GABARITO: ALTERNATIVA A

RESOLUÇÃO

Teórica do Sistema:

A eletrólise aquosa do sulfato de zinco (ZnSO₄) com eletrodos inertes de grafite é um processo eletroquímico fundamental que envolve a decomposição da solução aquosa pela passagem de corrente elétrica contínua. O grafite, sendo um eletrodo inerte, não participa das reações redox, servindo apenas como condutor eletrônico.

Identificação dos Eletrodos:

- Cátodo: eletrodo ligado ao polo negativo da fonte (onde ocorre redução) - Ânodo: eletrodo ligado ao polo positivo da fonte (onde ocorre oxidação)

Espécies Presentes na Solução:

Na solução aquosa de ZnSO₄ 1 mol·L⁻¹, temos as seguintes espécies: - Zn²⁺(aq) - íons zinco

- SO₄²⁻(aq) - íons sulfato

- H₂O(l) - moléculas de água

- H⁺(aq) e OH⁻(aq) - íons provenientes da autoionização da água

Determinação das Reações nos Eletrodos:

No Cátodo (polo negativo):

Espécies que podem ser reduzidas: Zn²⁺(aq) e H₂O(l) Potenciais de redução (E°):

- Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s) E° = -0,76 V

- 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) E° = -0,83 V

Como o potencial de redução do Zn²⁺ é maior que o da água, a redução preferencial será:

Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s)

No Ânodo (polo positivo):

Espécies que podem ser oxidadas: SO₄²⁻(aq) e H₂O(l)

Potenciais de oxidação:

- SO₄²⁻(aq) → S₂O₈²⁻(aq) + 2e⁻ E° = -2,01 V (muito desfavorável)

- 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻ E° = -1,23 V

A oxidação da água é muito mais favorável que a do íon sulfato, portanto:

2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻

Equação Global da Eletrólise:

Balanceando as semirreações:

- Cátodo: 2[Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s)]

- Ânodo: 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻

Equação global: 2Zn²⁺(aq) + 2H₂O(l) → 2Zn(s) + O₂(g) + 4H⁺(aq)

Cálculo da Massa de Zinco Depositada:

Dados fornecidos:

- Corrente (i) = 2 A

- Tempo (t) = 32 min 10 s = 1930 s

- 1 F = 96500 C/mol e⁻

Passo 1: Cálculo da carga total

Q = i × t = 2 A × 1930 s = 3860 C

Passo 2: Cálculo do número de mols de elétrons

n(e⁻) = Q/F = 3860 C / 96500 C·mol⁻¹ = 0,04 mol e⁻

Passo 3: Cálculo do número de mols de zinco

Da semirreação: Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn

2 mol e⁻ ——— 1 mol Zn

0,04 mol e⁻ ——— x mol Zn

x = 0,04/2 = 0,02 mol Zn

Passo 4: Cálculo da massa de zinco

Massa atômica do Zn = 65,4 g/mol

m(Zn) = 0,02 mol × 65,4 g/mol = 1,308 g ≈ 1,31 g

Análise das Afirmativas:

I – Na superfície da barra de grafite ligada como cátodo da eletrólise ocorre a eletrodeposição do zinco metálico.

CORRETA - Conforme demonstrado, no cátodo ocorre a redução Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, resultando na deposição de zinco metálico.

II – A semirreação de oxidação que ocorre no ânodo da eletrólise é Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2 e⁻.

INCORRETA - Esta seria a oxidação do zinco metálico, mas no ânodo ocorre a oxidação da água: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. O zinco metálico não está presente inicialmente na solução.

III – Durante o processo a barra de grafite ligada ao polo positivo da bateria se oxida.

INCORRETA - O grafite é um eletrodo inerte e não participa das reações. A oxidação ocorre com as moléculas de água, não com o eletrodo.

IV – No ânodo da eletrólise ocorre uma reação de oxidação da hidroxila com formação do gás oxigênio e água.

CORRETA - No ânodo ocorre a oxidação da água: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻, formando gás oxigênio. A afirmativa está tecnicamente correta, pois a água pode ser vista como H⁺ + OH⁻.

V – A massa de zinco metálico obtida no processo de eletrólise será de 0,83 g.

INCORRETA - Pelos cálculos realizados, a massa de zinco depositada é 1,31 g, não 0,83 g.

Conclusão:

As afirmativas corretas são apenas I e IV.