17 (MACKENZIE-SP) Considerando a pilha \mathrm{Zn}^{\circ} / \mathrm{Zn}^{2+} / / \mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}^{\circ} e sabendo que o zinco cede elétrons espontaneamente para íons \mathrm{Cu}^{2+}, é incorreto afirmar que:
a) o eletrodo de cobre é o cátodo.
b) o eletrodo de Zn é gasto.
c) a solução de \mathrm{CuSO}_{4} irá se concentrar.
d) o eletrodo de zinco é o ânodo.

Passo 1

O enunciado dá uma pilha escrita como \mathrm{Zn}^{\circ} / \mathrm{Zn}^{2+} \;//\; \mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}^{\circ} e informa que o zinco cede elétrons espontaneamente para os íons \mathrm{Cu}^{2+}. Precisa-se identificar qual das alternativas a seguir é incorreta:
a) o eletrodo de cobre é o cátodo.
b) o eletrodo de Zn é gasto.
c) a solução de \mathrm{CuSO}_{4} irá se concentrar.
d) o eletrodo de zinco é o ânodo.

Passo 2

Entender a notação da pilha e o que significa “cede elétrons espontaneamente”. Na escrita \mathrm{Zn}^{\circ} / \mathrm{Zn}^{2+} \;//\; \mathrm{Cu}^{2+} / \mathrm{Cu}^{\circ}:
  • O lado esquerdo (antes de //) descreve o eletrodo de zinco e sua solução; o lado direito (depois de //) descreve o eletrodo de cobre e sua solução.
  • // representa a ponte salina / separador que conecta as duas meias-células.
    Dizer que "o zinco cede elétrons espontaneamente para \mathrm{Cu}^{2+}" significa que o zinco é oxidado e os íons \mathrm{Cu}^{2+} são reduzidos.

Passo 3

Escrever as meias-reações (isso mostra o que de fato ocorre):
  • oxidação (no eletrodo de zinco):
\mathrm{Zn}_{(s)} \longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(aq)} + 2e^-
Aqui o metal zinco sólido perde elétrons e passa a íons \mathrm{Zn}^{2+} na solução.
  • redução (no eletrodo de cobre):
\mathrm{Cu}^{2+}_{(aq)} + 2e^- \longrightarrow \mathrm{Cu}_{(s)}
Aqui os íons cobre na solução ganham elétrons e se depositam como cobre metálico no eletrodo.

Passo 4

Juntar as meias-reações para ver a reação global:
\mathrm{Zn}_{(s)} + \mathrm{Cu}^{2+}_{(aq)} \longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(aq)} + \mathrm{Cu}_{(s)}
Dessa equação observa-se claramente que:
  • \mathrm{Zn} é oxidado (perde elétrons) → isso identifica o eletrodo de zinco como o ânodo (local da oxidação). Assim a alternativa (d) é correta.
  • \mathrm{Cu}^{2+} é reduzido (ganha elétrons) → isso identifica o eletrodo de cobre como o cátodo (local da redução). Assim a alternativa (a) é correta.

Passo 5

Explicar o que acontece com as concentrações das soluções:
  • No ânodo (zinco): o metal \mathrm{Zn}_{(s)} se transforma em \mathrm{Zn}^{2+}_{(aq)}, ou seja, íons \mathrm{Zn}^{2+} são gerados e a concentração da solução contendo \mathrm{Zn}^{2+} aumenta; por isso o eletrodo de zinco é “gasto” (perde massa) — a alternativa (b) é correta.
  • No cátodo (cobre): os íons \mathrm{Cu}^{2+}_{(aq)} são consumidos para formar cobre metálico sólido \mathrm{Cu}_{(s)}, ou seja, íons \mathrm{Cu}^{2+} saem da solução e se depositam no eletrodo. Logo a concentração da solução de \mathrm{CuSO}_{4} diminui com o tempo, não aumenta.

Passo 6

Concluir qual alternativa é incorreta:
  • (a) correta (cátodo = cobre).
  • (b) correta (Zn é consumido/no ânodo o metal é gasto).
  • (c) incorreta, porque a solução de \mathrm{CuSO}_{4} perde \mathrm{Cu}^{2+} por redução e, portanto, não se concentra — ela se dilui (a concentração de \mathrm{Cu}^{2+} diminui).
  • (d) correta (Zn é o ânodo).

Resposta

c)

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