Eletrólise. Energia elétrica. Energia química. pilhas

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Natália Aranha Castilho
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1 Universidade Federal do Acre Engenharia Agronômica Pet - Agronomia Petiana: Tatiane Almeida Tutor: José Ribamar Torres

2 Conceito ELETROQUÍMICA Energia química eletrólise pilhas Energia elétrica Transformação de energia Química em elétrica Elétrica em química Onde ocorre Pilha elétrica Eletrólise Tipo de reação Espontânea Não espontânea

Química em elétrica Elétrica em química Onde ocorre

3 Metal Perder elétrons Agente redutor Oxidação Al Al e Zn Zn e Cu Cu e Tendência Potencial de oxidação

4 Não-metal Ganhar elétrons Agente oxidante Redução Cl e 2 Cl Br 2 + 2e 2 Br 1- I 2 + 2e 2 I 1- Tendência Potencial de redução

5 Potenciais Al e Al E 0 = - 1,66 V Al Al e E 0 = + 1,66 V Zn e Zn E 0 = - 0,76 V Zn Zn e E 0 = + 0,76 V 2H e H 2 E 0 = 0,00 V H 2 2H e E 0 = 0,00 V Cu e Cu E 0 = + 0,34 V Cu Cu e E 0 = - 0,34 V Cl 2 + 2e 2Cl 1-2Cl 1 - Cl 2 E 0 = + 1,36 V + 2e E 0 = - 1,36 V

0,00 V H 2 2H 1+ + 2e E 0 = 0,00 V Cu 2+ + 2e Cu E 0 = + 0,34 V Cu Cu 2+ +

6 Maior potencial de oxidação redução Maior capacidade de ganhar perder elétrons Melhor oxidante redutor

7 ❶ COMPARAÇÃO ENTRE REDUTORES E OXIDANTES Metais Al e Cu Não-metais Br 2 e Cl 2 Íons Al 3+, Cu 2+, Br 1- e Cl 1-

8 Potenciais de redução Al e Al Cu e Cu E 0 = - 1,66 V E 0 = + 0,34 V Br e 2 Br 1- E 0 = + 1,07 V Cl e 2 Cl 1- E 0 = + 1,36 V

9 Melhor oxidante ganhador de elétrons = Cl 2 Pior redutor perdedor de elétrons = Cl 1- Pior oxidante Melhor redutor = Al 3+ = Al Mau Bom oxidante Bom Mau redutor

10 ❷ ESPONTANEIDADE DE REAÇÕES Para sabermos se a reação 2 Al + 3 Cu 2+ 2 Al Cu é espontânea, lembremos-nos de que: Al e Al E 0 = -1,66 V Cu e Cu E 0 = +0,34 V Os potenciais mostram que espontaneamente ocorrem as semi-reações:

Al 3+ + 3 e Al E 0 = -1,66 V Cu 2+ + 2 e Cu E 0 = +0,34 V Os

11 Cu e Cu 1 Al Al e 2 portanto,a reação espontânea: 2 Al + 3 Cu 2+ 2 Al Cu 3 número de elétrons ganhos = número de elétrons perdidos

12 é espontânea a reação? 2 Br Cl 1- Cl Br 1- valores dos potenciais de redução: Br 2 + 2e 2 Br 1- E 0 = + 1,07 V Cl 2 + 2e 2 Cl 1- E 0 = + 1,36 V espontaneamente ocorrem as semi-reações Cl 2 + 2e 2 Cl 1-2 Br 1- Br 2 + 2e 1 2

13 portanto, a reação Cl Br 1-2 Cl 1- + Br 3 2 é espontânea, enquanto a reação 2 Br Cl 1- Cl Br 1-4 é inversa à 3, e portanto, não é espontânea.

14 2 metais nãometais mais reativo Maior potencial de oxidação redução Menor potencial de oxidação redução

15 EXERCÍCIOS 1. (UEMG) Considere as semi-reações: Cu 2+ (aq) + 2 e- Cu(s) E 0 = +0,34 V H + (aq) + e- ½ H 2 (g) E 0 = 0,00 V Mg 2+ (aq) + 2 e- Mg (s) E 0 = -2,37 V Cl 2 (g) + 2 e- 2 Cl - (aq) E 0 =+ 1,36 V O melhor agente redutor para elas é: a) Cu(s). b)h 2 (g). c)mg(s). d) Cl - (aq).

16 Resolução: Nas semi-reações apresentadas o reagentes ganham elétrons, sendo oxidantes e sofrendo redução. O melhor oxidante é o Cl 2 e o pior oxidante é o Mg 2+. Como a um bom oxidante corresponde um mau redutor, o melhor redutoréomg 2+ eopior,cl 1-.

O melhor oxidante é o Cl 2 e o pior oxidante é o Mg 2+.

17 EXERCÍCIOS 2. (PUC-RS) Instrução: responder a questão 2 com base nos seguintes potenciais de redução: Mg 2+ (aq) + 2 e - Mg (s) E 0 = -2,37 V Ni 2+ (aq) + 2 e - Ni (s) E 0 = -0,25 V Fe 3+ (aq) + e- Fe 2- (aq) E 0 = 0,77 V Cu 2+ (aq) + e- Cu (s) E 0 = 0,34 V

18 A equação que corresponde à única reação espontânea é: a)mg 2+ (aq) + Ni (s) Mg (s) + Ni 2+ (aq) b)cu 2+ (aq)mg (s) Cu (s) + Mg 2+ (aq) c)ni 2+ (aq) + 2 Fe 2+ (aq) Ni + 2 Fe 3+ (aq) d)cu 2+ (aq) + 2 Fe 2+ (aq) Cu (s) + 2 Fe 3+ (aq) e)ni 2+ (aq)cu (s) Ni (s) + Cu 2+ (aq)

19 Resolução: Como E 0 Cu 2+ Cu = 0,34 V > E 0 Mg2+ Mg = - 2,37 V ocorreu espontaneamente as semi-reações: Cu 2+ (aq)+2e Cu (s) Mg (s) Mg 2+ (aq)+2e EareaçãoCu 2+ (aq)+mg (s) Cu (s) +Mg 2+ (aq)

20 Pilha Elétrica ou galvânica Cu e Cu E 0 = + 0,34 V Al e Al E 0 = - 1,66 V ELETROQUÍMICA Cu 2+ Al 3+ Reação espontânea 2 Al + 3 Cu 2+ 2 Al Cu Por etapas Al Al e 1 Cu e Cu 2

21 Pilha Elétrica ou galvânica ELETROQUÍMICA ❶ ANÁLISE DE PILHA EM REGIME DE DESCARGA Reações que ocorrem: - Eletrodo de alumínio - Eletrodo de cobre - Reação global de pilha Al Al e Cu e Cu 2 Al + 3 Cu 2+ 2 Al Cu x 2 x 3 +

22 Pilha Elétrica ou galvânica ELETROQUÍMICA Polaridade da pilha - Pólo ou eletrodo negativo elétrodo de alumínio - Pólo ou eletrodo elétrodo de positivo cobre cátodo ânodo pólo de entrada saída de de elétrons oxidação redução

23 Pilha Elétrica ou galvânica ELETROQUÍMICA EXERCÍCIOS 1. (UNIGRAN-MT) Dados os seguintes pares para a construção de uma pilha Cr 3+ (aq) + 3 e - Cr (s) E 0 = -0,74 V; Zn (aq) + 2 e Zn (s) E = -0,76 V; Assinale a alternativa correta. a)a semi-reação no ânodo é Cr 3+ (aq) + 3 e - Cr (s) b)a semi-reação no cátodo é Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e - c)a reação balanceada da pilha é 2 Cr 3+ (aq) + 3 Zn (s) 2 Cr (s) + 3 Zn 2+ (aq)

24 Pilha Elétrica ou galvânica Resolução: ELETROQUÍMICA As semi-reações nos eletrodos são: Cátodo:Cr 3+ (aq)+3e Cr (s) Ânodo:Zn (s) Zn 2+ (aq)+2e Areaçãoglobalé: 2Cr 3+ (aq)+3zn (s) 2Cr (s) +3Zn 2+ (aq) Addpé0,02V;oCr 3+ (aq)éagenteoxidante.

25 Pilha Elétrica ou galvânica ELETROQUÍMICA 2. (Faculdade Evangélica de Medicina do Paraná) Com relação à pilha formada entre os eletrodos de cádmio e chumbo é correto afirmar: (Dados: E 0 Cd 2+ / Cd = -0,40 V; E 0 Pb 2+ / Pb = -0,13 V) a)a diferença de potencial da pilha é 0,53 volts. b)os íons cádmio sofrem redução. c)o elétrodo de chumbo é o cátodo da pilha. d) a placa de chumbo diminui de massa. e) o eletrodo de cádmio é o pólo positivo da pilha.

26 Pilha Elétrica ou galvânica ELETROQUÍMICA Resolução: As semi-reações nos eletrodos são: Cátodo:Pb 2+ (aq)+2e Pb (s) Ânodo:Cd (s) Cd 2+ (aq)+2e Addp da pilha é (-0,13) (0,40) = 0,27 V; a placa de Pb aumenta de massa e a de Cd, diminui.

27 Eletrólise Energia química - - ELETROQUÍMICA Energia elétrica + + Banho eletrolítico

28 Eletrólise ELETROQUÍMICA ❶ MECANISMO DA ELETRÓLISE elétron ânodo - + elétron cátodo - cátodo ânodo + cátion ânions

29 ELETROQUÍMICA Eletrólise Eletrólise processo processo ânodo ânodo pilha pilha espontâneo espontâneo saída saída de de elétrons elétrons ocorre ocorre oxidação oxidação pólo pólo negativo negativo processo processo cátodo cátodo pilha pilha espontâneo espontâneo entrada entrada de de elétrons elétrons ocorre ocorre redução redução pólo pólo positivo positivo elétrons elétrons oxidação oxidação negativo negativo eletrólise eletrólise não não espontâneo espontâneo saída saída de de elétrons elétrons ocorre ocorre oxidação oxidação pólo pólo positivo positivo elétrons elétrons redução redução positivo positivo eletrólise eletrólise não não espontâneo espontâneo entrada entrada de de elétrons elétrons ocorre ocorre redução redução pólo pólo negativo negativo

30 Eletrólise ELETROQUÍMICA ❷ ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA Auto-ionização H 2 O + H 2 O ou H 3 O 1+ + OH 1- H 2 O H 1+ + OH 1- Prioridade de descarga dos cátions: H 1+ se descarrega antes dos cátions dos metais alcalinos, alcalinos-terrosos e do alumínio;

31 Eletrólise ELETROQUÍMICA H 1+ se descarrega depois dos cátions dos demais metais; semi-reação catódica: 2 H e H 2 Prioridade de descarga dos ânions: OH 1- se descarrega antes dos ânions oxigenados e F 1- ;

32 Eletrólise ELETROQUÍMICA OH 1- se descarrega depois dos ânions não oxigenados, exceto o F 1- ; semi-reação anódica: 4 OH 1-4 e + 2 H 2 O+ O 2

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