Explique o que ocorre na reação entre o ferro e a solução de sulfato de cobre e escreva as reações envolvidas. Faça o mesmo para o sulfato de ferro II e o cobre e o nitrato de prata com o cobre?
Passo 1
O enunciado pede, para três pares de reagentes, que eu explique o que ocorre e escreva as reações envolvidas. Os três casos são:
- Reação entre
(ferro metálico) e solução de (sulfato de cobre). - Reação entre
(sulfato de ferro(II)) e (cobre metálico). - Reação entre
(nitrato de prata) e (cobre metálico).
Informações relevantes (implícitas no enunciado):
- As soluções aquosas de
, e contêm, respectivamente, íons , e livres em solução. - Metais em contato com soluções de sais de outros metais podem sofrer reações de deslocamento (redox) dependendo da reatividade relativa dos metais.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicados devagar, como num amigo ajudando na prova):
- O que é uma reação de deslocamento simples (substituição metálica)?
- É uma reação redox em que um metal
no estado elementar (oxidado em ) pode doar elétrons para reduzir íons em solução, formando metálico, enquanto passa a íon . - Em linguagem simples: “o metal mais reativo empurra o menos reativo para a solução”.
- Como decidir se a reação ocorre?
- Método prático 1: usar a série de reatividade (atividade) dos metais: se o metal em forma elementar está “acima” (mais reativo) do metal íon na série, o deslocamento costuma ocorrer.
- Método prático 2 (mais quantitativo): usar potenciais-padrão de redução
. Para duas meias-reações: - Meia-reação de redução do cátion:
com potencial . - Meia-reação de redução do outro metal:
com potencial . - A reação total escrita como celula voltaica tem potencial padrão
- Se
, a reação espontânea no sentido indicado ocorre (sob condições padrão). Se for negativo, não ocorre espontaneamente.
- Meia-reação de redução do cátion:
- O que é oxidação e redução?
- Oxidação: perda de elétrons. Ex.:
. - Redução: ganho de elétrons. Ex.:
. - Agente redutor: a espécie que é oxidada (doa elétrons). Agente oxidante: a espécie que é reduzida (aceita elétrons).
Passo 3
- Observação prática esperada:
- Solução de
é azul por causa de . - Ao mergulhar ferro metálico pode surgir depósito de cobre avermelhado/avermelhado e a cor azul pode desaparecer, ficando a solução esverdeada devido a
(formação de em solução).
- Escrevendo a reação molecular provável:
- Escrevendo a forma iônica (net ionic), retirando os íons espectadores (
é espectador aqui):
- Meias-reações (mostrando transferência de elétrons):
- Oxidação (ferro se oxida):
- Redução (íon cobre se reduz):
- Balanceamento em elétrons e soma:
- Ambas as meias-reações envolvem
, então somam-se diretamente e voltamos à equação iônica já mostrada.
- Verificação por potenciais-padrão (confirma o que vemos):
- Valores padrão (tabelados):
- Tomando o cátodo como a redução de
e o ânodo como a oxidação de ,
logo a reação é espontânea nas condições-padrão. Conclusão: ferro desloca
formando
e cobre metálico.
Passo 4
- O que se poderia pensar intuitivamente:
- Pergunta: o cobre metálico consegue deslocar o ferro em
? Ou seja, teremos oxidando para e sendo reduzido para ?
- Tentativa de escrever a reação molecular (hipotética):
Mas precisamos verificar se é espontânea.
- Meias-reações possíveis (para esse sentido):
- Oxidação (cobre se tornaria
):
- Redução (íon ferro(II) seria reduzido a ferro metálico):
- Potenciais-padrão e sinal:
- Valores:
- Se o cobre fosse oxidado e o ferro reduzido, o potencial da célula seria:
que é negativo. Portanto essa reação NÃO é espontânea nas condições-padrão.
- Conclusão prática:
- Não ocorre reação significativa entre
e cobre metálico. Observação experimental: nada acontece (não há dissolução do cobre, nem depósito de ferro). A solução de sulfato de ferro(II) permanece com , e o cobre permanece metálico.
Passo 5
- Observação prática esperada:
-
em solução é incolor (íons são praticamente incolores). Ao contato com cobre metálico, aparece um depósito metálico prateado-acinzentado de prata e a solução adquire coloração azul (de ).
- Reação molecular balanceada:
- Reação iônica líquida (retirando nitrato espectador
):
- Meias-reações:
- Oxidação (cobre):
- Redução (prata):
Balanceando elétrons (multiplicar a redução por 2) e somando dá a equação iônica mostrada.
- Verificação por potenciais:
- Valor tabulado:
- Combinando com
apenas como referência anterior, para cobre temos e . - Tomando a redução de
como cátodo e a oxidação de como ânodo,
o que indica espontaneidade. (Outra maneira é comparar reatividade: cobre é mais reativo que prata e desloca
.)
Passo 6
- Identifique os íons em solução (ex.:
contém ). - Pergunte: “o metal sólido pode reduzir esse cátion?” Use a série de reatividade ou compare
de redução. - Escreva as meias-reações de oxidação e redução, balanceie elétrons, some e escreva a equação iônica líquida e a molecular.
- Preveja observação experimental: troca de cor, depósito metálico, formação de solução colorida, ou ausência de mudança (sem reação).
Força aí — você consegue! Treine aplicando esses passos a outras combinações (ex.:
com
,
com
, etc.) para fixar.
Resposta
Sem reação (não ocorre deslocamento):