A produção industrial de gás cloro ( \mathrm{Cl}_{2} ) ocorre a partir da eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Sobre esse processo foram feitas algumas afirmações: (Valor da questão: 1,0 pontos)
I. o ânion cloreto é oxidado no anodo (pólo positivo) da cuba eletrolítica.
II. no catodo, o cátion sódio é reduzido, produzindo sódio metálico.
III. nesse processo, também são produzidos gás hidrogênio \left(\mathrm{H}_{2}\right) e solução aquosa de soda cáustica ( NaOH ).
As afirmativas corretas são:
(a) Apenas I.
(b) Apenas I e III.
(c) Apenas II e III.
(d) Apenas I e II.
(e) Todas.

Passo 1

O enunciado dá três afirmativas sobre a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio e pede que identifiquemos quais são corretas. As afirmativas são:
I. o ânion cloreto é oxidado no anodo (pólo positivo) da cuba eletrolítica.
II. no catodo, o cátion sódio é reduzido, produzindo sódio metálico.
III. nesse processo, também são produzidos gás hidrogênio \mathrm{H_{2}} e solução aquosa de soda cáustica \mathrm{NaOH}.
Lista das informações relevantes fornecidas pelo enunciado: a eletrólise ocorre em solução aquosa de \mathrm{NaCl} (salmoura), portanto há presentes \mathrm{Na^{+}}, \mathrm{Cl^{-}} e água \mathrm{H_{2}O}. O problema pede avaliar a veracidade de I, II e III.

Passo 2

Entender o que acontece na eletrólise: em qualquer célula eletrolítica temos dois eletrodos — o anodo (polo positivo) onde ocorre oxidação (perda de elétrons) e o catodo (polo negativo) onde ocorre redução (ganho de elétrons). Isso é uma regra básica: oxidação no anodo, redução no catodo. Não é necessário memorizar as reações específicas ainda, só o conceito: anodo = oxidação, catodo = redução.

Passo 3

Agora identificar as possíveis semi‑reações dadas as espécies presentes ( \mathrm{Cl^{-}}, \mathrm{Na^{+}}, \mathrm{H_{2}O}).
Possíveis oxidações no anodo (perda de elétrons):
\mathrm{2Cl^{-} \rightarrow Cl_{2}(g) + 2e^{-}}
ou, se não houver descarga de \mathrm{Cl^{-}}, poderia ocorrer oxidação da água:
\mathrm{2H_{2}O \rightarrow O_{2}(g) + 4H^{+} + 4e^{-}}
Em solução de salmoura concentrada, a oxidação do ânion cloreto para formar \mathrm{Cl_{2}} é a que normalmente ocorre (porque o cloreto é mais facilmente oxidável naquele ambiente), então a semi‑reação mostrada para \mathrm{Cl^{-}} é relevante. Com isso, a afirmativa I (“o ânion cloreto é oxidado no anodo”) está de acordo com a reação acima — portanto I é verdadeira.

Passo 4

Agora olhar para o catodo: as reduções possíveis são reduzir \mathrm{Na^{+}} a \mathrm{Na(s)} ou reduzir água a hidrogênio molecular. Escrevemos as duas semi‑reações de redução:
\mathrm{Na^{+} + e^{-} \rightarrow Na(s)}
\mathrm{2H_{2}O + 2e^{-} \rightarrow H_{2}(g) + 2OH^{-}}
Qual das duas acontece de fato depende de qual redução requer menor energia (tem potencial de redução menos negativo ou mais positivo). Em termos de potenciais-padrão, a redução de \mathrm{Na^{+}} para sódio metálico tem potencial padrão cerca de -2{,}71\\ \mathrm{V} enquanto a redução da água (formando \mathrm{H_{2}} e \mathrm{OH^{-}} em meio básico) tem potencial efetivo muito menos negativo (ordem de -0{,}83\\ \mathrm{V} em condições correspondentes). Como a redução da água requer muito menos energia (potencial menos negativo), ela é favorecida sobre a redução de \mathrm{Na^{+}}. Na prática, em eletrólise aquosa de salmoura não se forma \mathrm{Na(s)} no catodo — forma‑se \mathrm{H_{2}(g)}. Portanto a afirmativa II (“no catodo, o cátion sódio é reduzido, produzindo sódio metálico”) é falsa.

Passo 5

Com a oxidação de \mathrm{Cl^{-}} no anodo e a redução da água no catodo, os íons \mathrm{Na^{+}} permanecem em solução e os \mathrm{OH^{-}} gerados na redução formam \mathrm{NaOH} em solução. Vamos somar as semi‑reações relevantes para obter a reação global:
Oxidação (anodo):
\mathrm{2Cl^{-} \rightarrow Cl_{2}(g) + 2e^{-}}
Redução (catodo):
\mathrm{2H_{2}O + 2e^{-} \rightarrow H_{2}(g) + 2OH^{-}}
Somando-as (elétrons se cancelam) temos a reação global:
\mathrm{2Na^{+} + 2Cl^{-} + 2H_{2}O \rightarrow 2Na^{+} + 2OH^{-} + Cl_{2}(g) + H_{2}(g)}
Cancelando os \mathrm{Na^{+}} em ambos os lados como íons espectadores na forma escrita, obtemos a forma usual:
\mathrm{2NaCl + 2H_{2}O \rightarrow Cl_{2} + H_{2} + 2NaOH}
Isto mostra que, além de \mathrm{Cl_{2}}, formam‑se \mathrm{H_{2}} e \mathrm{NaOH}. Logo a afirmativa III é verdadeira.

Passo 6

Resumo das verdades das afirmativas conforme os argumentos anteriores: I é verdadeira; II é falsa; III é verdadeira. Portanto as afirmativas corretas são I e III.

Resposta

(b)

Exercícios relacionados