Questão 95 — ENEM 2017Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Eletroquímica (Eletrólise aquosa / processo cloro-soda)
• ⚡ Nível: Médio — exige comparar potenciais de redução do Na⁺ e da água para saber qual espécie é reduzida no cátodo
• 🎯 Tema/Habilidade: Eletrólise de solução aquosa de NaCl (indústria cloro-álcali) — interpretar esquema de célula eletroquímica e prever produtos de cada eletrodo
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Além do Cl₂ (no ânodo) e do NaOH (na solução), qual gás é liberado no cátodo dessa célula?"
• Palavras-chave decisivas: eletrólise, produto secundário, cátodo (−)
• Armadilha típica: achar que o metal sódio (Na) se deposita no cátodo, por ser esse o "cátion do sal". Isso só ocorre em eletrólise ígnea (sal fundido, sem água); em solução aquosa, a água é reduzida antes do Na⁺.
• O que a resposta precisa demonstrar: domínio da regra de prioridade de descarga em eletrólise aquosa — por que a água "vence" o cátion metálico alcalino na disputa pelos elétrons do cátodo.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Eletrólise: processo não espontâneo (ΔG > 0) em que corrente elétrica externa força uma reação de oxirredução a ocorrer; por isso a célula é alimentada por uma bateria, como mostra a figura.
• Prioridade de descarga no cátodo (redução): em solução aquosa, cátions de metais muito reativos (família 1A, 2A, Al) não são reduzidos — quem se reduz é a própria água, liberando H₂(g) e OH⁻(aq). Só cátions de metais menos reativos (Cu²⁺, Ag⁺, etc.) se depositam preferencialmente à água.
• Prioridade de descarga no ânodo (oxidação): ânions como Cl⁻ são oxidados a Cl₂(g) com mais facilidade do que a água é oxidada a O₂(g), especialmente em soluções concentradas de cloreto — por isso o produto anódico da eletrólise da salmoura é Cl₂, e não O₂.
• Processo cloro-soda (cloro-álcali): eletrólise industrial da salmoura (NaCl aquoso) que gera simultaneamente três produtos de valor comercial: Cl₂(g), H₂(g) e NaOH(aq) (soda cáustica).
• Função do diafragma de amianto: separa fisicamente o compartimento anódico do catódico, permitindo a passagem de íons pela solução mas impedindo que o Cl₂ formado no ânodo entre em contato com a solução alcalina (NaOH) do cátodo — contato que geraria hipoclorito de sódio, um produto indesejado nesse processo.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado (e da Figura)

• Evidência 1: o eletrodo marcado com (+) libera "Cl₂(g)" → confirma que ali ocorre oxidação (ânodo), consistente com 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻.
• Evidência 2: o eletrodo marcado com (−) libera um gás rotulado apenas como "Produto secundário" → é exatamente essa incógnita que a questão pede para identificar; por ser o eletrodo negativo, ali ocorre redução (cátodo).
• Evidência 3: abaixo da célula há um "dreno para solução aquosa alcalina", posicionado do lado do cátodo → prova que, além do gás, forma-se uma base (OH⁻ acumulando-se) naquele compartimento, o que só é compatível com a redução da água.
• Síntese: a figura já entrega o produto anódico (Cl₂) e a natureza básica do produto catódico em solução (NaOH); falta apenas nomear o gás que acompanha essa basificação no cátodo — e esse gás só pode ser H₂, subproduto da redução da água.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Mapear os íons em solução

A solução de partida é NaCl(aq), ou seja, contém Na⁺(aq), Cl⁻(aq) e moléculas de H₂O (parcialmente autoionizadas em H⁺ e OH⁻). São essas as espécies "candidatas" a reagir em cada eletrodo.

Subpasso 4.2 — Escrever a semirreação do ânodo (+)

No ânodo ocorre oxidação. Entre Cl⁻ e H₂O, o cloreto é oxidado preferencialmente (efeito de sobrepotencial e alta concentração do íon na salmoura):

2 Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2 e⁻

Esse resultado bate exatamente com o "Cl₂(g)" indicado na figura, saindo do eletrodo (+).

Subpasso 4.3 — Escrever a semirreação do cátodo (−)

No cátodo ocorre redução. Comparando os potenciais-padrão de redução:

Na⁺(aq) + e⁻ → Na(s) E° = −2,71 V (reação praticamente impossível em meio aquoso)

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

Como a água é reduzida com muito mais facilidade que o Na⁺, é ela quem recebe os elétrons no cátodo, liberando gás hidrogênio e deixando OH⁻ acumulado na solução (que se combina ao Na⁺ "espectador", formando NaOH). Esse H₂(g) é o "produto secundário" apontado na figura.

Subpasso 4.4 — Montar a equação global e verificar

Somando as semirreações (multiplicando o ânodo por 1 e ajustando elétrons):

2 NaCl(aq) + 2 H₂O(l) —eletrólise→ Cl₂(g) + H₂(g) + 2 NaOH(aq)

Três produtos surgem: Cl₂ (já indicado no ânodo da figura), NaOH (a "solução aquosa alcalina" que escoa pelo dreno) e H₂ (o produto secundário do cátodo, a incógnita da questão). Isso confirma, sem ambiguidade, que a resposta é o gás hidrogênio molecular.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) vapor de água.

❌ Incorreta: a água não é um produto liberado nessa etapa — ela é justamente o reagente reduzido no cátodo. Confundir "consumo de água" com "liberação de vapor de água" é o erro típico de quem não escreve a semirreação catódica.

B) oxigênio molecular.

❌ Incorreta: O₂ seria formado pela oxidação da água (2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻), uma reação anódica, não catódica. Além disso, na presença de alta concentração de Cl⁻, é o cloreto que se oxida preferencialmente no ânodo, então nem ali o O₂ predomina.

C) hipoclorito de sódio.

❌ Incorreta: NaClO só se formaria se o Cl₂ produzido no ânodo reagisse com a solução de NaOH do cátodo (reação usada industrialmente para fabricar água sanitária, mas em células sem separação entre os compartimentos). Aqui, o diafragma de amianto existe justamente para impedir esse contato e manter Cl₂ e NaOH como produtos separados e puros.

D) hidrogênio molecular.

✅ Correta: a espécie reduzida no cátodo, em meio aquoso, é a água — não o Na⁺ —, liberando H₂(g) simultaneamente à formação de íons OH⁻. Esse H₂ é o produto secundário do processo cloro-soda, exatamente o que a figura rotula junto ao eletrodo negativo.

E) cloreto de hidrogênio.

❌ Incorreta: não há formação de HCl gasoso nessa célula. Os únicos gases produzidos são Cl₂ no ânodo (oxidação do Cl⁻) e H₂ no cátodo (redução da água); H⁺ e Cl⁻ não se recombinam como gás nas condições descritas.

🏆 Gabarito: D — no cátodo da eletrólise aquosa de NaCl, a água é reduzida preferencialmente ao Na⁺, liberando gás hidrogênio (H₂) e formando NaOH em solução; esse H₂ é o produto secundário do processo.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: D é a única alternativa compatível com a semirreação catódica de redução da água, coerente tanto com o rótulo "produto secundário" quanto com o dreno de "solução aquosa alcalina" indicados na figura.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar eletrólise aquosa em contextos industriais (cloro-soda, galvanoplastia, purificação de metais), sempre pedindo que o aluno identifique o produto de cada eletrodo a partir de esquemas de célula ou de dados de potencial de redução.
• Generalização: em eletrólise de soluções aquosas, compare o potencial de redução do cátion do sal com o da água — se o cátion for de metal muito reativo (1A, 2A, Al), a água "ganha" a disputa e é reduzida no cátodo, liberando H₂ e formando uma base; ânions como haletos costumam ser oxidados preferencialmente à água no ânodo.
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara O₂ (produto seria anódico, não catódico) e HCl (não existe combinação gasosa de H⁺ e Cl⁻ nesse processo); depois, descarte hipoclorito de sódio lembrando que o diafragma separa os compartimentos justamente para evitar essa reação — sobra apenas vapor d'água (reagente, não produto) versus H₂, e a lógica da redução da água resolve a dúvida.
• Conexões: compare com a pilha de Daniell (processo espontâneo, o inverso conceitual da eletrólise) e com a eletrólise ígnea do NaCl fundido (usada para obter sódio metálico, pois sem água o Na⁺ é a única espécie catódica disponível).