Questão 113 do ENEM 2021 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos analisar as transformações químicas que o cobre sofre ao longo do ciclo e identificar em qual delas ocorre a sua redução. Na química, a redução é o processo em que uma espécie química ganha elétrons, o que resulta na diminuição do seu Número de Oxidação (NOx). Por outro lado, a oxidação é a perda de elétrons, resultando no aumento do NOx.

Vamos determinar o NOx do cobre em cada uma das substâncias apresentadas no ciclo:

• Cobre metálico ($Cu$): Por ser uma substância simples, seu NOx é igual a $0$.
• Nitrato de cobre(II) ($Cu(NO_3)_2$): O ânion nitrato ($NO_3^-$) tem carga $-1$. Como há dois ânions nitrato na fórmula, a carga total negativa é $-2$. Para que o composto seja neutro, o cobre deve ter carga $+2$ (NOx $= +2$).
• Hidróxido de cobre(II) ($Cu(OH)_2$): O ânion hidróxido ($OH^-$) tem carga $-1$. Com dois hidróxidos, o cobre também apresenta NOx $= +2$.
• Óxido de cobre(II) ($CuO$): O oxigênio, na grande maioria dos compostos, tem NOx $= -2$. Portanto, para neutralizar a carga, o cobre tem NOx $= +2$.
• Sulfato de cobre(II) ($CuSO_4$): O ânion sulfato ($SO_4^{2-}$) tem carga $-2$, o que significa que o cobre tem NOx $= +2$.

Agora, vamos analisar o que acontece com o NOx do cobre em cada etapa do ciclo:

• Etapa I: O cobre passa de $Cu$ (NOx $= 0$) para $Cu(NO_3)_2$ (NOx $= +2$). O NOx aumentou de $0$ para $+2$, indicando que o cobre perdeu elétrons. Isso é uma oxidação.
• Etapa II: O cobre passa de $Cu(NO_3)_2$ (NOx $= +2$) para $Cu(OH)_2$ (NOx $= +2$). O NOx não se altera. Trata-se apenas de uma reação de dupla troca (precipitação).
• Etapa III: O cobre passa de $Cu(OH)_2$ (NOx $= +2$) para $CuO$ (NOx $= +2$). O NOx não se altera. É uma reação de decomposição térmica.
• Etapa IV: O cobre passa de $CuO$ (NOx $= +2$) para $CuSO_4$ (NOx $= +2$). O NOx não se altera. É uma reação entre um óxido básico e um ácido.
• Etapa V: O cobre passa de $CuSO_4$ (NOx $= +2$) de volta para $Cu$ metálico (NOx $= 0$). O NOx diminuiu de $+2$ para $0$, o que significa que o íon cobre ganhou elétrons (fornecidos pelo zinco metálico, $Zn$). Esse processo de ganho de elétrons e diminuição do NOx é a redução.

Portanto, a reação de redução do cobre ocorre na etapa V, onde ele recupera seus elétrons e retorna ao seu estado metálico inicial.