Se todos os reagentes e produtos estão nos seus estados-padrão, quais das seguintes reações redox são espontâneas a 25^{\circ} \mathrm{C} ?
(a) \mathrm{Zn}(s)+2 \mathrm{H}^{+}(a q) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(a q)+\mathrm{H}_{2}(g)
(b) \mathrm{Cu}(\mathrm{s})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g})
(c) \mathrm{I}_{2}(a q)+2 \mathrm{Fe}^{2+}(a q) \rightarrow 2 \mathrm{I}^{-}(a q)+2 \mathrm{Fe}^{3+}(a q)
(d) \mathrm{Cr}(s)+3 \mathrm{Fe}^{3+}(a q) \rightarrow \mathrm{Cr}^{3+}(a q)+3 \mathrm{Fe}^{2+}(a q)
(e) 2 \mathrm{Fe}^{3+}(a q)+\mathrm{Fe}(s) \rightarrow 3 \mathrm{Fe}^{2+}(a q)

Passo 1

O enunciado apresenta cinco reações redox em condições padrão a 25^\circ \mathrm{C} e pede quais são espontâneas. O conteúdo aqui é cálculo de potencial padrão de célula ( E^\circ_\text{cél}é). Para cada reação vamos:
  1. separar as meia-reações de redução e de oxidação,
  2. consultar os valores de E^\circ_\text{red} padrão,
  3. inverter o sinal para obter E^\circ_\text{ox},
  4. somar para obter E^\circ_\text{cél}é e
  5. verificar se E^\circ_\text{cél}>0é.

Passo 2

Valores padrão de redução usados:
\mathrm{Zn}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Zn}(s),\quad E^\circ_\text{red} = -0,76\,\mathrm{V}
\mathrm{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}(s),\quad E^\circ_\text{red} = +0,34\,\mathrm{V}
2\mathrm{H}^+ + 2e^- \rightarrow \mathrm{H}_2(g),\quad E^\circ_\text{red} = 0,00\,\mathrm{V}
\mathrm{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+},\quad E^\circ_\text{red} = +0,77\,\mathrm{V}
\mathrm{I}_2 + 2e^- \rightarrow 2\mathrm{I}^-,\quad E^\circ_\text{red} = +0,54\,\mathrm{V}
\mathrm{Cr}^{3+} + 3e^- \rightarrow \mathrm{Cr}(s),\quad E^\circ_\text{red} = -0,74\,\mathrm{V}

Passo 3

Reação (a): \mathrm{Zn}(s)+2\mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+ \mathrm{H}_2
Cátodo (redução):
2\mathrm{H}^+ + 2e^- \rightarrow \mathrm{H}_2,\quad E^\circ_\text{red}=0,00\,\mathrm{V}
Ânodo (oxidação):
\mathrm{Zn}(s) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^-,\quad E^\circ_\text{ox}=+0,76\,\mathrm{V}
E^\circ_\text{cél} = E^\circ_\text{red} + E^\circ_\text{ox} = 0,00\,\mathrm{V} + 0,76\,\mathrm{V} = +0,76\,\mathrm{V} > 0é
Logo espontânea.

Passo 4

Reação (b): \mathrm{Cu}(s)+2\mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}+ \mathrm{H}_2
Cátodo:
2\mathrm{H}^+ + 2e^- \rightarrow \mathrm{H}_2,\quad E^\circ_\text{red}=0,00\,\mathrm{V}
Ânodo:
\mathrm{Cu}(s) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+} + 2e^-,\quad E^\circ_\text{ox}=-0,34\,\mathrm{V}
E^\circ_\text{cél} = 0,00\,\mathrm{V} + (-0,34\,\mathrm{V}) = -0,34\,\mathrm{V} < 0é
Logo não espontânea.

Passo 5

Reação (c): \mathrm{I}_2 + 2\mathrm{Fe}^{2+} \rightarrow 2\mathrm{I}^- + 2\mathrm{Fe}^{3+}
Cátodo:
\mathrm{I}_2 + 2e^- \rightarrow 2\mathrm{I}^-,\quad E^\circ_\text{red}=+0,54\,\mathrm{V}
Ânodo:
2\,\bigl(\mathrm{Fe}^{2+} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + e^-\bigr),\quad E^\circ_\text{ox}=-0,77\,\mathrm{V}
E^\circ_\text{cél} = +0,54\,\mathrm{V} + (-0,77\,\mathrm{V}) = -0,23\,\mathrm{V} < 0é
Logo não espontânea.

Passo 6

Reação (d): \mathrm{Cr}(s) + 3\mathrm{Fe}^{3+} \rightarrow \mathrm{Cr}^{3+}+3\mathrm{Fe}^{2+}
Cátodo:
\mathrm{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+},\quad E^\circ_\text{red}=+0,77\,\mathrm{V}
Ânodo:
\mathrm{Cr}(s) \rightarrow \mathrm{Cr}^{3+} + 3e^-,\quad E^\circ_\text{ox}=+0,74\,\mathrm{V}
E^\circ_\text{cél} = +0,77\,\mathrm{V} + 0,74\,\mathrm{V} = +1,51\,\mathrm{V} > 0é
Logo espontânea.

Passo 7

Reação (e): 2\mathrm{Fe}^{3+} + \mathrm{Fe}(s) \rightarrow 3\mathrm{Fe}^{2+}
Cátodo:
\mathrm{Fe}^{3+} + e^- \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+},\quad E^\circ_\text{red}=+0,77\,\mathrm{V}
Ânodo:
\mathrm{Fe}(s) \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + 2e^-,\quad E^\circ_\text{ox}=+0,44\,\mathrm{V}
E^\circ_\text{cél} = +0,77\,\mathrm{V} + 0,44\,\mathrm{V} = +1,21\,\mathrm{V} > 0é
Logo espontânea.

Resposta

(a), (d) e (e)

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