodo é a do zinco escrita em e).

Passo 6

Agora elimino rapidamente as alternativas incorretas explicando por que não servem para a semi-reação do ânodo:
  • a) é a semi-reação de redução da prata (ganho de elétrons), não de oxidação — portanto é do cátodo durante a descarga, não do ânodo.\n
  • b) está desequilibrada e introduz \mathrm{O}_2 sem razão; não corresponde à redução conhecida de \mathrm{Ag}_2\mathrm{O} em meio alcalino e, além disso, mostra uma redução mas a forma está errada.\n
  • c) é apenas a inversa da alternativa a) (ou seja, a oxidação de prata), mas a prata não é a espécie que é oxidada na reação global apresentada — o zinco é que é oxidado.\n
  • d) usa \mathrm{H}^{+}, o que não faz sentido em meio fortemente alcalino ( \mathrm{KOH} 40\%); reagentes/produtos com \mathrm{H}^{+} não são a representação correta para este meio.\n
  • e) é a expressão balanceada da oxidação do zinco em meio alcalino e é compatível com a reação global — portanto é a correta.

Passo 7

Resumo prático para decorar e usar na prova: quando a reação global mostrar \mathrm{Zn} indo para um hidróxido em meio alcalino, pense imediatamente que o zinco foi oxidado e que a semi-reação será
\mathrm{Zn}+2\,\mathrm{OH}^{-}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{e}^{-}.
Isso é simples de checar: balanceie átomos (OH vindo de \mathrm{OH}^{-}) e então ajuste elétrons para igualar cargas.

Resposta

e) \mathrm{Zn}+2\,\mathrm{OH}^{-}\rightarrow \mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2}+2\,\mathrm{e}^{-}

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