Para que apresente condutividade elétrica adequada a muitas aplicações, o cobre bruto obtido por métodos térmicos é purificado eletroliticamente. Nesse processo, o cobre bruto impuro constitui o ânodo da célula, que está imerso em uma solução de CuSO4. À medida que o cobre impuro é oxidado no ânodo, íons Cu2+ da solução são depositados na forma pura no cátodo. Quanto às impurezas metálicas, algumas são oxidadas, passando à solução, enquanto outras simplesmente se desprendem do ânodo e se sedimentam abaixo dele. As impurezas sedimentadas são posteriormente processadas, e sua comercialização gera receita que ajuda a cobrir os custos do processo. A série eletroquímica a seguir lista o cobre e alguns metais presentes como impurezas no cobre bruto de acordo com suas forças redutoras relativas.
Entre as impurezas metálicas que constam na série apresentada, as que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre são
A) Au, Pt, Ag, Zn, Ni e Pb.
B) Au, Pt e Ag.
C) Zn, Ni e Pb.
D) Au e Zn.
E) Ag e Pb
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Ciências da Natureza (Química: Eletroquímica, Oxirredução, Força Redutora, Pilhas Eletrolíticas, Purificação de Metais), Interpretação de Texto e Diagramas.
Tema/Objetivo Geral:
Compreensão do processo de purificação eletrolítica do cobre e aplicação da série eletroquímica para identificar quais impurezas metálicas presentes no cobre bruto se comportam de maneira específica (sedimentam abaixo do ânodo) durante o processo.
Nível da Questão
Difícil. Esta questão é de nível difícil porque exige a compreensão de um processo eletroquímico complexo (purificação eletrolítica) e a aplicação do conceito de “força redutora” a partir de uma série eletroquímica para determinar o comportamento de diferentes metais (oxidação ou redução/sedimentação) em relação ao cobre.
Gabarito
A alternativa correta é a B. Ela está correta porque o texto descreve que as impurezas que se sedimentam abaixo do ânodo são aquelas que não oxidam junto com o cobre. Isso significa que elas têm menor tendência a oxidar (ou maior tendência a se reduzir, ou menor força redutora) do que o cobre. Na série apresentada, o Ouro, a Platina e a Prata estão acima do cobre, indicando que possuem menor força redutora que o cobre (ou seja, oxidam com mais dificuldade que o cobre), portanto, não se oxidam e caem no fundo.
Resolução Passo a Passo
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial
“Entre as impurezas metálicas que constam na série apresentada, as que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre são”
O que está sendo pedido?
O comando nos pede para identificar, na série eletroquímica fornecida, quais impurezas metálicas se comportam de uma maneira específica: “se sedimentam abaixo do ânodo de cobre”.
Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é entender o processo de purificação eletrolítica do cobre, focar no que acontece no ânodo e usar a informação do texto sobre “força redutora” para determinar quais metais não oxidarão e, consequentemente, cairão no fundo como sedimento.
Pergunta de Atenção
Você se lembra que, em eletroquímica, alguns metais “gostam mais” de perder elétrons (oxidar) do que outros? O que acontece com os metais que NÃO querem perder elétrons quando o cobre está se oxidando?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Vamos revisar os conceitos chave de eletroquímica e o processo de purificação do cobre:
| Conceito | Explicação Simples e Fácil | Exemplo do Cotidiano |
| Purificação Eletrolítica de Cobre | É um processo usado para purificar cobre impuro (cobre bruto) usando eletricidade. O cobre impuro é colocado no ânodo (polo positivo) e o cobre puro no cátodo (polo negativo). | Refinar um metal para torná-lo mais puro e útil. |
| Ânodo | É o eletrodo onde ocorre a oxidação (perda de elétrons). No caso, o cobre impuro (ânodo) oxida, virando íons Cu²⁺. | Onde o metal “se dissolve” ou “se corrói” para virar íons. |
| Cátodo | É o eletrodo onde ocorre a redução (ganho de elétrons). No caso, os íons Cu²⁺ da solução são reduzidos e se depositam como cobre puro. | Onde os íons se transformam em metal sólido e “crescem”. |
| Impurezas Metálicas | Outros metais presentes no cobre bruto, além do próprio cobre. | Pequenas quantidades de ouro, prata, chumbo, etc., misturadas ao cobre. |
| Oxidação | Perda de elétrons. O metal vira íons e vai para a solução. | Ferro oxidando (enferrujando) e virando íons. |
| Redução | Ganho de elétrons. Os íons viram metal sólido. | Íons de cobre virando cobre metálico. |
| Força Redutora | É a capacidade de uma substância perder elétrons e, ao fazer isso, reduzir outra substância. Quanto maior a força redutora, mais fácil é para o metal oxidar. | Metais como o Sódio e o Potássio têm alta força redutora (oxidam muito fácil). Ouro e Platina têm baixa força redutora (oxidam com muita dificuldade). |
| Série Eletroquímica (Força Redutora) | É uma lista de elementos organizados pela sua força redutora. No diagrama, a seta para baixo indica aumento da força redutora. Isso significa que os metais de cima (Ouro) têm menor força redutora e os de baixo (Zinco) têm maior força redutora. | Ouro < Platina < Prata < Cobre < Chumbo < Níquel < Zinco. |
| “Sedimentam abaixo do ânodo” | O texto explica: “Quantos às impurezas metálicas, algumas são oxidadas, passando à solução, enquanto outras simplesmente se desprendem do ânodo e se sedimentam abaixo dele.” Isso significa que essas impurezas NÃO oxidam e, por serem sólidas, caem no fundo. | É como se o metal fosse tão “preguiçoso” para oxidar que ele prefere cair em pedaços do que se dissolver. |
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada
Estamos purificando cobre usando eletricidade. Pegamos uma barra de cobre “sujo” (com outras impurezas) e a colocamos no polo positivo (ânodo). Lá, o cobre se dissolve (oxida) e vira íons. Mas as impurezas? O texto diz que algumas impurezas também se dissolvem (oxidam) junto com o cobre e vão para a solução. Mas outras impurezas são tão “teimosas” que NÃO se dissolvem; elas apenas se soltam do cobre e caem no fundo, formando um “lodo de ânodo”. Temos uma lista de metais e sua “força redutora” (o quão fácil eles oxidam). A pergunta quer saber: quais desses metais são os “teimosos” que NÃO se dissolvem e caem no fundo?
Estratégia Geral
- Entender o que significa “sedimentar abaixo do ânodo”: significa que a impureza não oxidou.
- Relacionar “não oxidar” com a “força redutora”: se um metal não oxida junto com o cobre, é porque ele tem menos tendência a oxidar do que o cobre. Ou seja, ele tem menor força redutora que o cobre.
- Consultar a série eletroquímica fornecida e identificar os metais que estão acima do cobre (pois “força redutora” aumenta para baixo).
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
Vamos aplicar a lógica eletroquímica e a informação do texto:
- 1. Comportamento das impurezas no ânodo (cobre impuro):
- O ânodo é o local da oxidação.
- O cobre está oxidando: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻.
- O texto nos informa que:
- Algumas impurezas são oxidadas: Se elas oxidam, elas têm força redutora maior ou muito próxima à do cobre. Elas viram íons e vão para a solução.
- Outras simplesmente se desprendem e se sedimentam abaixo dele: Isso significa que essas impurezas NÃO oxidam. Por que não oxidam? Porque elas têm menor tendência a perder elétrons do que o cobre.
- 2. Conectando com a Força Redutora:
- Se um metal NÃO oxida quando o cobre oxida, é porque ele tem menor força redutora do que o cobre. Ou seja, ele é mais “difícil” de oxidar do que o cobre.
- 3. Consultando a Série Eletroquímica:
A série mostra os metais em ordem crescente de força redutora (seta para baixo).- Ouro (menor força redutora)
- Platina
- Prata
- Cobre
- Chumbo
- Níquel
- Zinco (maior força redutora)
- 4. Identificando as impurezas que sedimentam:
Procuramos os metais que têm menor força redutora do que o cobre, ou seja, aqueles que estão ACIMA do cobre na lista.
Esses metais são: Ouro (Au), Platina (Pt) e Prata (Ag). Eles não oxidarão no potencial em que o cobre oxida e, portanto, se desprenderão do ânodo e cairão no fundo como lodo anódico.
- Verificação Intermediária
O raciocínio é direto: sedimentar = não oxidar. Não oxidar = ter menor força redutora que o cobre. Na série, são os metais acima do cobre.
- Possível armadilha
A armadilha mais comum seria interpretar a “força redutora” ao contrário ou confundir o que significa “sedimentar”. Lembre-se que “sedimentar” é o oposto de “passar para a solução (oxidar)”. E na série, quanto mais para cima, menor a força redutora (mais difícil de oxidar).
- Fechamento e expectativa
O raciocínio nos leva claramente aos metais que estão acima do cobre na série de força redutora. Esperamos que a alternativa correta contenha Ouro, Platina e Prata.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
- (🔴) Alternativa A: “Au, Pt, Ag, Zn, Ni e Pb.” Incorreta. Inclui metais (Zn, Ni, Pb) que têm maior força redutora que o cobre, e portanto, oxidam junto com ele.
- (🟢) Alternativa B: “Au, Pt e Ag.” Correta. Ouro, Platina e Prata estão acima do cobre na série de força redutora, o que significa que têm menor força redutora que o cobre. Assim, eles não se oxidam e se sedimentam.
- (🔴) Alternativa C: “Zn, Ni e Pb.” Incorreta. Zinco, Níquel e Chumbo têm maior força redutora que o cobre, o que significa que eles oxidam e passam para a solução junto com o cobre.
- (🔴) Alternativa D: “Au e Zn.” Incorreta. Inclui Zn, que oxida.
- (🔴) Alternativa E: “Ag e Pb.” Incorreta. Inclui Pb, que oxida.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio
No processo de purificação eletrolítica do cobre, o ânodo é o local de oxidação. As impurezas metálicas que se sedimentam abaixo do ânodo são aquelas que não se oxidam junto com o cobre, ou seja, possuem menor força redutora do que o cobre. Ao consultar a série eletroquímica fornecida, verifica-se que Ouro (Au), Platina (Pt) e Prata (Ag) se encontram acima do cobre, indicando que são menos reativas e, portanto, se sedimentam.
Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a B, pois as impurezas que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre são Au, Pt e Ag.
Resumo Final para Revisão 🔍
Lembre-se: em purificação eletrolítica, os “preguiçosos” (metais nobres com baixa força redutora) não oxidam e caem no fundo, enquanto os “espertos” (metais mais reativos com alta força redutora) oxidam e se dissolvem!
