O alumínio é um metal bastante versátil, pois, a partir dele, podem-se confeccionar materiais amplamente utilizados pela sociedade. A obtenção do alumínio ocorre a partir da bauxita, que é purificada e dissolvida em criolita fundida (Na3AlF6) e eletrolisada a cerca de 1 000 °C. Há liberação do gás dióxido de carbono (CO2), formado a partir da reação de um dos produtos da eletrólise com o material presente nos eletrodos.
O ânodo é formado por barras de grafita submergidas na mistura fundida. O cátodo é uma caixa de ferro coberta de grafita. A reação global do processo é:
Na etapa de obtenção do alumínio líquido, as reações que ocorrem no cátodo e ânodo são:
Resolução em Texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- QUÍMICA – Eletroquímica e Reações de Redox:
- Reações de oxidação e redução
- Identificação de cátodo e ânodo
- Obtenção industrial de metais por eletrólise
- Eletrólise ígnea da alumina (Al₂O₃)
📔 Nível da Questão:
- Médio — exige domínio de conceitos eletroquímicos aplicados a uma situação industrial, leitura de reações redox, reconhecimento de onde ocorrem as semirreações e interpretação correta dos eletrodos.
✅ Gabarito:
- ✅ Letra A
🎯 Tema/Objetivo Geral:
- Obtenção de metais por eletrólise – Reações de oxirredução na extração do alumínio.
🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 COMANDO DA QUESTÃO:
“Na etapa de obtenção do alumínio líquido, as reações que ocorrem no cátodo e ânodo são:”
🔍 O QUE ESTÁ SENDO PEDIDO?
Identificar corretamente as reações de oxirredução que ocorrem em cada eletrodo (cátodo e ânodo) durante a eletrólise da alumina fundida.
🎯 OBJETIVO CRISTALINO:
Reconhecer que:
- No cátodo, ocorre redução do íon Al³⁺ em Al metálico
- No ânodo, ocorre oxidação do O²⁻ e do carbono do eletrodo, formando CO₂
❓ PERGUNTA DE ATENÇÃO:
Você percebeu que o enunciado exige três reações distintas — duas principais (cátodo e ânodo) e uma do eletrodo de carbono, que também sofre oxidação?
🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
🔹 1. Como funciona a eletrólise da bauxita?
- A bauxita contém Al₂O₃ (alumina), que é dissolvida em criolita fundida (Na₃AlF₆)
- A temperatura é de cerca de 1000 ºC
- O sistema é montado com:
• Cátodo: onde ocorre a redução (ganho de elétrons)
• Ânodo: onde ocorre a oxidação (perda de elétrons)
🔹 2. Reações envolvidas
➤ No CÁTODO (redução):
Íons de alumínio recebem elétrons e viram alumínio metálico:
Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (l)
✔️ Isso ocorre no fundo da cuba eletrolítica
➤ No ÂNODO (oxidação):
Os íons O²⁻ presentes na alumina perdem elétrons e se transformam em O₂:
2 O²⁻ → O₂ (g) + 4 e⁻
Mas esse oxigênio formado no ânodo reage com o ânodo de grafite (carbono):
C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g)
💡 Resultado: o ânodo é consumido com o tempo e deve ser substituído.
🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 A equação global fornecida no enunciado:
2 Al₂O₃ (l) + 3 C → 4 Al (l) + 3 CO₂ (g)
Nos mostra dois caminhos:
- Alumínio líquido é formado → vem da redução de Al³⁺ no cátodo
- CO₂ é liberado → vem da reação do oxigênio liberado com o carbono do ânodo
O enunciado pede para identificar essas três reações separadas, com destaque para o que ocorre em cada eletrodo.
🔷 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
✔️ No cátodo (redução):Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (l)
✔️ No ânodo (oxidação):2 O²⁻ → O₂ (g) + 4 e⁻
✔️ Reação com o eletrodo de grafita:C + O₂ → CO₂
Essas três equações representam o conjunto de reações parciais que explicam a equação global da eletrólise da bauxita.
🔷 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
A)
- Cátodo:
Al³⁺ + 3 e⁻ → Al✔️ - Ânodo:
2 O²⁻ → O₂ + 4 e⁻✔️ - Reação do carbono:
C + O₂ → CO₂✔️
✅ Correta!
B)
- Ânodo com Al³⁺? ❌ Al³⁺ se reduz no cátodo, não no ânodo.
C)
- Reação do carbono colocada como ânodo, mas faltou a oxidação real do O²⁻ ❌
D)
- Ordem invertida e sem coerência entre cátodo e ânodo ❌
E)
Mesmas reações da A, mas ordem trocada entre ânodo e cátodo ❌
🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
A eletrólise da bauxita gera alumínio metálico no cátodo, pela redução de íons Al³⁺, e gás oxigênio no ânodo, pela oxidação dos íons O²⁻. Esse oxigênio reage com o ânodo de grafita, formando CO₂.
✅ Gabarito: Letra A
