37 (UNIOESTE-PR) A pilha alcalina é uma melhoria da pilha comum, pois essa melhoria impede que ocorram reações químicas enquanto as pilhas estão sem uso. A reação que ocorre nas pilhas alcalinas pode ser descrita como sendo:
\mathrm{Zn}(\mathrm{~s})+2 \mathrm{MnO}_{2}(\mathrm{~s}) \rightarrow \mathrm{ZnO}(\mathrm{~s})+\mathrm{Mn}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{~s})
Com relação a esse assunto, é correto afirmar que
a) nesta reação estão envolvidos três elétrons.
b) a reação do Zn formando ZnO é uma reação anódica.
c) a reação do \mathrm{MnO}_{2} é uma reação de oxidação.
d) as pilhas são um conjunto de baterias.

Passo 1

O enunciado fornece a reação da pilha alcalina:
\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+2\,\mathrm{MnO}_{2}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{ZnO}(\mathrm{s})+\mathrm{Mn}_{2}\mathrm{O}_{3}(\mathrm{s}).
O que é pedido: dentre as alternativas a), b), c) e d) identificar qual é correta.
Informações relevantes dadas no enunciado:
  • Reagentes: \mathrm{Zn} (metal) e \mathrm{MnO}_{2}.
  • Produtos: \mathrm{ZnO} e \mathrm{Mn}_{2}\mathrm{O}_{3}.
  • As afirmações a analisar: número de elétrons envolvidos; se a reação do \mathrm{Zn} formando \mathrm{ZnO} é anódica; se a reação do \mathrm{MnO}_{2} é oxidação; e se “pilhas são um conjunto de baterias”.

Passo 2

Relembrando conceitos essenciais (explicação didática e simples):
  • Número de oxidação: é um número que indica a carga formal de um átomo numa molécula/composto, seguindo regras básicas: elemento no estado livre tem oxidação 0; oxigênio em compostos (quase sempre) tem oxidação -2; em um composto neutro, a soma dos números de oxidação dos átomos dá 0.
  • Oxidação e redução: oxidação é perda de elétrons (aumenta o número de oxidação), redução é ganho de elétrons (diminui o número de oxidação).
  • Em células eletroquímicas (pilhas): a oxidação ocorre no ânodo e a redução ocorre no cátodo.
  • Conservação de elétrons: o total de elétrons perdidos por espécies oxidantes deve igualar o total ganho pelas espécies redutoras.

Passo 3

Determinar a mudança do zinco:
  • Zinco metálico na forma elementar tem número de oxidação 0, então \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) tem oxidação 0.
  • Em \mathrm{ZnO}, sabendo que oxigênio é -2, para o composto neutro: número de oxidação do Zn + (-2) = 0. Logo o Zn em \mathrm{ZnO} tem oxidação +2.
  • Conclusão: \mathrm{Zn} passa de 0 para +2, ou seja, perde 2 elétrons. Reação do zinco é uma oxidação:
\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^{-}.

Passo 4

Determinar a mudança do manganês:
  • Em \mathrm{MnO}_{2}: cada oxigênio é -2, total de oxigênios -4, portanto o Mn deve ser +4 para o composto ser neutro. Logo Mn em \mathrm{MnO}_{2} é +4.
  • Em \mathrm{Mn}_{2}\mathrm{O}_{3}: três oxigênios totalizam -6; como o composto é neutro, a soma das oxidações dos dois Mn deve ser +6, logo cada Mn tem +3.
  • Conclusão: cada átomo de Mn passa de +4 para +3, isto é, cada Mn ganha 1 elétron (redução):
\mathrm{Mn}^{4+} + e^{-} \rightarrow \mathrm{Mn}^{3+}.
  • Como havia 2 moléculas de \mathrm{MnO}_{2} (dois átomos de Mn), o total de elétrons ganhos pelos Mn é 2\times 1 = 2 elétrons.

Passo 5

Analisando quantos elétrons estão envolvidos na reação global:
  • Zn perde 2 elétrons.
  • Os dois átomos de Mn juntos ganham 2 elétrons.
  • Portanto o número de elétrons envolvidos no balanço da reação é 2, não 3. A alternativa a) está errada.

Passo 6

Identificar se a reação do Zn formando \mathrm{ZnO} é anódica:
  • Vimos que o Zn é oxidado (perde elétrons).
  • Em uma pilha (célula galvânica), a oxidação ocorre no ânodo.
  • Logo a reação do Zn formando \mathrm{ZnO} é uma reação anódica. A alternativa b) está correta.

Passo 7

Verificar a alternativa c):
  • A afirmação c) diz que “a reação do \mathrm{MnO}_{2} é uma reação de oxidação”.
  • Mas determinamos que o Mn em \mathrm{MnO}_{2} foi reduzido ( +4 \to +3), ou seja, é redução, não oxidação.
  • Portanto a alternativa c) está errada.

Passo 8

Verificar a alternativa d) (terminologia “pilhas” e “baterias”):
  • Termo técnico: uma “pilha” é normalmente uma célula eletroquímica individual; uma “bateria” é um conjunto de pilhas (células) conectadas. A afirmação “as pilhas são um conjunto de baterias” inverte essa relação e está incorreta.
  • Portanto a alternativa d) está errada.

Passo 9

Conclusão final: entre as alternativas, apenas a b) é correta: o Zn é oxidado ao formar \mathrm{ZnO}, e essa oxidação ocorre no ânodo.

Resposta

(b)

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