PRÉ-VESTIBULAR QUÍMICA PROF. EMANUEL

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1 PILHAS PRÉ-VESTIBULAR QUÍMICA PROF. EMANUEL 1) Um equipamento portátil utilizado na Estação Espacial Internacional e alimentado por uma bateria de níquelcádmio e constituído por poliestireno, um polímero formado a partir do monômero estireno, cuja nomenclatura oficial e etenilbenzeno. A bateria e formada por um eletrodo de cádmio e um eletrodo de hidróxido (oxido) de níquel (III) NiOOH, ambos imersos em solução aquosa de hidróxido de potássio com concentração 5,0 mol/l. A tabela a seguir apresenta as semirreações envolvidas e seus respectivos potenciais elétricos padrão de redução (E 0 ). Julgue os itens abaixo. ( ) O cádmio atua como agente redutor durante o processo de descarga da pilha de níquel-cádmio. ( ) O potencial elétrico padrão da pilha de níquel-cádmio e superior a 1,0 V. ( ) O baixo risco dos metais das pilhas de níquel-cádmio descartadas no meio ambiente justifica a tendência mundial do uso dessas pilhas. ( ) O cádmio irá reduzir e o níquel oxidar. ( ) O cátion cádmio (Cd 2+ ) é o agente redutor e, portanto, o eletrodo de cádmio será o cátodo da pilha. Sendo assim, o níquel (Ni) será o agente oxidante e, por isso, estará no ânodo. Gab: C C E E E 2) As células combustíveis despontam como a alternativa mais viável para a obtenção de energia elétrica. A figura I, abaixo, mostra a variação da eficiência na conversão de energia com a potência máxima de saída de várias fontes de energias renováveis.

2 As células combustíveis são, em princípio, baterias que convertem a energia química de uma reação eletroquímica em energia elétrica, como exemplificado na figura II. Na tabela abaixo, são apresentadas semirreações das células e o potencial padrão de redução. Tendo como referências os dados acima, julgue os itens abaixo: ( ) Durante o funcionamento da célula combustível representada na figura II, os elétrons fluem pelo circuito externo, do ânodo para o cátodo. ( ) A equação química da reação global que ocorre na célula combustível representada na figura II é dada por 2H 2 O(l) 2H 2 (g) + O 2 (g), e sua força eletromotriz é igual a 1,22 V. ( ) Na situação ilustrada na figura II, o eletrólito tem a função de conduzir elétrons e os íons H + em direções opostas, para que seja mantido o balanço de cargas na solução aquosa. ( ) Se a reação na célula combustível representada na figura II é catalisada, então a presença do catalisador aumenta a energia de ativação, o que faz que essa reação se processe mais rapidamente. Gab: C E E E 3) Nas células galvânicas, comumente denominadas pilhas, ocorrem reações de oxidação de redução arranjadas de forma que haja a transferência de elétrons através de um circuito externo e, assim, seja gerada corrente elétrica. A

3 pilha representada na figura acima consiste de um eletrodo de platina mergulhado no copo I, que contém íons Cr 3+ e Cr 2+ em solução, e de outro eletrodo, de cobre, mergulhado no copo II, que contém uma solução de sulfato de cobre. Os potenciais padrões de redução, a 25 ºC, dos eletrodos envolvidos são apresentados abaixo. Considerando essas informações e a de que a célula galvânica ilustrada está à temperatura de 25 ºC, julgue os itens abaixo. ( ) O valor negativo do potencial padrão de redução da meia-reação indica que, em qualquer célula eletroquímica de que o sistema Cr 3+ /Cr 2+ faça parte, o Cr 2+ será oxidado a Cr 3+. ( ) Na célula em questão, a transferência de elétrons por meio do circuito externo ocorre do catodo em direção ao anodo. ( ) A diferença de potencial padrão da célula apresentada é maior que 0,30 V. ( ) Se as soluções contidas nos copos I e II forem misturadas dentro de um mesmo copo e ambos os eletrodos forem mergulhados na solução resultante, nenhuma reação redox ocorrerá. Gab: E E C E 4) Alguns trocadores de calor utilizam tubos de alumínio por meio dos quais passa a água utilizada para a refrigeração. Em algumas indústrias, essa água pode conter sais de cobre. Sabendo que o potencial padrão de redução para o alumínio (Al 3+ para Al 0 ) é de 1,66 V e, para o cobre (Cu 2+ para Cu 0 ), é de +0,34 V, julgue os itens a seguir. ( ) A água contendo sais de cobre acarretará a corrosão da tubulação de alumínio do trocador de calor. ( ) Na pilha eletroquímica formada, o cobre é o agente redutor. ( ) Se a tubulação do trocador fosse feita de cobre, e a água de refrigeração contivesse sais de alumínio, não haveria formação de pilha eletroquímica entre essas espécies metálicas. ( ) O valor, em módulo, do potencial padrão para a pilha eletroquímica formada é igual a 1,32 V. Gab: C E C E 5) Com o passar do tempo, objetos de prata geralmente adquirem manchas escuras que são películas de sulfeto de prata (Ag 2 S) formadas na reação da prata com compostos que contém enxofre encontrados em vários alimentos. Um dos processos para limpar o objeto escurecido consiste em colocá-lo em um recipiente de alumínio contendo água e detergente e aquecer até a fervura. O detergente retira a gordura do objeto facilitando a reação do alumínio da panela com o sulfeto de prata, regenerando a prata com seu brilho característico. 2 Al + 3 Ag 2 S Al 2 S Ag

4 Sobre o assunto relativo ao texto acima, julgue os itens abaixo. ( ) A prata ao adquirir manchas escuras sofre oxidação. ( ) Na reação entre alumínio e o sulfeto de prata, o alumínio é o ânodo do processo. ( ) A prata possui maior potencial de oxidação do que o alumínio. ( ) A presença do detergente na água diminui o potencial de oxidação do alumínio. ( ) O alumínio é menos reativo do que a prata. Gab: C C E E E 6) 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, julgue os itens 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 (ΔEº> 0), o da eletrólise é não-espontâneo (ΔEº< 0). Gab: C E C 7) Para que apresente condutividade elétrica adequada a muitas aplicações, o cobre bruto obtido por métodos térmicos é purificado eletroliticamente. Nesse processo, o cobre bruto impuro constitui o ânodo da célula, que está imerso em uma solução de CuSO 4. À medida que o cobre impuro é oxidado no ânodo, íons Cu 2+ da solução são depositados na forma pura no cátodo. Quanto às impurezas metálicas, algumas são oxidadas, passando à solução, enquanto outras simplesmente se desprendem do ânodo e se sedimentam abaixo dele. As impurezas sedimentadas são posteriormente processadas, e sua comercialização gera receita que ajuda a cobrir os custos do processo. A série eletroquímica a seguir lista o cobre e alguns metais presentes como impurezas no cobre bruto de acordo com suas forças redutoras relativas. Entre as impurezas metálicas que constam na série apresentada, as que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre são a) Au, Pt, Ag, Zn, Ni e Pb. b) Au, Pt e Ag.

5 c) Zn, Ni e Pb. d) Au e Zn. e) Ag e Pb. Gab: B 8) O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma lenda urbana, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais: Mg Al Zn Cu Semirreacao Li e K e 2e 3e 2e 2e Li K Mg Al Zn Cu PotencialPadraode Reducao(V) 3,05 2,93 2,36 1,66 0,76 0,34 Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio. d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. Gab: E 9) A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro.

6 Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul? Gab: C 10) Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão (E ) apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais: Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 4,4 V? a) 3 b) 4 c) 6 d) 9 e) 15

7 Gab: B 11) O trabalho produzido por uma pilha é proporcional à diferença de potencial (ddp) nela desenvolvida quando se une uma meia-pilha onde a reação eletrolítica de redução ocorre espontaneamente (catodo) com outra meia pilha onde a reação eletrolítica de oxidação, ocorre espontaneamente (anodo). Com base nas semi-reações eletrolíticas acima, colocadas no sentido da oxidação, e seus respectivos potenciais, assinale a opção que indica os metais que produzirão maior valor de ddp quando combinados para formar uma pilha. a) Cobre como cátodo e prata como ânodo. b) Prata como cátodo e zinco como ânodo. c) Zinco como cátodo e cádmio como ânodo. d) Cádmio como cátodo e cobre como ânodo. e) Ferro como cátodo e zinco como ânodo Gab: B 12) Considere a célula eletroquímica abaixo e os potenciais das semi-reações: Sobre o funcionamento da pilha, e fazendo uso dos potenciais dados, é INCORRETO afirmar que: a) os elétrons caminham espontaneamente, pelo fio metálico, do eletrodo de níquel para o de cobre. b) a ponte salina é fonte de íons para as meia-pilhas. c) no anodo ocorre a semi-reação Ni(s) Ni 2+ (aq) + 2ed) no catodo ocorre a semi-reação Cu 2+ (aq) + 2e- Cu(s) e) a reação espontânea que ocorre na pilha é: Cu(s) + Ni 2+ (aq) Cu 2+ (aq) + Ni(s) Gab: E

8 13) Observe o esquema abaixo representado e responda: Dados: Zn e Zn Eº = 0,76 V Cu e Cu Eº = 0,34 V a) Sabendo-se que o béquer da esquerda contém solução de ZnSO 4 1 mol/l (solução incolor) e o béquer da direita contém solução de CuSO 4 1 mol/l (solução azul), o que se observa quando os dois eletrodos entram em contato com as soluções, após certo tempo de funcionamento da pilha galvânica? b) Qual a função da ponte salina neste processo químico? c) Identifique a espécie redutora e a oxidante. Gab: (a) Sabendo-se que o processo é espontâneo, após certo tempo de funcionamento da pilha, observa-se no béquer da direita o descoloramento da solução de sulfato de cobre (II) até perda total da cor e depósito de cobre metálico na superfície do eletrodo. No béquer na esquerda observa-se um desgaste do eletrodo de zinco, pois neste eletrodo está ocorrendo oxidação do zinco que passa para solução como íon zinco (II). (b) Permitir a passagem do fluxo de íons para a pilha durar mais tempo. (c) redutora: zinco metálico oxidante: cobre (II) 14) As equações químicas das semi-reações, que ocorrem em uma pilha utilizada em aparelhos de audição, são: ZnO(s) + H 2 O(l) + 2 e Zn(s) + 2OH (aq) E o = 0,76V HgO(s) + H 2 O(l) + 2 e Hg(l) + 2OH (aq) E o = + 0,85V a) Qual a equação global e o potencial-padrão da pilha? b) Qual dos seguintes óxidos, Ag 2 O, Al 2 O 3, MgO, poderia substituir o HgO nessa pilha? Justifique. DADOS: Ag + /Ag E o = + 0,80V Al 3+ /Al E 0 = 1,66V Mg 2+ /Mg E o = 2,36V Gab: a) Zn(s) + HgO(s) Hg(l) + ZnO(s) E o = + 1,61V b) Ag 2 O(s), pois formaria uma pilha com uma voltagem padrão muita próxima da anterior. Zn(s) + Ag 2 O(s) Ag(l) + ZnO(s) E o = + 1,56V 15) São fornecidos a um técnico de laboratório os seguintes materiais: fio de estanho, fio de prata, cloreto de estanho (sólido), cloreto de prata (sólido) e água. Além disso, há disponibilidade de uma balança, béqueres e uma ponte salina de cloreto de potássio.

9 a) desenhe uma célula galvânica padrão que contenha os materiais fornecidos ao técnico. Indique no desenho, a direção do fluxo de elétrons. b) escreva as equações químicas das semirreações, a reação global balanceada e, em seguida calcule o potencial padrão da célula galvânica construída com os materiais fornecidos. Gab: a) b)