Para obter potássio e cloro a partir de KCl sólido, deve-se fazer uma eletrólise com eletrodos inertes. Assinale a alternativa incorreta.
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de KCl.
b) O ânion cloreto será oxidado no anodo.
c) O cátion \mathrm{K}+ será reduzido no catodo.
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.

Passo 1

O enunciado diz que queremos obter potássio e cloro a partir de \mathrm{KCl} sólido por eletrólise com eletrodos inertes e pede para assinalar a alternativa incorreta entre as opções:
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de \mathrm{KCl}.
b) O ânion cloreto será oxidado no ânodo.
c) O cátion \mathrm{K^+} será reduzido no cátodo.
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.
As informações relevantes dadas pelo enunciado: a substância inicial é \mathrm{KCl} no estado sólido; a operação é eletrólise com eletrodos inertes; o objetivo é obter os elementos químicos potássio e cloro. A tarefa é identificar qual das quatro afirmações é incorreta.

Passo 2

Comentário sobre o que é eletrólise e por que um sólido iônico não conduz corrente elétrica. Eletrólise é um processo em que aplicamos uma diferença de potencial entre dois eletrodos imersos num meio iônico para forçar reações de oxidação e redução não espontâneas. Para que exista corrente elétrica no meio é preciso que existam íons livres que possam se deslocar. Em um cristal iônico sólido como \mathrm{KCl_{(s)}} os íons estão presos na rede cristalina e não se movem, então o sólido não conduz eletricidade. Por isso, para fazer eletrólise de \mathrm{KCl} é necessário que os íons fiquem móveis: isso ocorre se derretermos o sal (estado fundido, \mathrm{KCl_{(l)}}) ou se o dissolvermos em água (solução aquosa). Portanto a afirmação (a) diz que é preciso fundir a amostra — isso é correto caso a eletrólise de interesse seja para obter os elementos puros, porque em solução aquosa o resultado muda (vou explicar isso a seguir).

Passo 3

Explicação das meias-reações esperadas no eletrólito fundido e escrita das semirreações. Num banho de \mathrm{KCl} fundido os únicos portadores de carga são \mathrm{K^+} e \mathrm{Cl^-}. Nos eletrodos ocorrem as seguintes reações:
No cátodo (redução): redução do cátion potássio
\mathrm{K^+ + e^- \to K}
No ânodo (oxidação): oxidação do ânion cloreto
\mathrm{2Cl^- \to Cl_2 + 2e^-}
Essas são as meias-reações que geram potássio metálico no cátodo e gás cloro no ânodo quando a eletrólise é feita em \mathrm{KCl_{(l)}}. Note que cada passo envolve transferência de elétrons (o símbolo e^- representa elétrons).

Passo 4

Obtenção da reação global balanceada somando as meias-reações. Somando as duas equações acima (multiplicando a redução por 2 para cancelar elétrons) obtemos a reação global:
\mathrm{2K^+ + 2Cl^- \to 2K + Cl_2}
No estado fundido isso corresponde, escrevendo o estado da matéria:
\mathrm{2KCl_{(l)} \to 2K_{(l)} + Cl_{2(g)}}
Isto confirma que em \mathrm{KCl} fundido obtemos potássio metálico e cloro gasoso — portanto as afirmações (a), (b) e (c) estão consistentes com esse cenário.

Passo 5

Por que não usar solução aquosa se quisermos metal potássio? Explicação com potenciais padrão. Se a eletrólise fosse feita em solução aquosa de \mathrm{KCl}, o que acontece na prática é que existem duas espécies passíveis de serem reduzidas no cátodo: \mathrm{K^+} e a água. A escolha real depende dos potenciais de redução padrão; para comparação, alguns valores padrão são (valores de eletrodo padrão, SHE):
\begin{aligned} \mathrm{K^+ + e^- \to K} &\quad E^\circ \approx -2{,}93\\ \mathrm{V}\\[4pt] \mathrm{2H_2O + 2e^- \to H_2 + 2OH^-} &\quad E^\circ \approx -0{,}83\\ \mathrm{V} \end{aligned}
Como a redução da água tem potencial muito menos negativo, a água é reduzida preferencialmente, formando \mathrm{H_2}, em vez de formar \mathrm{K}. Assim, em solução aquosa você obtém gás hidrogênio no cátodo (e possivelmente oxigênio ou cloro no ânodo, dependendo de concentrações e sobretensões), mas não potássio metálico. Por isso, para obter o metal K é necessário o banho fundido (confirmando a ideia da opção (a)).]

Passo 6

Por que a opção (b) está correta — entendimento da oxidação do cloreto. A oxidação é perda de elétrons, e o ânion \mathrm{Cl^-} perde elétrons formando \mathrm{Cl_2} gasoso segundo:
\mathrm{2Cl^- \to Cl_2 + 2e^-}
Isto é uma oxidação ocorrendo no ânodo (o ânodo é o polo onde ocorre oxidação). Portanto (b) é verdadeira.

Passo 7

Por que a opção (c) está correta — entendimento da redução do cátion. Redução é ganho de elétrons; o cátion \mathrm{K^+} ganha elétron(s) no cátodo formando o metal:
\mathrm{K^+ + e^- \to K}
Isto ocorre no cátodo, logo (c) é verdadeira no contexto do banho fundido.

Passo 8

Porque a opção (d) é incorreta — armazenamento do potássio obtido. O potássio metálico é extremamente reativo com água e também reage com o oxigênio e umidade do ar. Se colocarmos \mathrm{K} em água ocorre reação violenta e exotérmica:
\mathrm{2K + 2H_2O \to 2KOH + H_2}
o que gera hidróxido de potássio e gás hidrogênio, podendo inflamar o hidrogênio. Portanto NÃO se deve recolher ou guardar potássio em recipiente contendo água. Pelo contrário, metais alcalinos como o potássio são normalmente guardados submersos em óleo mineral ou querosene, num ambiente seco e inerte, para evitar contato com ar e água. Logo a alternativa (d) está errada.

Passo 9

Resumo final do raciocínio: em eletrólise de \mathrm{KCl_{(l)}} obtém-se \mathrm{K} no cátodo e \mathrm{Cl_2} no ânodo; para obter esse metal é necessário o sal fundido (não solução aquosa); e o potássio metálico não pode ser recolhido em água — isso causaria reação violenta. Assim a alternativa incorreta é (d).

Resposta

(d)

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