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?
c) Qual é o eletrodo positivo?

Passo 1

Enunciado e o que é pedido. As duas semi-reações dadas são:
\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 enunciado faz três perguntas:
a) Indicar qual reação ocorre no ânodo e qual no cátodo.
b) Indicar qual eletrodo é consumido na reação da célula.
c) Indicar qual é o eletrodo positivo.

Passo 2

Entendendo oxidação e redução (a ideia básica). Conceitos essenciais:
  • Oxidação é a perda de elétrons. Quando uma espécie química perde elétrons ela aumenta seu estado de oxidação.
  • Redução é o ganho de elétrons. Quando uma espécie ganha elétrons ela diminui seu estado de oxidação.
  • Nas semi-reações, os elétrons aparecem à direita quando a reação é oxidação e à esquerda quando é redução.
Aplicando aos textos:
  • Na semi-reação \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})}+2\mathrm{e}^{-} os elétrons aparecem do lado direito; portanto a espécie \mathrm{Zn} perde elétrons — isto é oxidação.
  • Na semi-reação \mathrm{ClO}_{3}^{-}+6\mathrm{H}^{+}+6\mathrm{e}^{-}\rightarrow \mathrm{Cl}^{-}+3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} os elétrons aparecem do lado esquerdo; a espécie \mathrm{ClO}_{3}^{-} ganha elétrons — isto é redução.

Passo 3

Ligando oxidação/redução com ânodo/cátodo numa célula galvânica. Regras práticas (lembre-se delas para a prova):
  • Em uma célula galvânica (pilha) a oxidação ocorre no ânodo.
  • Em uma célula galvânica a redução ocorre no cátodo.
  • Os elétrons fluem pelo circuito externo do ânodo para o cátodo.
Aplicando: como vimos no Passo 2 a semi-reação de \mathrm{Zn} é oxidação, ela ocorre no ânodo; a semi-reação do \mathrm{ClO}_{3}^{-} é redução, ela ocorre no cátodo.

Passo 4

Qual eletrodo é consumido — explicação didática. Regra prática:
  • Se uma semi-reação envolve um metal sólido \mathrm{M}_{(\mathrm{s})} que é convertido em \mathrm{M}^{n+}_{(\mathrm{aq})} (ou seja, o metal entra na solução), o eletrodo metálico está sendo consumido (corroído/ dissolvido).
    No nosso caso:
  • A semi-reação do ânodo é \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})}+2\mathrm{e}^{-}. O zinco sólido passa a íons \mathrm{Zn}^{2+} na solução — portanto o eletrodo de zinco é consumido (diminui de massa).
  • A outra semi-reação não transforma um metal sólido em íons (envolve espécies aquosas) — tipicamente esse eletrodo é inerte (por exemplo, \mathrm{Pt}) ou é um eletrodo de contato, e não é ele o que se “consome”.

Passo 5

Qual é o eletrodo positivo — intuição e regra. Em linguagem simples:
  • Em uma célula galvânica o cátodo (redução) é o polo positivo; o ânodo (oxidação) é o polo negativo.
    Por quê, de forma curta e intuitiva:
  • Elétrons saem do ânodo e chegam ao cátodo; o cátodo atrai elétrons (redução) e, devido à diferença de potencial, tem potencial elétrico mais positivo em relação ao ânodo na configuração geradora de corrente.
    Aplicando ao problema: como a redução ocorre na semi-reação do \mathrm{ClO}_{3}^{-}, o eletrodo onde essa redução acontece é o cátodo e, portanto, é o eletrodo positivo.

Passo 6

Resumo de fluxo de elétrons e verificação mental (útil na prova). Fluxo real de elétrons: do eletrodo de \mathrm{Zn} (ânodo, negativo) através do fio para o eletrodo onde ocorre a redução de \mathrm{ClO}_{3}^{-} (cátodo, positivo). Convenção de corrente elétrica (positiva) é no sentido oposto aos elétrons. Respira — você conseguiu identificar tudo por inspeção das semi-reações!

Resposta

a) Ânodo: \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}_{(\mathrm{aq})}+2\mathrm{e}^{-}.
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})}.
b) O eletrodo de zinco, \mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}, é consumido.
c) O eletrodo positivo é o cátodo (onde ocorre a redução do \mathrm{ClO}_{3}^{-}).

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