As duas semi-reações em uma célula galvânica são:
\begin{gathered} \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-} \\\ \mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}+6 \mathrm{H}_{(\mathrm{aq})}^{+}+6 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{(\mathrm{aq})}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \end{gathered}
a) Indique qual reação ocorre no ânodo e qual ocorre no cátodo.
b) Qual eletrodo é consumido na reação da célula?

Passo 1

O enunciado fornece duas semi-reações (vou reproduzi-las exatamente como você deu, peguei essas equações do enunciado):
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-}
\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}+6 \mathrm{H}_{(\mathrm{aq})}^{+}+6 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{(\mathrm{aq})}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})}
O que o exercício pede:
a) Indicar qual reação ocorre no ânodo e qual no cátodo.
b) Dizer qual eletrodo é consumido na reação da célula.

Passo 2

Primeiro, vamos entender os conceitos básicos (explicação passo a passo, sem pular etapas).
  • Oxidação e redução:
    • Oxidação é a perda de elétrons. Quando uma espécie química perde elétrons, dizemos que ela foi oxidada.
    • Redução é o ganho de elétrons. Quando uma espécie química ganha elétrons, ela foi reduzida.
    • Um jeito prático de lembrar: “OIL RIG” — Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain (Oxidação é perda, redução é ganho).
  • Anodo e cátodo numa célula galvânica (pilha):
    • O ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação.
    • O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução.
    • Em uma célula galvânica (que produz corrente espontânea), os elétrons fluem do ânodo para o cátodo pelo circuito externo.
    • Em geral, se um eletrodo metálico sólido transforma-se em íons na solução ( \text{metal}_{(s)} \rightarrow \text{metal}^{n+}_{(aq)} + n\mathrm{e}^-), esse eletrodo metálico está sendo consumido (sua massa diminui).

Passo 3

Agora, olhamos as semi-reações e identificamos onde estão os elétrons:
Reação 1 (peguei do enunciado):
\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-}
  • Os elétrons aparecem como produtos (à direita). Isso significa que essa meia-reação é uma oxidação (perda de elétrons).
Reação 2 (peguei do enunciado):
\mathrm{ClO}_{3}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}+6 \mathrm{H}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}+6 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})}
  • Os elétrons aparecem como reagentes (à esquerda). Isso significa que essa meia-reação é uma redução (ganho de elétrons).

Passo 4

Para combinar meia-reações corretamente, os elétrons liberados na oxidação devem ser consumidos pela redução. Aqui a primeira dá 2 elétrons por átomo de Zn oxidado, e a segunda necessita de 6 elétrons. Então igualamos multiplicando a reação de zinco por 3:
Multiplicando a primeira por 3:
3\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow 3\mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})}+6\mathrm{e}^{-}
Agora as duas têm 6\mathrm{e}^- e podemos somá-las (os elétrons se cancelam).

Passo 5

Somando as duas meia-reações (e cancelando 6\mathrm{e}^-):
3\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} + \mathrm{ClO}_{3}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}+6\mathrm{H}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})} \rightarrow 3\mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})} + \mathrm{Cl}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})} + 3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm{l})}
Observações que respondem às perguntas:
  • A meia-reação do zinco é oxidação (elétrons à direita), logo ela ocorre no ânodo.
  • A meia-reação do clorato/ \mathrm{H}^+ é redução (elétrons à esquerda), logo ela ocorre no cátodo.
  • O eletrodo de zinco é um metal sólido que se transforma em \mathrm{Zn}^{2+} em solução; isso significa que o eletrodo de zinco é consumido (sua massa diminui) conforme a reação prossegue. O outro eletrodo (onde ocorre redução do \mathrm{ClO}_3^-) normalmente é inerte (por exemplo, grafite) e não é consumido pela química mostrada.

Passo 6

Resumo prático para a prova (decoração útil):
  • Se na meia-reação os elétrons estão nos produtos → oxidação → ânodo → eletrodo pode ser consumido se for metal sólido que vira íon.
  • Se os elétrons estão nos reagentes → redução → cátodo → geralmente não consome o eletrodo se ele for inerte.
Força aí — você já tem a lógica completa para responder e justificar na prova!

Resposta

a) ânodo: \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}{ }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-} \n
cátodo: \mathrm{ClO}_{3}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}+6 \mathrm{H}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}+6 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}+3 \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm{l})}\n
b) O eletrodo de zinco ( \mathrm{Zn}_{(s)}) é consumido.

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