Questão 81 do ENEM 2015 — Ciências da Natureza

A formação da mancha avermelhada mencionada no problema refere-se à deposição de cobre metálico ($Cu$) sobre a superfície da faca de ferro ($Fe$). Isso ocorre devido a uma reação espontânea de oxirredução entre o ferro metálico da faca e os íons de cobre presentes na calda bordalesa.

Para determinar a equação química correta, precisamos analisar os potenciais padrão de redução ($E^\circ$) fornecidos. Em uma reação de oxirredução espontânea, a espécie com o maior potencial de redução tem maior tendência a ganhar elétrons (sofrer redução), enquanto a espécie com o menor potencial de redução irá perder elétrons (sofrer oxidação).

Observando os potenciais para o cobre e o ferro na tabela:

• Redução do cobre: $Cu^{2+} + 2 e^- \rightarrow Cu$ com $E^\circ = +0,34 \text{ V}$
• Redução do ferro: $Fe^{3+} + 3 e^- \rightarrow Fe$ com $E^\circ = -0,04 \text{ V}$

Como $+0,34 \text{ V} > -0,04 \text{ V}$, o íon cobre ($Cu^{2+}$) sofrerá redução, atuando como agente oxidante e se transformando em cobre metálico sólido (a mancha avermelhada). Consequentemente, o ferro metálico ($Fe$) da faca sofrerá oxidação, atuando como agente redutor.

Vamos montar as semirreações:

Semirreação de redução (mantém-se o sentido): $Cu^{2+}_{(aq)} + 2 e^- \rightarrow Cu_{(s)}$

Semirreação de oxidação (inverte-se o sentido): $Fe_{(s)} \rightarrow Fe^{3+}_{(aq)} + 3 e^-$

Para obtermos a equação global da reação, precisamos balancear o número de elétrons transferidos, pois a quantidade de elétrons perdidos na oxidação deve ser igual à quantidade ganha na redução. A redução consome $2$ elétrons, enquanto a oxidação libera $3$ elétrons. O mínimo múltiplo comum entre $2$ e $3$ é $6$. Portanto, multiplicamos a equação de redução por $3$ e a de oxidação por $2$:

$3 Cu^{2+}_{(aq)} + 6 e^- \rightarrow 3 Cu_{(s)}$ $2 Fe_{(s)} \rightarrow 2 Fe^{3+}_{(aq)} + 6 e^-$

Somando as duas semirreações e cancelando os elétrons, chegamos à equação global balanceada: $3 Cu^{2+}_{(aq)} + 2 Fe_{(s)} \rightarrow 3 Cu_{(s)} + 2 Fe^{3+}_{(aq)}$

Essa equação descreve exatamente o fenômeno observado: o ferro sólido reage com os íons de cobre em solução, formando cobre sólido (que se deposita como a mancha avermelhada) e liberando íons de ferro na solução. Analisando as alternativas, essa reação corresponde à alternativa E.