A eletrólise é um processo não espontâneo de grande importância para a indústria química. Uma de suas aplicações é a obtenção do gás cloro e do hidróxido de sódio, a partir de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Nesse procedimento, utiliza-se uma célula eletroquímica, como ilustrado.
No processo eletrolítico ilustrado, o produto secundário obtido é o
A) vapor de água.
B) oxigênio molecular.
C) hipoclorito de sódio.
D) hidrogênio molecular.
E) cloreto de hidrogênio.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química Geral e Inorgânica (Eletrólise, Reações de oxirredução), Estrutura da Água e Íons em Solução.
Nível da Questão: Médio
Gabarito: D
Tema/Objetivo Geral (Opcional): Compreender como ocorre a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio para obtenção de diferentes produtos químicos.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- 📌 Retomar o Comando da Questão
O enunciado descreve a eletrólise de uma solução aquosa de NaCl (cloreto de sódio) para obtenção de gás cloro e hidróxido de sódio. Pergunta-se qual produto secundário é obtido nesse processo ilustrado pela figura. - 📌 Explicação Detalhada
Precisamos identificar que, além da formação de cloro (no ânodo) e hidróxido de sódio (NaOH) em solução, haverá um outro produto gasoso formado no cátodo. O comando deseja saber especificamente esse produto secundário. - 📌 Identificação de Palavras-chave
- “Eletrólise aquosa de cloreto de sódio”
- “Célula eletroquímica”
- “Produto secundário”
- 📌 Definição do Objetivo
Determinar qual é o produto gasoso que se forma como subproduto no cátodo (polo negativo) durante a eletrólise aquosa de NaCl.
➡ Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos necessários.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
- 📌 Conceitos Teóricos Essenciais
- Eletrólise: Processo não espontâneo em que uma corrente elétrica decompõe espécies químicas.
- Eletrólise Aquosa de NaCl: A presença de água adiciona os íons H⁺ e OH⁻, competindo com Na⁺ e Cl⁻.
- Polo Negativo (Cátodo): Local em que ocorre a redução (ganho de elétrons).
- Polo Positivo (Ânodo): Local em que ocorre a oxidação (perda de elétrons).
- 📌 Definições Importantes
- Competição de íons: No cátodo, H⁺ (da água) concorre com Na⁺ (do NaCl). Geralmente, o H⁺ é mais facilmente reduzido a H₂.
- Reação Global: Cl⁻ é oxidado a Cl₂, enquanto H⁺ é reduzido a H₂.
- Produto Secundário: O Na⁺ remanescente e o OH⁻ da água formam NaOH em solução.
➡ Com esses conceitos estabelecidos, vamos interpretar o texto da questão.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
- 📌 Análise do Contexto
A célula eletroquímica recebe uma solução aquosa de NaCl. No ânodo de carbono, libera-se Cl₂ (gás cloro). Na área do cátodo, algo é reduzido, formando um “produto secundário”. A questão pergunta qual é esse produto. - 📌 Identificação de Frases-chave
- “Solução aquosa de NaCl”
- “Gás cloro” e “Hidróxido de sódio”
- “Produto secundário obtido”
- 📌 Relação com o Conteúdo Biológico
Não há diretamente um conteúdo biológico, mas sim uma relação química: é fundamental reconhecer que, em meio aquoso, a redução preferencial é dos íons H⁺ a hidrogênio (H₂).
➡ Agora, vamos desenvolver o raciocínio para a resolução completa.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
- 📌 Resolução Completa
- No Ânodo (positivamente carregado): Ocorre oxidação dos íons Cl⁻ para produzir Cl₂ (gás).
- No Cátodo (negativamente carregado): Compete a redução de Na⁺ e H⁺. A redução de H⁺ é mais fácil, gerando hidrogênio molecular (H₂).
- Solução Alcalina: O Na⁺ (sem ser reduzido) e o OH⁻ formam hidróxido de sódio (NaOH) em solução.
- Produto Secundário: É o hidrogênio gasoso (H₂) liberado no cátodo.
- 📌 Explicação da Lógica Biológica (neste caso, Química)
Fotossíntese → (exemplo) e Pressão Osmótica = (exemplo) não se aplicam diretamente aqui. O importante é compreender o processo eletroquímico.- Os íons H⁺ sofrem redução: 2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂ (gasoso).
- Esse H₂ é, portanto, o subproduto principal no cátodo.
➡ Com o raciocínio desenvolvido, vamos analisar as alternativas.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
- 📌 Reescrita das Alternativas
A) Vapor de água
B) Oxigênio molecular (O₂)
C) Hipoclorito de sódio (NaClO)
D) Hidrogênio molecular (H₂)
E) Cloreto de hidrogênio (HCl) - ✅ Justificativa da Alternativa Correta
D) Hidrogênio molecular é o produto secundário liberado no cátodo, pois ocorre a redução dos íons H⁺ em vez do Na⁺. - ❌ Análise das Alternativas Incorretas
- A) Vapor de água: não é produzido diretamente no cátodo.
- B) Oxigênio molecular (O₂): poderia ocorrer se OH⁻ fosse oxidado, mas o ânodo libera cloro (Cl₂).
- C) Hipoclorito de sódio: formaria se houvesse reação secundária com Cl₂ em condições específicas, mas não é o produto imediato.
- E) Cloreto de hidrogênio (HCl): não ocorre na eletrólise básica de NaCl em água.
➡ Concluamos agora a resolução com o resumo final.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
- 📌 Resumo do Raciocínio
Na eletrólise aquosa de NaCl, o cloreto de sódio produz cloro (Cl₂) no ânodo e, no cátodo, reduz-se H⁺ para H₂. O Na⁺ e OH⁻ geram NaOH em solução. Assim, o produto secundário gasoso é H₂. - 📌 Reafirmação da Alternativa Correta
A resposta correta é D) Hidrogênio molecular. - 🔍 Resumo Final
Ao eletrólisar uma solução de cloreto de sódio, forma-se Cl₂ no ânodo e H₂ no cátodo, enquanto NaOH surge em solução, sendo esse H₂ o produto secundário referido na questão.
