Dadas as seguintes misturas de reagentes, estabeleça os produtos de cada uma das reações e classifique-as em: reações de neutralização, reação de oxidação-redução, reação com formação de gás e reação de precipitação. Justifique sua resposta.
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{CuSO}_{4(\mathrm{aq})} \rightarrow

Passo 1

O enunciado dá a mistura e pede que eu determine os produtos e classifique a reação entre: reação de neutralização, reação de oxidação-redução, reação com formação de gás e reação de precipitação. A mistura fornecida é:
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{CuSO}_{4(\mathrm{aq})} \rightarrow
Informações explícitas que temos:
  • Reagentes: \mathrm{Zn} no estado sólido e \mathrm{CuSO_4} em solução aquosa.
  • Pede-se: (1) escrever os produtos da reação; (2) classificar a reação em uma (ou mais) das categorias fornecidas; (3) justificar a classificação.

Passo 2

Prever os produtos: ideia geral e regra prática (como usar na prova).
  • Quando um metal elementar reage com uma solução aquosa que contém um cátion metálico, pode ocorrer uma reação de deslocamento simples (substituição): o metal mais reativo pode doar elétrons ao cátion e aparecer como íon na solução, enquanto o cátion menos reativo é reduzido a metal elementar.
  • Para aplicar isso na prova, compare a reatividade (ou série de atividade) dos metais: se o metal que está como sólido for mais reativo que o metal presente como cátion, ele desloca esse cátion. Aqui comparamos \mathrm{Zn} e \mathrm{Cu}: \mathrm{Zn} é mais reativo que \mathrm{Cu}, então esperamos que \mathrm{Zn} passe a íon e \mathrm{Cu}^{2+} seja reduzido a \mathrm{Cu} metálico.
  • Portanto os produtos esperados são o sal com o cátion \mathrm{Zn}^{2+} (formando \mathrm{ZnSO_4} em solução) e cobre metálico sólido \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}.
Escrevendo a equação molecular balanceada:
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{CuSO}_{4(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{ZnSO}_{4(\mathrm{aq})} + \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}

Passo 3

Equação iônica e identificação de espécies espectadoras.
  • Em solução aquosa, \mathrm{CuSO_4} é iônico e se dissocia em \mathrm{Cu}^{2+} e \mathrm{SO_4^{2-}}. \mathrm{ZnSO_4} também é solúvel e aparece como \mathrm{Zn^{2+}} e \mathrm{SO_4^{2-}}.
  • Escrevendo a equação iônica completa (separando íons solúveis):
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{Cu}^{2+}_{(\mathrm{aq})} + \mathrm{SO_4^{2-}}_{(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})} + \mathrm{SO_4^{2-}}_{(\mathrm{aq})} + \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}
  • O íon \mathrm{SO_4^{2-}} aparece dos dois lados sem alteração: é espectador. Cancelando-o, obtemos a equação iônica líquida (net ionic):
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{Cu}^{2+}_{(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})} + \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}

Passo 4

Análise como reação de oxidação-redução (passo a passo didático).
  • Para identificar redox, faça estas etapas simples na prova:
    1. Atribua números de oxidação aos elementos antes e depois.
    2. Veja quem perde elétrons (oxida) e quem ganha elétrons (reduz).
    3. Escreva as semi-reações de oxidação e redução e balanceie elétrons.
  • Aplicando aqui:
    • Estado inicial: \mathrm{Zn} (metal elementar) tem número de oxidação 0; \mathrm{Cu} no \mathrm{CuSO_4} é \mathrm{Cu}^{2+}, número de oxidação +2.
    • Após a reação: \mathrm{Zn} vira \mathrm{Zn}^{2+} (n.o. +2); \mathrm{Cu}^{2+} vira \mathrm{Cu} (n.o. 0).
  • Semi-reações:
    • Oxidação (perda de elétrons): \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})} + 2\,\mathrm{e}^-
    • Redução (ganho de elétrons): \mathrm{Cu}^{2+}_{(\mathrm{aq})} + 2\,\mathrm{e}^- \rightarrow \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}
    • Somando as semi-reações (elétrons se cancelam) obtém-se a equação iônica líquida acima. Assim há transferência de elétrons: é claramente uma reação de oxidação-redução.

Passo 5

Verificação das demais classificações pedidas (neutralização, formação de gás, precipitação).
  • Neutralização: envolve ácido + base formando sal + água, com participação explícita de \mathrm{H^+} e \mathrm{OH^-}. Aqui não há \mathrm{H^+} nem base: portanto NÃO é reação de neutralização.
  • Formação de gás: não há nenhum reagente que forme um gás (como \mathrm{H_2}, \mathrm{CO_2}, \mathrm{SO_2}, etc.) nesta transformação; o produto sólido é \mathrm{Cu} metálico, não um gás. Portanto NÃO é reação com formação de gás.
  • Precipitação: normalmente significa formação de um sal insolúvel a partir de íons em solução. Precisamos checar a solubilidade de \mathrm{ZnSO_4}. Regra prática: a maioria dos sulfatos é solúvel (exceções notáveis são \mathrm{BaSO_4}, \mathrm{PbSO_4}, \mathrm{CaSO_4} parcialmente). \mathrm{ZnSO_4} é solúvel em água, logo o sal formado permanece em solução como \mathrm{Zn^{2+}} e \mathrm{SO_4^{2-}}. O cobre metálico que aparece é um depósito do metal por redução, mas isso não se classifica como “reação de precipitação” no sentido de formação de um sal insolúvel por dupla troca. Portanto NÃO classificar como reação de precipitação.
  • Conclusão: a classificação correta é reação de oxidação-redução (reação de deslocamento simples), e não as outras três.

Passo 6

Justificativa final curta e como aplicar isso rapidamente numa prova
  • Porque \mathrm{Zn} é mais reativo que \mathrm{Cu}, \mathrm{Zn} oxida-se a \mathrm{Zn^{2+}} e reduz \mathrm{Cu^{2+}} a \mathrm{Cu}: transferência de elétrons típica de redox.
  • Dica rápida para prova: ao ver Metal A + Sal de Metal B (solução), verifique série de atividade. Se A mais reativo, escreve A^{n+} no lugar de A e metal B como sólido; depois faça net ionic e verifique solubilidade/spectators.

Resposta

\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{CuSO}_{4(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{ZnSO}_{4(\mathrm{aq})} + \mathrm{Cu}_{(\mathrm{s})}
Classificação: reação de oxidação-redução (deslocamento simples).

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