(Vunesp) Duas fitas idênticas de magnésio metálico são colocadas, separadamente, em dois recipientes. No primeiro recipiente adicionou-se solução aquosa de HCl e, no segundo, solução aquosa de
, ambas de concentração
.
Foram feitas as seguintes afirmações:
I. As reações se completarão ao mesmo tempo nos dois recipientes, uma vez que os ácidos estão presentes na mesma concentração.
II. O magnésio metálico é o agente oxidante nos dois casos.
III. Um dos produtos formados em ambos os casos é o hidrogênio molecular.
IV. As velocidades das reações serão afetadas se as fitas de magnésio forem substituídas por igual quantidade desse metal finamente dividido.
Que afirmações são verdadeiras?
a) I e II, apenas.
b) II e III, apenas.
c) I e III, apenas.
d) III e IV, apenas.
I. As reações se completarão ao mesmo tempo nos dois recipientes, uma vez que os ácidos estão presentes na mesma concentração.
II. O magnésio metálico é o agente oxidante nos dois casos.
III. Um dos produtos formados em ambos os casos é o hidrogênio molecular.
IV. As velocidades das reações serão afetadas se as fitas de magnésio forem substituídas por igual quantidade desse metal finamente dividido.
Que afirmações são verdadeiras?
a) I e II, apenas.
b) II e III, apenas.
c) I e III, apenas.
d) III e IV, apenas.
Passo 1
Enunciado resumido e dados fornecidos:
- Duas fitas idênticas de magnésio metálico (
) são colocadas separadamente em dois recipientes. - No primeiro recipiente há solução aquosa de
com concentração . - No segundo recipiente há solução aquosa de
com concentração . - Foram dadas quatro afirmações sobre as reações e precisamos dizer quais são verdadeiras:
I. As reações se completarão ao mesmo tempo nos dois recipientes, uma vez que os ácidos estão presentes na mesma concentração.
II. O magnésio metálico é o agente oxidante nos dois casos.
III. Um dos produtos formados em ambos os casos é o hidrogênio molecular.
IV. As velocidades das reações serão afetadas se as fitas de magnésio forem substituídas por igual quantidade desse metal finamente dividido. - Objetivo: decidir quais das afirmações I–IV são verdadeiras e, portanto, escolher a alternativa correta (a, b, c ou d).
Passo 2
Escrevendo as reações químicas globais e o que elas formam:
- Em ácido forte (ácido clorídrico) a reação típica com magnésio é:
- Em ácido acético (ácido fraco) a reação global é análoga, formando acetato de magnésio e hidrogênio:
- Observação didática: em ambas as equações aparece
(hidrogênio molecular) como produto, porque o metal doa elétrons que reduzem prótons ( ) a . Vou explicar melhor isso nos próximos passos.
Passo 3
Explicando por que a afirmação III é verdadeira (um dos produtos é
):
- Conceito importante: quando um metal como
reage com um ácido, o metal é oxidado e os íons presentes na solução são reduzidos a . - Reação de meia-reações (intuição):
- Oxidação:
- Redução:
- Oxidação:
- Junta-se para dar a reação global que já escrevemos, com
como produto em ambos os casos. - Conclusão deste passo: a afirmação III é verdadeira.
Passo 4
Explicando por que a afirmação II é falsa (sobre agente oxidante):
- Definições essenciais (bem didáticas):
- Agente oxidante é a espécie que causa a oxidação em outra e que, por isso, é ela própria reduzida.
- Agente redutor é a espécie que doa elétrons (é oxidada).
- No nosso caso:
-
passa de estado elementar a ; isto é oxidação (perde elétrons). - Logo,
é o agente redutor, não o agente oxidante.
-
- Portanto, afirmar que “o magnésio metálico é o agente oxidante” está errado. A afirmação II é falsa.
Passo 5
Analisando a afirmação I (tempo de conclusão igual porque concentrações iguais) — por que é falsa:
- Ponto chave: concentração total do ácido e força do ácido são coisas diferentes.
- Ácido forte
: dissocia-se completamente em água. Assim, a concentração de prótons livres inicialmente é aproximadamente
- Ácido fraco
: não se dissocia completamente. A constante de acidez do ácido acético é aproximadamente
- Para uma solução inicial
de um ácido fraco, a concentração inicial de (aproximada) pode ser estimada por
- Comparação numérica (resumindo):
-
: . -
: .
-
- Consequência para a cinética:
- A velocidade inicial de reação do metal com ácido depende fortemente da disponibilidade de
que pode aceitar elétrons. Em há muito mais prótons livres do que em , então a reação com é muito mais rápida inicialmente. - Mesmo que, estoiquiometricamente, cada molécula de
possa ceder um próton quando reagida (levando à formação de acetato), a dissociação para fornecer esses prótons é lenta e limitada pelo equilíbrio; assim a velocidade da reação no início é muito menor.
- A velocidade inicial de reação do metal com ácido depende fortemente da disponibilidade de
- Portanto, a afirmação I — que “as reações se completarão ao mesmo tempo” simplesmente porque as concentrações nominais dos ácidos são iguais — é incorreta. Tem-se que a força do ácido e a cinética importam. Conclusão: I é falsa.
Passo 6
Analisando a afirmação IV (efeito da divisão do metal sobre a velocidade) — por que é verdadeira:
- Conceito importante: reações entre um sólido e uma fase líquida são, em grande parte, controladas pela área de contato entre sólido e líquido.
- Se substituirmos as fitas por igual massa do mesmo metal finamente dividido (mais superfície exposta), a área de superfície disponível para reagir aumenta muito.
- Aumentando a área superficial, aumentamos a taxa de colisões efetivas entre elétrons do metal e as espécies na solução, logo a velocidade da reação aumenta (muito usada em química prática: pó reage muito mais rápido que pedaço grosso).
- Exemplo simples: uma lâmina de metal pode reagir devagar com ácido; o pó do mesmo metal pode pegar fogo (ou reagir muito mais rápido) pela grande área de contato.
- Conclusão: a afirmação IV é verdadeira.
Passo 7
Resumo final das verdades das afirmações:
- I: falsa (mesma concentração nominal ≠ mesma velocidade/tempo de conclusão; ácido forte vs fraco).
- II: falsa (
é agente redutor, não agente oxidante). - III: verdadeira (em ambas as reações forma-se
). - IV: verdadeira (aumentar a área superficial aumenta a velocidade da reação).
Resposta
d) III e IV, apenas.