Sobre essa célula eletroquímica, foram feitas as seguintes afirmações:
Aparelhos eletrônicos como telefones sem fio e calculadoras, podem utilizar baterias recarregáveis de níquel-cádmio. As reações que ocorrem nesta bateria podem ser representadas por:
A. \mathrm{Cd} \longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-}
B. \mathrm{Cd}^{2+}+2 \mathrm{OH}^{-} \longrightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2}
C. \mathrm{NiO}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+2 \mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{OH}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}
Sobre essas reações são feitas as afirmações:
I. A reação A ocorre no anodo da bateria.
II. A reação C ocorre no catodo da bateria.
III. O cádmio é o agente oxidante e o óxido de níquel é o agente redutor.
Quais estão corretas?
a) apenas I.
b) apenas II.
c) apenas III.
d) apenas I e II.
e) I, II e III.

Passo 1

O enunciado dá três semi‑reações relativas a uma bateria recarregável de níquel‑cádmio e pede que eu verifique três afirmações sobre onde ocorrem as reações (ânodo/cátodo) e sobre os agentes redutor/oxidante. As informações relevantes que o enunciado fornece são as seguintes semi‑reações (copiadas do enunciado):
\text{A. }\mathrm{Cd} \longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+}+2\mathrm{e}^{-}
\text{B. }\mathrm{Cd}^{2+}+2\mathrm{OH}^{-}\longrightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2}
\text{C. }\mathrm{NiO}_{2}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}+2\mathrm{OH}^{-}_{(\mathrm{aq})}
As afirmações a avaliar são:
I. A reação A ocorre no ânodo da bateria.
II. A reação C ocorre no cátodo da bateria.
III. O cádmio é o agente oxidante e o óxido de níquel é o agente redutor.

Passo 2

Vou lembrar os conceitos básicos necessários (devagar e com exemplos) para poder analisar as semi‑reações:
  • Oxidação é perda de elétrons. Quem se oxida tem seus elétrons saindo. Uma semi‑reação escrita com elétrons no produto (lado direito) representa oxidação.
  • Redução é ganho de elétrons. Quem se reduz tem elétrons sendo consumidos. Uma semi‑reação escrita com elétrons no reagente (lado esquerdo) representa redução.
  • Em uma célula eletroquímica (durante a descarga): no ânodo ocorre oxidação; no cátodo ocorre redução.
  • Agente oxidante é a espécie que oxida outra; para isso, o agente oxidante próprio é reduzido (ou seja, ele ganha elétrons).
  • Agente redutor é a espécie que reduz outra; para isso, o agente redutor próprio é oxidado (ou seja, ele perde elétrons).
Exemplo simples para fixar: na reação \mathrm{Zn}\longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\mathrm{e}^{-} o zinco perde elétrons (oxida) e, portanto, o zinco é agente redutor. Em \mathrm{Cu}^{2+}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow\mathrm{Cu} o cobre(II) ganha elétrons (reduz) e é agente oxidante.

Passo 3

Analisando a reação \text{A: }\mathrm{Cd}\longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+}+2\mathrm{e}^{-}.
  • Essa equação mostra elétrons no lado direito, ou seja, a espécie \mathrm{Cd} está perdendo elétrons. Logo, isso é uma oxidação.
  • Pela definição, a oxidação ocorre no ânodo da célula durante descarga.
  • Portanto, a reação A é uma oxidação e, por consequência, ocorre no ânodo.
Além disso, quanto à natureza do cádmio: como \mathrm{Cd} é a espécie que perde elétrons, \mathrm{Cd} é o agente redutor (não o agente oxidante). Vou usar isso mais adiante para avaliar a afirmação III.

Passo 4

Comentário rápido sobre a reação \text{B: }\mathrm{Cd}^{2+}+2\mathrm{OH}^{-}\longrightarrow \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2}.
  • Essa reação mostra o íon \mathrm{Cd}^{2+} combinando‑se com \mathrm{OH}^{-} para formar o hidróxido de cádmio. Em baterias alcalinas, os íons \mathrm{Cd}^{2+} gerados pela oxidação do \mathrm{Cd} reagem com \mathrm{OH}^{-} do eletrólito formando \mathrm{Cd}(\mathrm{OH})_{2}.
  • Isso é coerente com o meio básico das baterias Ni–Cd; B não é uma semi‑reação de oxidação/redução, mas mostra o estado químico final do cádmio no eletrólito.

Passo 5

Analisando a reação \text{C: }\mathrm{NiO}_{2}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2\mathrm{e}^{-}\longrightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}+2\mathrm{OH}^{-}.
  • Aqui os elétrons aparecem no lado esquerdo (são consumidos pelos reagentes), portanto isso é uma redução: a espécie contendo níquel está recebendo elétrons e se convertendo em \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}.
  • Pela definição, a redução ocorre no cátodo.
  • Logo, a reação C ocorre no cátodo da bateria.

Passo 6

Agora verifico a afirmação sobre agentes oxidante/redutor (III): “O cádmio é o agente oxidante e o óxido de níquel é o agente redutor.”
  • Relembre: agente oxidante = espécie que é reduzida; agente redutor = espécie que é oxidada.
  • Na reação A, \mathrm{Cd} é oxidado (perde elétrons). Portanto \mathrm{Cd} é agente redutor, não agente oxidante. A afirmação que diz que o cádmio é agente oxidante está invertida: é falsa.
  • Na reação C, \mathrm{NiO}_{2} é reduzido (ganha elétrons). Portanto \mathrm{NiO}_{2} é agente oxidante, não agente redutor. A parte que diz que o óxido de níquel é agente redutor também está invertida.
  • Conclusão: a afirmação III é falsa (está invertendo os papéis).

Passo 7

Resumo das avaliações das três afirmações:
  • I: correta (A é oxidação → ânodo).
  • II: correta (C é redução → cátodo).
  • III: incorreta (papéis dos agentes estão invertidos; \mathrm{Cd} é agente redutor e \mathrm{NiO}_{2} é agente oxidante).
Portanto, as únicas afirmações corretas são I e II.

Resposta

d) apenas I e II.

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