Questão 10- Considere a eletrólise das seguintes substâncias, feita com eletrodos inertes, em solução aquosa:
I. Brometo de cálcio,
II. Nitrato de prata,
Para cada caso, determine:
a) os cátions presentes na solução e qual deles se descarrega primeiro;
b) os ânions presentes na solução e qual deles se descarrega primeiro;
c) a dissociação (ou ionização) dos compostos (balanceada);
d) a ionização da água (balanceada);
e) a reação anódica (balanceada);
f) a reação catódica (balanceada);
g) a reação global do processo, corretamente balanceada;
h) o nome da substância que permanece na cuba.
I. Brometo de cálcio,
II. Nitrato de prata,
a) os cátions presentes na solução e qual deles se descarrega primeiro;
b) os ânions presentes na solução e qual deles se descarrega primeiro;
c) a dissociação (ou ionização) dos compostos (balanceada);
d) a ionização da água (balanceada);
e) a reação anódica (balanceada);
f) a reação catódica (balanceada);
g) a reação global do processo, corretamente balanceada;
h) o nome da substância que permanece na cuba.
Passo 1
O enunciado pede, para cada uma das duas soluções aquosas dadas (I.
e II.
), que eu determine:
a) os cátions presentes e qual se descarrega primeiro;
b) os ânions presentes e qual se descarrega primeiro;
c) a dissociação (ou ionização) do composto, balanceada;
d) a ionização da água, balanceada;
e) a reação anódica (balanceada);
f) a reação catódica (balanceada);
g) a reação global do processo, corretamente balanceada;
h) o nome da substância que permanece na cuba (após a eletrólise).
a) os cátions presentes e qual se descarrega primeiro;
b) os ânions presentes e qual se descarrega primeiro;
c) a dissociação (ou ionização) do composto, balanceada;
d) a ionização da água, balanceada;
e) a reação anódica (balanceada);
f) a reação catódica (balanceada);
g) a reação global do processo, corretamente balanceada;
h) o nome da substância que permanece na cuba (após a eletrólise).
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- As soluções são aquosas e usam eletrodos inertes (ou seja, os eletrodos não participam quimicamente, apenas conduzem elétrons).
- Os compostos são
e . - Preciso apresentar reações balanceadas e indicar claramente os íons que atuam ou permanecem.
Passo 2
Princípios gerais e como decidir o que se desfaz (explicação didática):
- Numa eletrólise com eletrodos inertes, na região do cátodo (polo negativo) ocorre redução (ganho de elétrons); na região do ânodo (polo positivo) ocorre oxidação (perda de elétrons).
- Em solução aquosa, tanto os íons do sal quanto a água podem sofrer eletrodeposição/oxidação. Para saber qual se descarrega preferencialmente, comparamos as tendências de redução (potenciais padrão). De modo prático: o íon com potencial de redução mais positivo (mais fácil de reduzir) tende a ser reduzido no cátodo; para o ânodo, entre oxidar o ânion ou oxidar a água, vence a reação com menor potencial de oxidação “absoluto” (isto é, a menos custosa energeticamente).
- Íons que não se descarregam tornam‑se “espectadores” e podem formar novas espécies com os produtos da água (por exemplo, formar hidróxidos ou ácidos).
- Para balancear meias‑reações, igualamos elétrons perdidos e ganhos e adicionamos água,
ou conforme o meio (aqui é aquoso, então uso as formas usuais: redução de água em meio neutro/ básico e oxidação de água em meio neutro/ácido conforme conveniência).
Passo 3
Dados úteis de potenciais padrão (valores típicos que usamos para comparar — não precisa decorar com muita precisão, basta saber a ordem):
- Potencial de redução padrão para
: . - Potencial de redução padrão para
: (muito negativo → difícil reduzir). - Potencial de redução para
: . - Potencial de redução para
: .
Interpretação prática: - No cátodo:
(com ) é muito mais fácil de reduzir que (com ); para cátodos em água também há a possibilidade de reduzir água gerando . Com pares comparáveis, escolhe‑se a reação de menor energia de redução. - No ânodo: entre oxidar
e oxidar água para , a oxidação de é mais fácil (porque a redução inversa tem potencial menor que ). Nitrato é muito difícil de oxidar (praticamente não se oxida sob condições normais), então a água é oxidada formando .
Agora aplico esses princípios caso a caso, com balanceamentos completos e explicações passo a passo.
Passo 4
Caso I —
: cátions presentes e qual descarrega primeiro
- Dissociação inicial (vou detalhar em outro passo): ao dissolver, obtemos
e . - Cátions presentes:
. - Quem se descarrega primeiro? Comparando tendências:
tem potencial de redução muito negativo ( muito menor que o potencial de redução associado à redução da água às condições típicas), portanto é muito difícil reduzir para metálico. Na prática, no cátodo, a água é reduzida formando gás hidrogênio e íons . Conclusão: o cátion NÃO se descarrega; a redução que ocorre no cátodo é a redução da água.
Passo 5
Caso I —
: ânions presentes e qual descarrega primeiro
- Ânions presentes:
. - Quem se descarrega primeiro? Comparando a oxidação de
(que gera ) com a oxidação da água (para ), a oxidação de é energeticamente mais fácil. Assim, no ânodo ocorre oxidação de para . Conclusão: se descarrega (forma ) enquanto fica em solução.
Passo 6
Caso I — dissociação (balanceada) do sal
- Ao dissolver
em água, a dissociação iônica é:
(esta é a ionização/dissociação simples e já balanceada em número de átomos e cargas).
Passo 7
Caso I — ionização da água (forma usual usada para balanceamento em meio aquoso)
- A ionização (autoprotólise) da água que costuma ser usada para raciocínios:
- Para balanceamento de meias‑reações, também usamos a forma de redução da água:
(esta última é a meia‑reação de redução que aparece no cátodo em meio aquoso básico/neutro).
Passo 8
Caso I — reação anódica (balanceada)
- Oxidação de brometo:
Explicação: dois íons brometo perdem, no total, dois elétrons para formar uma molécula de
; os elétrons liberados vão pelo circuito externo ao cátodo.
Passo 9
Caso I — reação catódica (balanceada)
- Redução da água no cátodo (gerando
e ):
Explicação passo a passo: cada molécula de
requer dois elétrons; ao mesmo tempo são gerados dois íons
, tornando a solução localmente básica perto do cátodo.
Passo 10
Caso I — reação global (balanceada) e substância que permanece na cuba
- Para combinar anodo e cátodo, somamos as duas meias‑reações (os
cancelam):
Somando membro a membro:
Agora lembre que há um cátion
em solução (veio da dissociação de
). Os
formados combinam com
para dar hidróxido de cálcio:
- Cada
precisa de dois para formar .
Partindo da dissociação completa da quantidade estequiométrica de sal, a equação global por mol deé:
- Observação importante:
é pouco solúvel e tende a precipitar (indiquei com a seta ). Portanto, a substância que permanece (ou se acumula) na cuba como sólido/mais visível é o hidróxido de cálcio (além do brometo consumido como e do hidrogênio gasoso).
Passo 11
Caso II —
: cátions presentes e qual descarrega primeiro
- Dissociação inicial: ao dissolver, obtemos
e . - Cátions presentes:
. - Quem se descarrega primeiro? Comparando potenciais:
tem , muito mais positivo (mais fácil de reduzir) do que reduzir água para nas condições usuais. Portanto, no cátodo ocorre a redução de para (prata metálica), que se deposita (plateia) no eletrodo. Conclusão: se descarrega primeiro.
Passo 12
Caso II —
: ânions presentes e qual descarrega primeiro
- Ânions presentes:
. - Quem se descarrega primeiro? O íon nitrato
é muito difícil de oxidar sob condições de eletrólise comum; portanto a oxidação preferencial no ânodo é a oxidação da água, produzindo , prótons e elétrons. Conclusão: não se oxida; a água é oxidada formando .
Passo 13
Caso II — dissociação (balanceada) do sal
- Dissociação de
:
Passo 14
Caso II — ionização da água (forma usada para balanceamento)
- A forma de oxidação da água utilizada no ânodo (balanceada em meio aquoso) é:
- A forma de redução no cátodo para prata é:
Passo 15
Caso II — reação anódica (balanceada)
- Repetindo a meia‑reação de oxidação da água:
Explicação: para formar uma molécula de
é necessário remover quatro elétrons no total, gerando quatro prótons.
Passo 16
Caso II — reação catódica (balanceada) e ajuste de elétrons
- Reação catódica (redução do cátion prata):
- Para cancelar os
da anódica, multiplicamos esta meia‑reação por :
Passo 17
Caso II — reação global (balanceada) e substância que permanece na cuba
- Somando a anódica e a catódica (os
cancelam):
- Lembrando que havia
como contra‑íon, os formados se combinam com para formar ácido nítrico em solução. Escrevendo a equação completa com os nitratos:
- Portanto, a substância que permanece (ou cuja concentração aumenta) na cuba é o ácido nítrico
(a prata metálica se deposita no eletrodo; o sai como gás).
Passo 18
Dicas rápidas para a prova (resumão prático e motivador)
- Sempre escreva a dissociação do sal primeiro: isso te dá os íons presentes.
- Compare: cátion vs água para o cátodo; ânion vs água para o ânodo. Use a ordem qualitativa: metais nobres (Ag+, Cu2+, etc.) reduzem antes de água; metais alcalinos/terrosos (Na+, Ca2+, etc.) não reduzem, a água reduz formando H2. Para ânions: haletos (Cl-, Br-, I-) normalmente oxidam para halogênio antes da água; nitrato, sulfato raramente oxidam — a água é oxidada a O2.
- Após encontrar meias‑reações, balanceie elétrons e some. Por fim, pense se os íons remanescentes formam hidróxidos (com OH-) ou ácidos (com H+) e escreva a espécie que “fica” na cuba.
- Coragem: fazes isto algumas vezes e vira automático. Você já tem a sequência; falta praticar!
Resposta
I a) Cátions presentes:
.
NÃO se descarrega; no cátodo reduz‑se a água (forma‑se
).
I b) Ânions presentes: .
se descarrega primeiro, oxida‑se a
.
I c) Dissociação: .
I d) Ionização/forma usada: (e para redução do cátodo:
).
I e) Reação anódica: .
I f) Reação catódica: .
I g) Reação global (balanceada): .
I h) Substância que permanece na cuba: (hidróxido de cálcio, precipitado).
I b) Ânions presentes:
I c) Dissociação:
I d) Ionização/forma usada:
I e) Reação anódica:
I f) Reação catódica:
I g) Reação global (balanceada):
I h) Substância que permanece na cuba:
II a) Cátions presentes:
.
se descarrega primeiro, reduz‑se a
.
II b) Ânions presentes: .
NÃO se descarrega; a água é oxidada a
.
II c) Dissociação: .
II d) Ionização/forma usada: (anódica) e
(catódica).
II e) Reação anódica: .
II f) Reação catódica: (multiplicada por 4 para combinar:
).
II g) Reação global (balanceada): .
II h) Substância que permanece na cuba: (ácido nítrico, em solução).
II b) Ânions presentes:
II c) Dissociação:
II d) Ionização/forma usada:
II e) Reação anódica:
II f) Reação catódica:
II g) Reação global (balanceada):
II h) Substância que permanece na cuba: