\mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{PbO}_{2(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{H}^{+}+\mathrm{HSO}_{4}^{-} \longrightarrow 2 \mathrm{PbSO}_{4(\mathrm{~s})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} 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 \mathrm{H}^{+}são reduzidos.
IV. Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.

Passo 1

O enunciado apresenta a reação
\mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{PbO}_{2(\mathrm{s})}+2\mathrm{H}^{+}+\mathrm{HSO}_{4}^{-}\longrightarrow 2\mathrm{PbSO}_{4(\mathrm{s})}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Você pede para analisar as quatro alternativas I, II, III e IV (dizer se são verdadeiras ou falsas).
Informações dadas que vamos usar:
  • Reagentes: \mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}, \mathrm{PbO}_{2(\mathrm{s})}, \mathrm{H}^{+} e \mathrm{HSO}_{4}^{-}.
  • Produtos: \mathrm{PbSO}_{4(\mathrm{s})} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
  • As quatro afirmações a decidir: I (chumbo metálico é agente redutor), II (onde estão cátodo/anodo), III (se \mathrm{H}^{+} é reduzido), IV (se um produto é sulfato de chumbo IV).

Passo 2

Antes de resolver, preciso te explicar os conceitos que vamos usar — prometo que é na moral, devagarinho.
Definições essenciais (explicadas):
  • Oxidação: é perda de elétrons. Uma espécie que sofre oxidação aumenta seu número de oxidação.
  • Redução: é ganho de elétrons. Uma espécie que sofre redução diminui seu número de oxidação.
  • Agente redutor: dona dos elétrons, isto é, a espécie que é oxidada (doa elétrons).
  • Agente oxidante: aceita elétrons, isto é, a espécie que é reduzida (recebe elétrons).
  • Anodo e catodo (em uma bateria):
    • Anodo: eletrodo onde ocorre oxidação.
    • Catodo: eletrodo onde ocorre redução.
Como determinar se algo foi oxidado/reduzido: atribuímos números de oxidação (NOX) aos elementos antes e depois e vemos quem mudou.

Passo 3

Vamos atribuir números de oxidação (NOX) aos elementos importantes na reação.
Regra prática: metais puros têm NOX 0. Oxigênio em compostos (salvo peróxidos) tem NOX -2. Hidrogênio ligado a não-metais tem NOX +1. No íon sulfato \mathrm{SO}_{4}^{2-}, a soma dos NOX é -2, cada oxigênio é -2 então enxofre fica com +6. Vou usar essas regras.
  • Para \mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}: \mathrm{Pb} elementar tem NOX 0.
  • Para \mathrm{PbO}_{2}: cada \mathrm{O} vale -2, dois oxigênios dão -4; para neutralidade, \mathrm{Pb} deve ser +4. Logo NOX de \mathrm{Pb} em \mathrm{PbO}_{2} é +4.
  • Em \mathrm{PbSO}_{4}: o ânion \mathrm{SO}_{4}^{2-} tem carga -2; logo \mathrm{Pb} deve ter NOX +2 para neutralizar e formar o sal neutro \mathrm{PbSO}_{4}. Assim NOX de \mathrm{Pb} em \mathrm{PbSO}_{4} é +2.
  • Para \mathrm{H}^{+}: NOX do hidrogênio é +1. Em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, o H tem NOX +1 (e O -2).

Passo 4

Agora vemos quais espécies mudaram de NOX (ou seja, quem foi oxidado e quem foi reduzido).
  • O chumbo metálico: começa NOX 0 ( \mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}) e termina NOX +2 (em \mathrm{PbSO}_{4}). Como o NOX aumentou ( 0\to+2), o chumbo foi oxidado — ou seja, perdeu elétrons. Portanto o chumbo metálico é o agente redutor (porque é quem doa elétrons).
  • O chumbo no \mathrm{PbO}_{2}: começa NOX +4 e termina NOX +2 (em \mathrm{PbSO}_{4}). Como o NOX diminuiu ( +4\to+2), esse chumbo foi reduzido — ou seja, ganhou elétrons. Logo \mathrm{PbO}_{2} atua como agente oxidante (aceita elétrons).
Isso responde diretamente a I: o chumbo metálico funciona como agente redutor — verdadeiro.

Passo 5

Ligando aos termos anodo/catodo:
  • No anodo ocorre oxidação. Vimos que \mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})} é oxidado. Logo o anodo é o eletrodo onde está o chumbo metálico.
  • No catodo ocorre redução. Vimos que \mathrm{Pb} em \mathrm{PbO}_{2} é reduzido. Logo \mathrm{PbO}_{2} atua como catodo.
Portanto a afirmação II (óxido de chumbo(IV) como cátodo e chumbo metal como ânodo) é verdadeira.

Passo 6

Agora sobre \mathrm{H}^{+}: a alternativa III diz que os íons \mathrm{H}^{+} são reduzidos.
Compare NOX do hidrogênio antes e depois:
  • Em \mathrm{H}^{+} o H tem NOX +1.
  • Em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} o H também tem NOX +1.
O NOX do H não muda, portanto o hidrogênio não é reduzido nem oxidado. O papel dos \mathrm{H}^{+} na reação é participar do balanceamento (combinar com oxigênios e elétrons na meia-reação do cátodo para formar água), mas eles próprios não mudam de NOX. Conclusão: III é falsa.

Passo 7

Verificando a alternativa IV: “Um dos produtos da reação é o sulfato de chumbo IV.”
  • O produto presente na equação é \mathrm{PbSO}_{4}. Nele o chumbo tem NOX +2 (isto é, é chumbo(II), não chumbo(IV)).
  • O sulfato de chumbo(IV) seria uma fórmula diferente (para \mathrm{Pb}^{4+} combinar com sulfato seria necessário outro arranjo de cargas), mas não aparece aqui. Portanto não é produzido sulfato de chumbo IV.
Conclusão: IV é falsa.

Passo 8

Para fixar a ideia, escrevo as meias-reações (forma clássica usada para baterias) — isso mostra claramente a transferência de elétrons.
Meia-reações (tomando o ânion sulfato \mathrm{SO}_{4}^{2-} como participante; na equação original o \mathrm{HSO}_{4}^{-} fornece o sulfato e prótons):
Anodo (oxidação do chumbo metálico):
\mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{SO}_{4}^{2-}\longrightarrow \mathrm{PbSO}_{4(\mathrm{s})}+2\mathrm{e}^{-}.
Catodo (redução do \mathrm{PbO}_{2}):
\mathrm{PbO}_{2(\mathrm{s})}+4\mathrm{H}^{+}+\mathrm{SO}_{4}^{2-}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{PbSO}_{4(\mathrm{s})}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Somando as duas meias-reações os elétrons se cancelam e obtemos a reação global dada. Nessas meias-reações fica claro que os elétrons saem do \mathrm{Pb} metálico (anodo) e entram no \mathrm{Pb} do \mathrm{PbO}_{2} (catodo).

Passo 9

Resumo final do raciocínio lógico aplicado às alternativas:
  • I: verdadeiro (Pb metálico é oxidado → é agente redutor).
  • II: verdadeiro (PbO2 é reduzido → catodo; Pb metálico é oxidado → anodo).
  • III: falso (H+ mantém NOX +1 → não é reduzido).
  • IV: falso (produto é \mathrm{PbSO}_{4}, chumbo(II), não sulfato de chumbo(IV)).

Resposta

I. Verdadeira
II. Verdadeira
III. Falsa
IV. Falsa

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