Projeto Embuá Unidade de Aprendizagem: ENERGIA

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1 Projeto Embuá Unidade de Aprendizagem: ENERGIA Energia para realizar reações químicas: eletrólise do iodeto de potássio aquoso Existem reações químicas não espontâneas, mas que são realizadas com rapidez significativa se fornecermos energia elétrica. São chamadas eletrólises, as quais podem ser ígneas (substâncias líquidas por fusão) ou aquosas. Pela dificuldade técnica de realização de uma eletrólise ígnea, apresentamos a eletrólise do iodeto de potássio dissolvido em água. Muitas são as eletrólises escolares clássicas, mas não há tempo para realizá-las. Contudo, o estudo da eletrólise que ora propomos, em muitos aspectos, se assemelha às outras. Eventuais diferenças poderão ser pesquisadas em sites confiáveis sobre o assunto. Optamos pela realização do experimento de eletrólise de maneira alternativa, isto é, um único experimento será realizado sobre a lente de um retroprojetor. Esse aparelho, então, projeta imagens na parede ou numa tela própria, permitindo que todos observem as evidências de ocorrência da reação (bolhas, mudanças de cor). Materiais necessários Retroprojetor; Fonte de CC; Placa de petri; Eletrodos; Garras tipo jacaré ; Iodeto de potássio; Fenolftaleína; Maizena (amido de milho); Água; Papel toalha; Extensão elétrica.

2 - Prováveis resultados* do experimento *Com base nas observações feitas durante a realização da eletrólise. Observações feitas e explicações para os fenômenos 1 Formação de bolhas no pólo negativo (cátodo), indicando a formação de gás. Qual seria esse gás? Equacionamento provável KI (s) + H 2 O (l) K + (aq) + I (aq) (dissociação do iodeto de potássio) H 2 O (l) + H 2 O (l) H + (aq) + OH (aq) (autodissociação* da água) *Como a água é molecular (apresenta ligações covalentes) é melhor dizer ionização. Observe-se o surgimento de dois cátions (H + (aq) e K + (aq)). Ambos, por serem positivos, tendem a receber elétrons (inicialmente vindos da fonte elétrica), mas estudos mostram que o H + (aq) descarrega antes (é mais reativo) do K + (aq). Outro aspecto a considerar é que hidrogênio gasoso (indicado pela formação de bolhas) é diatômico (H 2(g) ). Quanto ao K + (aq), permanece dissociado na solução. 2H + (aq) + 2e H 2(g) Por que a reação de formação do hidrogênio é dita redução? O que pode significar o número (2) escrito na frente do H + (aq)? Por que a dupla flecha na equação química? 2 Surgimento de coloração amarela/marrom claro no pólo positivo (ânodo), indicando provável reação química, mas não há gás. Considere-se inicialmente a existência de dois de dois ânions (OH (aq) e I (aq)). Ambos, por serem negativos, tendem a perder elétrons. Estudos mostram que I (aq) recebe elétrons antes (é mais reativo), na comparação com OH (aq). A coloração amarela/marrom claro é típica de iodo molecular (I 2(s) ). Da mesma forma que o hidrogênio, o iodo molecular é diatômico. 2I (aq) I 2(s) + 2e Por que a reação de formação do iodo é dita oxidação? O ânion OH (aq), por sua vez, permanece na solução. Vem daí a coloração rosa com a adição de fenolftaleína (caráter básico da solução). 3 Aparecimento da cor azul intensa após certo tempo, com a presença de amido. Como, aos poucos, iodo molecular (I 2 ) vai sendo formado, mas ainda existe na solução iodeto (I ), ocorre reação secundária formando complexo químico: I 2(s) + I (aq) I 3 (aq) Os íons complexos (I 3 (aq) ) se inserem no interior da amilose (amido) na forma de novelo, o que acarreta na formação de um complexo de cor azul intensa. I 3 (aq) + amido = complexo azul de I 3 e amido 2

3 Equação global da eletrólise Dissociação do iodeto de potássio: 2KI (aq) 2K + (aq) + 2I (aq) Ionização da água: H 2 O (l) + H 2 O (l) 2H + (aq) + 2OH (aq) Reação catódica: 2H + (aq) + 2e H 2(g) Reação anódica: 2I (aq) I 2(s) + 2e Reação global: 2KI (aq) + 2H 2 O (l) 2K + (aq) + 2OH (aq) + H 2(g) + I 2(s) Um mapa conceitual para eletrólise Atividades I. Pesquisar a respeito da série de reatividade de cátions e ânions e tabela de potenciais de oxidação redução; II. Resolver as questões típicas de vestibulares sobre eletrólise; III. Construir experimentos (um por grupo) de pilhas (que realmente funcionam!), os quais utilizam materiais caseiros. Alguns reagentes e equipamentos, contudo, podem estar disponíveis na escola. Verificar com o professor ou com a professora essa disponibilidade. IV. Realizar leitura complementar no endereço a seguir: 3

4 Questões de vestibulares Assinalar a única alternativa correta: 01. Um estudante resolveu folhear sua chave com prata, utilizando a seguinte montagem: Nessa célula, a chave corresponde ao: (A) anodo, que é o pólo positivo. (B) anodo, que é o pólo negativo. (C) catodo, que é o pólo positivo. (D) catodo, que é o pólo negativo. (E) cátodo, onde ocorre a oxidação. 02. A eletrólise ígnea do cloreto de sódio resulta em sódio metálico e gás cloro. Nesse processo, cada íon (A) cloreto recebe um elétron. (B) sódio recebe dois elétrons. (C) sódio recebe um elétron. (D) sódio perde um elétron. (E) cloreto perde dois elétrons. 03. Os principais fenômenos estudados pela eletroquímica são a produção de corrente elétrica, através de uma reação química (pilha), e a ocorrência de uma reação química, pela passagem de corrente elétrica (eletrólise). Com relação a esses fenômenos, analise as proposições abaixo. I. As pilhas comuns são dispositivos que aproveitam a transferência de elétrons em uma reação de oxirredução, produzindo uma corrente elétrica, através de um condutor. II. Em uma pilha a energia elétrica é convertida em energia química. III. O fenômeno da eletrólise é basicamente contrário ao da pilha, pois enquanto na pilha o processo químico é espontâneo E > 0, o da eletrólise é não-espontâneo E < 0. Assinale a alternativa correta.. (A) Somente a proposição II é verdadeira. (B) Somente as proposições I e II são verdadeiras. (C) Somente as proposições I e III são verdadeiras. (D) Somente a proposição I é verdadeira. (E) Todas as proposições são verdadeiras. 4

5 04. Dados: o indicador fenolftaleína é incolor em ph < 8 e rosa em ph acima de 8. o amido é utilizado como indicador da presença de iodo em solução, adquirindo uma intensa coloração azul devido ao complexo iodo-amido formado. Um experimento consiste em passar corrente elétrica contínua em uma solução aquosa de iodeto de potássio (KI). O sistema está esquematizado a seguir. Para auxiliar a identificação dos produtos são adicionadas, próximo aos eletrodos, solução alcoólica de fenolftaleína e dispersão aquosa de amido. Sobre o experimento é incorreto afirmar que (A) haverá formação de gás no eletrodo B. (B) a solução ficará rosa próximo ao eletrodo A. (C) no eletrodo B ocorrerá o processo de oxidação. (D) o eletrodo A é o cátodo do sistema eletrolítico. (E) a solução ficará azul próximo ao eletrodo B. 05. Obtém-se magnésio metálico por eletrólise do MgCl 2 fundido. Nesse processo, a semirreação que ocorre no cátodo é: (A) Mg 2+ + Mg 2 Mg (B) Mg e Mg (C) 2Cl - 2e Cl 2 (D) Mg e Mg (E) 2Cl + 2e Cl No intervalo de um jogo de futebol da seleção brasileira, para aliviar a tensão, Vinícius resolveu aplicar seus conhecimentos de química e descobriu qual o desgaste da cápsula de zinco da pilha de seu rádio, durante os 90 minutos da partida. Dados: 1 F = C; massa molar do Zn = 65 g/mol Considerando que a quantidade de carga envolvida é igual a C, a cápsula de zinco da pilha sofreu um desgaste de: (A) 0,1625 g (B) 0,1300 g (C) 0,3275 g (D) 0,6500 g (E) 0,7630 g 07. Na obtenção de prata por eletrólise de solução aquosa de nitrato de prata, o metal se forma no: (A) cátodo, por redução de íons Ag +. (B) cátodo, por oxidação de íons Ag +. (C) cátodo, por redução de átomos de Ag. (D) ânodo, por redução de íons Ag +. (E) ânodo, por oxidação de átomos de Ag. 5

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