Questão 95 do ENEM 2017 — Ciências da Natureza

A questão trata da eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio ($NaCl$), um dos processos mais importantes da indústria química (processo cloro-soda). Para descobrir o produto secundário, precisamos identificar quais íons estão presentes e como cada um se comporta nos eletrodos.

Em solução aquosa de $NaCl$, coexistem íons vindos da dissociação do sal e da autoionização da água:

• Cátions: $Na^+$ (do sal) e $H^+$ (da água).
• Ânions: $Cl^-$ (do sal) e $OH^-$ (da água).

Ao aplicar a corrente elétrica, as reações de oxirredução são forçadas e ocorre uma "competição" entre os íons para descarregar em cada eletrodo.

No ânodo (polo positivo)

Os ânions ($Cl^-$ e $OH^-$) migram para o ânodo, onde ocorre a oxidação (perda de elétrons). Em soluções concentradas de cloreto de sódio (salmoura), o íon cloreto ($Cl^-$) tem preferência de descarga sobre o hidróxido. Ele é oxidado, produzindo o gás cloro ($Cl_2$):

$2\,Cl^-_{(aq)} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2\,e^-$

No ânodo, portanto, desprende-se o gás cloro ($Cl_2$) — que é justamente o produto principal citado no enunciado.

No cátodo (polo negativo)

Os cátions ($Na^+$ e $H^+$) migram para o cátodo, onde ocorre a redução (ganho de elétrons). Entre o sódio e o hidrogênio, o cátion associado à água tem potencial de redução muito maior — metais alcalinos como o sódio são difíceis de reduzir em meio aquoso. Assim, é a água que sofre redução, liberando gás hidrogênio ($H_2$) e deixando íons hidróxido em solução:

$2\,H_2O_{(l)} + 2\,e^- \rightarrow H_{2(g)} + 2\,OH^-_{(aq)}$

O gás hidrogênio ($H_2$) é o produto gasoso que se desprende no cátodo, sendo o produto secundário do processo.

A solução restante

Como os íons cloreto foram oxidados a gás cloro e a água foi reduzida a gás hidrogênio, sobram na solução os íons $Na^+$ (que não reagiram) e os íons $OH^-$ (gerados na redução da água). A união desses íons forma o hidróxido de sódio ($NaOH$), uma base forte. Por isso a solução remanescente torna-se alcalina, contendo $NaOH$.

Dessa forma, o produto secundário gasoso obtido no cátodo é o hidrogênio molecular ($H_2$).

Gabarito: D.