Questão 113, caderno azul do ENEM 2021 – DIA 2

O ciclo do cobre é um experimento didático em que o cobre metálico é utilizado como reagente de partida. Após uma sequência de reações (I, II, III, IV e V), o cobre retorna ao seu estado inicial ao final do ciclo.

A reação de redução do cobre ocorre na etapa

A) I.

B) II.

C) III.

D) IV.

E) V.

✍ “Resolução Em Texto”

Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Química Inorgânica (Reações Químicas).
Eletroquímica (Oxirredução e Número de Oxidação – NOx).

Tema/Objetivo Geral:
Analisar uma sequência de reações químicas (o Ciclo do Cobre) e identificar em qual etapa ocorre um processo de Redução, baseando-se na variação do Número de Oxidação (NOx) do elemento Cobre.

Nível da Questão
Médio.
Exige que o aluno saiba calcular o NOx do cobre em substâncias simples e compostas. A dificuldade está em ter paciência para analisar cada etapa, uma por uma.

Gabarito
Letra E.
A alternativa está correta pois na Etapa V, o Cobre sai do estado iônico (Cu²⁺ no sulfato de cobre) e volta para o estado metálico (Cu⁰), o que significa que ele ganhou elétrons (sofreu redução).

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
A questão apresenta um mapa circular onde o Cobre passa por várias transformações (vira nitrato, hidróxido, óxido, sulfato) e depois volta a ser cobre metálico.
O examinador quer saber: Em qual dessas setas o Cobre ganhou elétrons? (Isso é a definição de redução).

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que o Cobre é uma pessoa e os Elétrons são dinheiro.

• Cobre Metálico (Cu): Está com a conta zerada (NOx = 0).
• Cobre em Compostos (Cu²⁺): Está com a conta devedora (NOx = +2, perdeu 2 elétrons).
  O ciclo mostra o Cobre perdendo dinheiro, trocando de banco, trocando de novo… e no final, ele recupera o dinheiro e zera a conta.
  A pergunta é: Onde ele recuperou o dinheiro?
  O verdadeiro desafio aqui é calcular o “saldo bancário” (NOx) do cobre em cada etapa.

Plano de Ataque:

1. Definir a meta: Procurar onde o NOx diminui (Redução).
2. Analisar Etapa I: De Cu (0) para Nitrato (+2). Aumentou.
3. Analisar Etapas II, III, IV: Verificar se o NOx mudou.
4. Analisar Etapa V: De Sulfato (+2) para Cu (0). Diminuiu. Achamos!

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Vamos abrir a maleta da Oxirredução.

Regra de Ouro do NOx:

1. Substância Simples: NOx = 0 (Ex: Cu, O₂, Zn).
2. Cobre em compostos comuns: NOx = +1 ou +2. Nos compostos azuis/verdes desse ciclo, é sempre +2.
   • Ex: Cu(NO₃)₂, Cu(OH)₂, CuO, CuSO₄. Em todos esses, o cobre é o cátion Cu²⁺.

O Dicionário Redox:

• Oxidação: Perder elétrons →→ NOx Aumenta (0 →→ +2).
• Redução: Ganhar elétrons →→ NOx Diminui (+2 →→ 0).

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos seguir o caminho do Cobre:

• Ponto de Partida: Cobre Metálico (Cu). Como é substância simples, NOx = 0.
• Etapa I: Vira Cu(NO₃)₂. O íon nitrato é NO₃⁻, logo o cobre é Cu²⁺ (NOx +2).
  • 0 →→ +2. Aumentou. Isso é Oxidação.
• Etapa II: Vira Cu(OH)₂. A hidroxila é OH⁻, logo o cobre é Cu²⁺ (NOx +2).
  • +2 →→ +2. Não mudou nada. (Reação de dupla troca).
• Etapa III: Vira CuO. O oxigênio é -2, logo o cobre é Cu²⁺ (NOx +2).
  • +2 →→ +2. Não mudou nada. (Decomposição térmica).
• Etapa IV: Vira CuSO₄. O sulfato é SO₄²⁻, logo o cobre é Cu²⁺ (NOx +2).
  • +2 →→ +2. Não mudou nada. (Reação ácido-base).
• Etapa V: Vira Cu (metálico). Substância simples, NOx = 0.
  • +2 →→ 0. Diminuiu! O cobre ganhou elétrons de volta (quem deu foi o Zinco, Zn).
  • Isso é Redução.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! Alguns alunos confundem “redução” com “ficar menor/decompor”. Na etapa III, o hidróxido perde água e vira um pó preto (óxido). Parece que “reduziu” de tamanho, mas quimicamente o NOx não mudou. Na química, redução é sempre sobre elétrons, não sobre tamanho da molécula.

A Bússola (O Perfil do Culpado):

• Síntese do raciocínio: Procuramos onde o NOx cai. Ele cai na última etapa, onde o ciclo fecha e volta ao metal puro.
• Expectativa: Etapa V.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) I.

• Diagnóstico do Erro: Confusão de Conceito (Oxidação vs Redução).
• Análise: O Cobre sai de 0 para +2. Ele perde elétrons. Isso é Oxidação. É o ataque ácido inicial.
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

B) II.

• Diagnóstico do Erro: Reação de Troca.
• Análise: Nitrato de cobre vira Hidróxido de cobre. Ambos têm Cobre +2. É apenas uma precipitação, não é redox.
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

C) III.

• Diagnóstico do Erro: Decomposição Térmica.
• Análise: Hidróxido vira Óxido + Água. O cobre continua sendo +2.
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

D) IV.

• Diagnóstico do Erro: Reação Ácido-Base.
• Análise: Óxido básico (CuO) reage com Ácido (H₂SO₄) para formar Sal e Água. O NOx não muda em reações ácido-base clássicas.
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

E) V.

• Análise de Correspondência: Perfeita.
• Análise: O Sulfato de Cobre (Cu²⁺) reage com Zinco metálico (Zn⁰). O Zinco é mais reativo e “empurra” seus elétrons para o Cobre.
  • Cu+2+2e−→Cu0
  • O cobre ganha elétrons, seu NOx cai de +2 para 0. Isso é a Redução.
• Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
No ciclo do cobre, o metal passeia por diversos compostos mantendo sua carga oxidada (+2), até que na etapa final (V), ele recebe seus elétrons de volta através do Zinco, sofrendo a redução que o restaura ao estado metálico original.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
Etapa I: Cobre é roubado (Oxidação). Etapa V: Cobre recebe o roubo de volta (Redução).

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Conecte isso com a Mineração.
A etapa V é idêntica ao processo industrial de obtenção de metais puros. A natureza nos dá o minério oxidado (como o CuO ou CuSO4). A metalurgia usa um agente redutor (como o Zinco ou Carbono) para “devolver” os elétrons e obter o metal puro que usamos nos fios elétricos. Sem a redução, não teríamos a Era dos Metais.