Questão 15. Determine quais reações ocorrerão espontaneamente entre os seguintes conjuntos de reagentes em solução aquosa:
Passo 1
O enunciado lista as espécies presentes em solução aquosa:
,
,
,
,
.\n
A pergunta é: quais reações redox ocorrem espontaneamente quando essas espécies são colocadas em solução aquosa (isto é, que transformações redox efetivamente acontecerão)?\n
Informações relevantes dadas diretamente pelo enunciado (lista de reagentes):\n
A pergunta é: quais reações redox ocorrem espontaneamente quando essas espécies são colocadas em solução aquosa (isto é, que transformações redox efetivamente acontecerão)?\n
Informações relevantes dadas diretamente pelo enunciado (lista de reagentes):\n
-
sólido (óxido de chumbo IV).\n -
em solução (diclromato, contém ).\n -
em solução (meio ácido e fonte de ).\n -
sólido (sulfato de chumbo II, pouco solúvel — forma precipitado de com ).\n -
em solução (contém ).\n
Nada mais é fornecido (por ex., concentrações), então vamos decidir a espontaneidade usando princípios de eletroquímica e potenciais-padrão em meio ácido.\n
Passo 2
Primeiro eu identifico os estados de oxidação mais relevantes (isso é fundamental pra saber quem pode oxidar quem):\n
- Para
: o chumbo está em (porque é , então ).\n - Para
: o chumbo está em .\n - Para
(diclromato): o cromo está em .\n - Para
: o cromo está em .\n\n
Conclusão desta etapa (sem resolver nada ainda): possíveis transformações redox óbvias são aquelas entre/ e entre / . Agora preciso comparar forças oxidantes/reduzentes usando potenciais padrão.\n
Passo 3
Vou usar os potenciais-padrão de redução em meio ácido (valores padrão conhecidos e muito usados em provas):\n
- Coupling dichromato/redução a cromo(III):
\n - Coupling óxido de chumbo(IV)/redução a chumbo(II):
\n
Interpretação rápida: quanto maior o
da meia-reação de redução, maior a tendência daquele par a ser reduzido (ou seja, é um agente oxidante mais forte). Aqui
tem
— é um oxidante ligeiramente mais forte que
que tem
.\n
Passo 4
Agora aplico o critério de espontaneidade elétrico: para uma reação redox do tipo “A (oxida) + B (reduz)”, o potencial-padrão da célula é\n
Se
a reação é espontânea sob condições-padrão.\n
Vou testar as combinações prováveis:\n
Vou testar as combinações prováveis:\n
- Será que
pode oxidar a ?\n
- Aqui o catodo (redução) seria
reduzindo para com .\n - O anodo (oxidação) seria o inverso da meia-reação do dicromato:
sendo oxidado a . O potencial de redução de é , então esse valor entra com sinal negativo na fórmula.\n
Logo\n
ou seja, a reação em que
oxida
(reduzindo-se a
) é termodinamicamente espontânea em meio ácido padrão.\n
2) Será que pode oxidar
(por exemplo proveniente de
) a
?\n
2) Será que
- Aqui o catodo seria
reduzindo-se a , .\n - O anodo seria
oxidando-se a , que tem como meia-reação de redução . Então\n
ou seja, essa direção não é espontânea. Portanto
não oxidará
a
sob condições-padrão.\n
Conclusão desta etapa: a única transformação redox espontânea entre as espécies dadas, pelo critério de potenciais, é a redução de para
concomitante com a oxidação de
a
. Em palavras:
oxida
em meio ácido; a reação inversa (diclromato oxidando
) não é favorável.\n
Conclusão desta etapa: a única transformação redox espontânea entre as espécies dadas, pelo critério de potenciais, é a redução de
Passo 5
Agora vou balancear a reação redox por meio das meias-reações em meio ácido — passo a passo, do jeitinho que cai na prova.\n
Meia-reação de redução (para reduzindo a
):\n
Meia-reação de redução (para
Meia-reação de oxidação (é o inverso da redução do dicromato): a redução conhecida é\n
Invertendo para obter a oxidação
(essa é a meia-reaçã o de perda de elétrons):\n
Agora igualo elétrons: a redução de
entrega/aceita
por mol, a oxidação de
envolve
. Multiplico a meia-reação de redução por
para igualar os
:\n
Somando com a meia-reação de oxidação:\n
elétrons se cancelam. Fazendo a soma e simplificando os prótons e a água (cuidado com as cancelas):\n
- Lado esquerdo temos
.\n - Lado direito temos
(além de e ).\n
Subtraindoambos os lados sobra no lado direito. Subtraindo ambos os lados sobra no lado esquerdo. O resultado líquido é:\n
Essa é a equação iônica líquida balanceada da reação redox em meio ácido.\n
Passo 6
Agora volto do net ionic para escrever de forma que use as espécies fornecidas no enunciado (eles deram
e
e
aparece como sal pouco solúvel). Observação prática: em presença de
suficiente, os
formados vão precipitar como
.\n
Substituindo por uma molécula de
(que contém exatamente
e
), e agrupando
com
formando
, obtemos uma equação molecular bonita e balanceada (verificação rápida de átomos e cargas mostra que ela está balanceada):\n
Substituindo
Observação final: se houver contra-íon apropriado (por exemplo
na solução, vindo de
caso esteja presente), o ânion
pode aparecer como
em solução (i.e., o dicromato pode ficar associado a potássio). Mas a essência redox é a equação iônica que obtivemos.\n
Passo 7
Agora eu explico, do ponto de vista das combinações possíveis entre as espécies dadas, o que ocorre e o que não ocorre (resumindo e motivando com os potenciais):\n
- Reação espontânea:
reduz-se a enquanto oxida (de ) a . Na presença de formado ou disponível, os precipitam como . Essa reação é apoiada pelo cálculo de , portanto espontânea.\n - Reações que não ocorrem espontaneamente: o dicromato
não oxida (por ex. extraído de ) a porque o cálculo daria . Portanto não espere que oxide para gerar .\n - Misturar simplesmente
com em meio ácido, sem presente, não gera troca redox entre eles (ambos são agentes oxidantes; não há um doador de elétrons adequado entre as espécies dadas, salvo o do ).\n
Resposta
Nenhuma outra reação redox significativa entre as espécies listadas ocorre de forma espontânea (em particular,