QUÍMICA

QUESTÃO 31

Um experimento bastante utilizado nas aulas de Química é o da “Reação do Ferro Metálico com o Sulfato de Cobre”. Este experimento consiste, basicamente, na adição de uma lâmina de ferro ( \mathrm{Fe}^{0} ) a uma solução de sulfato de cobre (II) - CuSO 4 . Com o passar do tempo, o cobre metálico vai se depositando de forma espontânea sobre a lâmina de ferro que, por sua vez, vai perdendo parte desse ferro na solução sob a forma de \mathrm{Fe}^{2+}. Essa transformação pode ser conferida na reação a seguir:
\mathrm{Fe}^{0}(\mathrm{~s})+\mathrm{CuSO}_{4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{FeSO}_{4}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}^{0}(\mathrm{~s})
Das alternativas a seguir, a única correta é:
A) A reatividade dos metais Fe e Cu não influencia a reação acima.
B) O ferro \mathrm{Fe}^{0} sofre uma redução passando a \mathrm{Fe}^{2+}, conforme a reação apresentada.
C) O ferro é mais reativo que o cobre, por isso o desloca de seu composto sulfato de cobre (II).
D) O ferro é menos reativo que o cobre, por isso o desloca de seu composto sulfato de cobre (II).

Passo 1

O enunciado fornece a reação observada no experimento:
\mathrm{Fe}^{0}(\mathrm{s})+\mathrm{CuSO}_{4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{FeSO}_{4}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}^{0}(\mathrm{s})
Também descreve que, durante o experimento, o cobre metálico deposita-se sobre a lâmina de ferro e o ferro perde massa ficando na solução como \mathrm{Fe}^{2+}.\n
A questão pede que eu escolha, entre as alternativas A, B, C e D, a única correta. As alternativas dadas são:
A) A reatividade dos metais Fe e Cu não influencia a reação acima.\n
B) O ferro \mathrm{Fe}^{0} sofre uma redução passando a \mathrm{Fe}^{2+}, conforme a reação apresentada.\n
C) O ferro é mais reativo que o cobre, por isso o desloca de seu composto sulfato de cobre (II).\n
D) O ferro é menos reativo que o cobre, por isso o desloca de seu composto sulfato de cobre (II).

Passo 2

Vamos entender passo a passo o que acontece com os átomos e elétrons (isso é fundamental para decidir a alternativa certa).\n
Primeiro, identifique os estados de oxidação antes e depois:\n
  • O ferro metálico na lâmina está no estado elementar: \mathrm{Fe}^{0}.\n
  • No sulfato de cobre, o cátion cobre é \mathrm{Cu}^{2+} (pois o ânion sulfato \mathrm{SO_4^{2-}} tem carga -2, logo o cobre no sal é +2).\n
  • No produto \mathrm{FeSO_4}, o ferro está como \mathrm{Fe}^{2+}.\n
    Agora, conceitos simples (sem jargão complicado):\n
  • Oxidação é perder elétrons. Quando um átomo perde elétrons, seu número de oxidação aumenta (por exemplo, de 0 para +2).\n
  • Redução é ganhar elétrons. Quando um átomo ganha elétrons, seu número de oxidação diminui (por exemplo, de +2 para 0).\n

Passo 3

Escrevendo as meias-reações de oxidação e redução (isso mostra claramente quem perde e quem ganha elétrons):\n
Meia-oxidação (o que acontece com o ferro):
\mathrm{Fe}^{0} \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + 2e^-
Aqui o ferro vai de oxidação 0 para +2, ou seja, perdeu 2 elétrons — portanto foi oxidado.\n
Meia-redução (o que acontece com o cobre):
\mathrm{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}^{0}
Aqui o íon cobre +2 ganha 2 elétrons e vira cobre metálico 0 — portanto foi reduzido.\n
Repare que as duas meias-reações trocam exatamente 2 elétrons, então, quando somadas, os elétrons se cancelam e obtemos a reação global do enunciado. Isso confirma que há transferência de elétrons entre Fe e \mathrm{Cu}^{2+}.

Passo 4

Interpretando isso em termos de reatividade entre metais (a parte conceitual que aparece nas alternativas):\n
  • Um metal que se oxida facilmente (ou seja, que “gosta” de perder elétrons) é mais reativo do que um metal que não se oxida tão facilmente.\n
  • No experimento, o ferro se oxida (passa de \mathrm{Fe}^{0} para \mathrm{Fe}^{2+}) e o cobre é reduzido (de \mathrm{Cu}^{2+} para \mathrm{Cu}^{0}). Isso só acontece espontaneamente se o ferro for mais reativo que o cobre — porque o ferro é quem “empurra” elétrons para o cobre.\n
    Portanto, a consequência lógica é: o ferro desloca o cobre do seu sal porque o ferro é mais reativo que o cobre. Isso corresponde exatamente ao enunciado da alternativa C.

Passo 5

Vou examinar rapidamente as outras alternativas para confirmar que são incorretas, usando o que já demonstramos:\n
  • A) diz que a reatividade não influencia — isso é falso, pois a reação é justamente um deslocamento dependente da reatividade relativa (metal mais reativo desloca o menos reativo do seu cátion).\n
  • B) afirma que o ferro sofre redução ao passar para \mathrm{Fe}^{2+} — isso está invertido: passar de \mathrm{Fe}^{0} para \mathrm{Fe}^{2+} é perder elétrons, ou seja, oxidação, não redução. Logo B é falsa.\n
  • D) afirma que o ferro é menos reativo que o cobre, por isso desloca — contraditório: se fosse menos reativo, não deslocaria o cobre. Então D é falsa.\n
    Um reforço numérico (opcional para quem gosta de números): os potenciais padrão de redução mostram a mesma ideia: E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0{,}34\\ \mathrm{V} e E^\circ(\mathrm{Fe^{2+}/Fe}) = -0{,}44\\ \mathrm{V}. A diferença dá E^\circ_{\text{cel}} = 0{,}34 - (-0{,}44) = 0{,}78\\ \mathrm{V} positiva, indicando espontaneidade da reação com o cobre sendo reduzido e o ferro oxidado — consistente com a conclusão anterior.

Resposta

C) O ferro é mais reativo que o cobre, por isso o desloca de seu composto sulfato de cobre (II).

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