Na aula prática uma aluna adicionou zinco metálico (Zn) em tubo de ensaio. Logo em seguida, adicionou algumas gotas de ácido clorídrico concentrado
e observou o aparecimento de nova fase gasosa
, formando também cloreto de zinco
. Se forem utilizados 3,5 mols de zinco metálico, quantos mols de gás hidrogênio serão produzidos? Sabendo-se que o processo apresenta transferência de elétrons, apresente a notação da célula eletroquímica e as semirreações de oxirredução.
Passo 1
O enunciado fornece e pede o seguinte (tudo abaixo foi extraído do enunciado):
- Foi adicionada uma amostra de
metálico com quantidade igual a . - Em contato com ácido clorídrico concentrado
aparece gás hidrogênio e forma-se cloreto de zinco .
As perguntas do problema são:
- Quantos mols de
serão produzidos a partir de de ? - Apresentar a notação da célula eletroquímica correspondente ao processo.
- Apresentar as semirreações (meio-reações) de oxirredução envolvidas.
Passo 2
Escrever a equação química global e balanceá-la.
Primeiro escrevo a reação molecular provável entre e
:
Primeiro escrevo a reação molecular provável entre
Agora balanceio átomos de cloro e hidrogênio.
tem 2 átomos de Cl, então preciso de 2 moléculas de
. A equação balanceada fica:
Verificação rápida de átomos:
- Zn:
de cada lado. - Cl:
de cada lado. - H:
(à esquerda, vindo de HCl) e (à direita em ).
Tudo balanceado.
Passo 3
Determinar a estequiometria molar entre
e
.
Da equação balanceada observa-se a razão molar:
Da equação balanceada observa-se a razão molar:
Isto significa que cada mol de zinco consumido produz um mol de gás hidrogênio. Para
de
a quantidade de
será:
Portanto, numericamente são produzidos
de
.
Passo 4
Explicação didática sobre oxirredução neste processo (o porquê dos elétrons serem transferidos).
- Oxidação é perda de elétrons; redução é ganho de elétrons.
- Estado de oxidação do zinco metálico é
(átomo neutro). No produto (presente em ) o zinco tem estado . Portanto o zinco perde dois elétrons: ele é oxidado. - No ácido clorídrico, o hidrogênio está como
(estado ). Dois íons ganham dois elétrons para formar (estado ). Assim é reduzido.
Passo 5
Escrever as semirreações (meio-reações) com balanceamento de elétrons.
Oxidação (anodo):
Oxidação (anodo):
Redução (catodo):
Verificação: os elétrons perdidos na oxidação (
) são exatamente os mesmos recebidos na redução, então somando as duas semirreações obtém-se a equação global do Passo 2 (após cancelar os elétrons).
Passo 6
Forma iônica e papel dos íons cloreto.
- A equação iônica líquida (retirando íons espectadores
) é:
- Os íons
vindos do são íons espectadores que permanecem em solução combinando-se com para dar a espécie indicada pelo enunciado .
Passo 7
Notação da célula eletroquímica e interpretação (como escrever a célula e qual eletrodo é anodo/cátodo).
- Convenção de escrita: anodo (oxidação) à esquerda, cátodo (redução) à direita; cada limite de fase separado por uma barra simples
e a ponte salina pela barra dupla (ou ). - No eletrodo de hidrogênio gasoso costuma-se usar um eletrodo inerte de platina para permitir a transferência de elétrons entre o gás
e a solução contendo . - A notação da célula que descreve o processo que ocorre quando
(anodo) é oxidado e (catodo) é reduzido é, por exemplo:
- Interpretação rápida: no anodo (
) ocorre oxidação ( ); os elétrons fluem pelo condutor externo até o eletrodo de platina, onde participam da redução de formando . O fluxo de elétrons é do eletrodo de zinco para o eletrodo de hidrogênio.