Durante a descarga de uma bateria de chumbo, usada em automóveis, ocorre a seguinte reação global:
Analise as seguintes alternativas:
I. O chumbo metálico funciona como o agente redutor.
II. O óxido de chumbo (IV) funciona como catodo da bateria e o chumbo, como o anodo.
III. Os íons
são reduzidos.
IV. Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.
V. O estado de oxidação do enxofre no íon
é +6.
I. O chumbo metálico funciona como o agente redutor.
II. O óxido de chumbo (IV) funciona como catodo da bateria e o chumbo, como o anodo.
III. Os íons
IV. Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.
V. O estado de oxidação do enxofre no íon
Passo 1
O enunciado nos dá a reação global durante a descarga da bateria de chumbo:
e pede para analisar as alternativas I a V:
I. O chumbo metálico funciona como o agente redutor.
II. O óxido de chumbo (IV) funciona como cátodo da bateria e o chumbo, como ânodo.
III. Os íons são reduzidos.
IV. Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.
V. O estado de oxidação do enxofre no íon é
.
I. O chumbo metálico funciona como o agente redutor.
II. O óxido de chumbo (IV) funciona como cátodo da bateria e o chumbo, como ânodo.
III. Os íons
IV. Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.
V. O estado de oxidação do enxofre no íon
Passo 2
Vamos lembrar as regras básicas de número de oxidação (explicação didática curta e direta):
- Para um íon monoatômico, o número de oxidação é igual à carga do íon. Ex.:
tem oxidação . - Oxigênio em compostos (exceto peróxidos) tem praticamente sempre oxidação
. - A soma dos números de oxidação dos átomos em uma espécie neutra é
; em íons é a carga do íon. - Oxidação é perda de elétrons (aumenta o número de oxidação); redução é ganho de elétrons (diminui o número de oxidação).
Vou usar essas regras para calcular os estados de oxidação das espécies relevantes.
Passo 3
Calcular estados de oxidação dos átomos importantes:
-
Para o chumbo metálico
: por definição em elemento livre, número de oxidação é . Logo . -
Para
: seja o número de oxidação de Pb. Sabemos que cada oxigênio é , há dois oxigênios, a molécula é neutra, então
Portanto Pb em
está em
.
- Para
(produto): o ânion sulfato tem carga . No sulfato o oxigênio é cada um, total para quatro oxigênios; seja o número de oxidação do S em ,
Assim o grupo
tem S em
. Como
é neutro, o Pb deve ter carga
para compensar o
do sulfato. Logo Pb em
é
.
- Para
: seja o número de oxidação do enxofre. Temos um H em e quatro O em cada:
Logo o enxofre em
é
.
Passo 4
Com os números de oxidação, inspeção das mudanças de oxidação entre reagentes e produtos:
- Chumbo metálico:
nos reagentes -> passa para (dentro de ) nos produtos. Mudança: . Isso é aumento do número de oxidação → oxidação (perde elétrons). A meia-reação simplificada de oxidação é
Em presença de ânions sulfato isso corresponde efetivamente a
- Chumbo no
: Pb em nos reagentes -> Pb em no dos produtos. Mudança: . Isso é diminuição do número de oxidação → redução (ganha elétrons). A meia-reação de redução pode ser escrita (balanceando H+ e água conforme o meio ácido):
Em presença de
forma-se
.
Passo 5
Identificando agentes redutor e oxidante:
- Agente redutor é a espécie que é oxidada (perde elétrons). Aqui
vai de para (perde 2 elétrons). Portanto é o agente redutor. Isso confirma a alternativa I como verdadeira.
Passo 6
Identificando ânodo e cátodo (explicação de bateria, passo a passo):
- Em células eletroquímicas durante descarga (circuito externo conectado) a oxidação ocorre no ânodo e a redução no cátodo. Vimos que
é oxidado → ele é o ânodo. Vimos que é reduzido → ele é o cátodo. Portanto a alternativa II está correta.
Passo 7
Avaliar se
é reduzido:
- Compare estado de oxidação do hidrogênio: em
é . No produto o hidrogênio também tem oxidação . Como o número de oxidação do H não muda, o íon em si não é reduzido (não sofreu ganho de elétrons em termos de mudança de oxidação). Nas meia-reações, os elétrons vão para reduzir Pb em ; apenas participa formando água, sem alteração do seu estado de oxidação. Logo a alternativa III é falsa.
Passo 8
Sobre “sulfato de chumbo IV” como produto:
- O produto escrito é
. Como vimos, Pb em tem oxidação , não . Portanto não aparece sulfato de chumbo(IV) ( ) entre os produtos. A alternativa IV é falsa.
Passo 9
Confirmar o estado de oxidação do enxofre em
:
- Como calculado no Passo 3, pelo balanço de cargas em
obtemos . Portanto a alternativa V é verdadeira.
Passo 10
Recapitulando as conclusões (para você memorizar):
- I: verdadeira (Pb metálico é oxidado → agente redutor).
- II: verdadeira (PbO2 é reduzido → cátodo; Pb metálico é oxidado → ânodo).
- III: falsa (o número de oxidação do H permanece
; H+ não é reduzido). - IV: falsa (o Pb em
é , não ). - V: verdadeira (
em ).
Resposta
I: Verdadeira
II: Verdadeira
III: Falsa
IV: Falsa
V: Verdadeira
II: Verdadeira
III: Falsa
IV: Falsa
V: Verdadeira