QUÍMICA - 3 o ANO MÓDULO 30 ELETROQUÍMICA EXERCÍCIOS DE PILHA

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1 QUÍMICA - 3 o ANO MÓDULO 30 ELETROQUÍMICA EXERCÍCIOS DE PILHA

2 Como pode cair no enem Pilhas e baterias são dispositivos tão comuns em nossa sociedade que, sem percebermos, carregamos vários deles junto ao nosso corpo; elas estão presentes em aparelhos de MP3, relógios, rádios, celulares etc. As semirreações descritas a seguir ilustram o que ocorre em uma pilha de óxido de prata. Zn (s) + OH - (aq) ZnO (s) + H 2 O (I) + e- Ag 2 O (s) + H 2 O (I) + e - Ag (s) + OH - (aq) Pode-se afirmar que esta pilha: a) é uma pilha ácida. b) apresenta o óxido de prata como o ânodo. c) apresenta o zinco como o agente oxidante. d) tem como reação da célula a seguinte reação: Zn (s) + Ag 2 O (s) ZnO (s) + 2Ag (s). e) apresenta fluxo de elétrons na pilha do eletrodo de Ag 2 O para o Zn.

3 Fixação 1) (UFRJ) Podemos prever se uma reação de simples troca ocorre ou não com base na série de reatividade decrescente dos metais. Mergulhando-se uma lâmina de zinco em uma solução de ácido clorídrico, o zinco deslocará o hidrogênio por ser mais reativo do que ele. Se o cobre é usado em lugar do zinco, não ocorre reação. Outra forma de se prever a espontaneidade de uma reação é utilizar escalas de potenciais de reação como, por exemplo, os da tabela a seguir, que devem ser usados para resolver os itens a e b. Potenciais-Padrão de Redução Volts Zn e - Zn 0-0,76 Ni e - Ni 0-0,23 Cu e - Cu 0 + 0,34 a) Indique se a equação Cu 0 + Ni 2 + Ni 0 + Cu 2 + corresponde a uma reação espontânea. Justifique sua resposta. b) Escreva a equação da reação que ocorre no ânodo e calcule a força eletromotriz (ddp padrão) de uma pilha níquel / zinco.

4 Fixação 2) (UFRJ) Estávamos na sede da Aços Villares e eu apresentei meu plano para onze pessoas que pensam, respiram e vivem aço no seu trabalho. Aço, inimigo filosófico e eletrolítico do alumínio. (KLINK, Amyr. Paratii-Entre Dois Polos, pág. 89.) A tabela a seguir indica os potenciaispadrão de redução de alguns metais. Use-a para resolver os itens a e b. Potenciais-Padrão de Redução Mg e - Mg 0 Al e - Al 0 Zn e - Zn 0 Fe e - Fe 0 Ni e - Ni 0 Cu e - Cu 0 Volts -2,37-1,66-0,76-0,44-0,23-0,34 a) O alumínio e o aço são muito utilizados na construção de barcos. É comum, entretanto, observarmos a existência de pontos de corrosão nos lugares onde o aço entra em contato direto com o alumínio. Sabendo que o ferro é o principal constituinte do aço, escreva a reação de oxirredução que ocorre nestes pontos. b) Uma forma de proteger um metal contra oxidação é fixar lâminas de outro metal que se oxide mais facilmente do que ele. Escolha, dentre os metais indicados na tabela, o mais adequado para a proteção de uma embarcação de alumínio. Justifique a sua escolha. c) Uma outra forma de proteger um metal é a deposição de uma camada de óxido do próprio metal sobre sua superfície. Coloque os óxidos de elementos do 3º período da tabela periódica Al 2 O 3, MgO, SO 2, Cl 2 O 5 e Na 2 O em ordem crescente de caráter ácido.

5 Fixação 3) (UNIRIO) (...) A função das pilhas ou células combustíveis é gerar a corrente elétrica que faz, por exemplo, o motor de um veículo funcionar. O tipo de célula que vem sendo mais desenvolvido é o da Membrana de Troca de Prótons (PEM). Trata-se de um conjunto de placas metálicas, geralmente feitas de platina, que recebe os gases e estimula (através de processos físicos e eletroquímicos) a transformação de suas moléculas. Nas células, são inseridos de um lado o hidrogênio (H 2 ), que possui dois átomos, e de outro o oxigênio (O 2 ), também com dois átomos. (O Globo / 2001) Uma pilha de combustível é um dispositivo eletroquímico de conversão de energia química em eletricidade. As reações envolvidas na reportagem acima estão descritas abaixo: 2H 2(g) + 4 OH - (aq) 4 H 2 O (l) + 4 e- O 2(g) + 2 H 2 O (l) + 4 e - 4 OH - (aq) A partir das reações apresentadas, conclui-se que o: a) oxigênio sofre oxidação no cátodo do sistema; b) hidrogênio sofre oxidação no ânodo do sistema; c) hidrogênio sofre oxidação no cátodo do sistema; d) hidrogênio sofre redução no ânodo do sistema; e) oxigênio sofre redução no ânodo do sistema.

6 Fixação 4) (UFF) A indústria trabalha com equipamentos que precisam ser bem conservados e protegidos para que não sejam danificados por um processo chamado de corrosão. A corrosão pode destruir alguns metais de que é feito o equipamento que, muitas vezes, fica exposto ao tempo, enterrado no solo ou submerso. Essa corrosão quando se processa no ferro, por exemplo, é chamada de ferrugem; e o oxigênio e a água estão sempre presentes nesse processo. Suas principais etapas são: Uma região da superfície do metal serve de ânodo, onde ocorre a oxidação representada por: Fe (s) Fe e - E 0 = + 0,41 volts (aq) Uma outra região, que serve de cátodo, onde os elétrons cedidos pelo ferro reduzem o oxigênio atmosférico à água, é representada por: O 2(g) + 4H + (aq) + 4e- 2H 2 O (l) E 0 = + 1,25 volts. A reação global representativa da formação de ferrugem do metal é: 2Fe (s) + O 2(g) + 4H + (aq) 2Fe2+ + 2H 2 O (l) (aq) Para essa reação, o valor do potencial-padrão, em volts, será: a) zero b) + 0,84 c) 0,84 d) + 1,66 e) 1,66

7 Fixação 5) (UFF) Para se preparar uma célula galvânica, um aluno coloca uma lâmina de zinco num recipiente (béquer) que contém uma solução de ZnSO 4 1,0 M. Num outro recipiente, contendo uma solução de Au 2 (SO 4 ) 3 1,0 M, é colocado uma lâmina de ouro. Ligam-se os eletrodos a um voltímetro e utiliza-se uma ponte salina para estabelecer o contato entre as soluções. Considerando os seguintes valores dos potenciais de redução: E 0 = Zn 2+ / Zn 0 = - 0,76 V ; E 0 = Au 3+ / Au 0 = + 1,50 V a) Faça um esquema dessa célula. Responda às seguintes perguntas: b) Em qual eletrodo vai ocorrer a oxidação? c) Qual é o caminho (sentido) dos elétrons? d) Qual dos eletrodos é o cátodo? e) Depois da célula trabalhar durante algum tempo, qual é o eletrodo que apresenta um aumento de massa?

8 Fixação (UERJ) Utilize os dados abaixo para responder às questões de números 6 a 8. Uma interessante sequência de reações químicas pode ser realizada em casa. Coloque um pouco de tintura de iodo (I 2 ) em contato com pregos galvanizados (Zn) e você observará o descoramento da tintura. Para retornar à cor original, acrescente um pouco de água sanitária (NaClO). A cor da tintura retorna, mas forma-se um precipitado branco, que é facilmente eliminado pela adição de vinagre (etanoico). A tabela abaixo apresenta dados eletroquímicos referentes às etapas iniciais da sequência de reações. Semirreação Zn Zn +2 +2e - I 2 + 2e - 2l - ClO - + H 2 O + 2e - Cl - + 2OH - Potencial-padrão + 0,76 V + 0,54 V + 0,84 V 6) Escreva a equação química que ilustra o descoramento da tintura de iodo.

9 Fixação 7) Calcule a diferença de potencial produzida pela reação nas condições-padrão que faz retornar a cor original da tintura de iodo.

10 Fixação 8) Escreva o nome da base insolúvel produzida pela adição de água sanitária ao sistema e a fórmula do sal formado na última etapa da sequência reacional.

11 Fixação 9) (ENEM) Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande. Na outra face do dispositivo o filme de polipirrol sofre redução, expulsando ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na figura. (DE PAOLI, M. A. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. São Paulo, maio 2001 [adaptado].) A camada central de eletrólito polimérico é importante porque: a) absorve a irradiação de partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de polipirrol. b) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico. c) mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de polipirrol. d) permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de potencial, gerando corrente elétrica. e) promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial.

12 Proposto 1) Você já deve ter sentido uma dor fina ao encostar em sua obturação metálica (amálgama de mercúrio e prata) um talher de alumínio ou mesmo uma embalagem que contenha revestimento de alumínio. O que você sente é o resultado de uma corrente elétrica produzida pela pilha formada pelo alumínio e pela obturação. Considere as informações a seguir e marque a opção que apresenta a ddp ou fem da pilha, o cátodo e o ânodo, nesta ordem. Dados: Al e - Al (s) E 0 = - 1,66 V Hg e - 2Hg (liga com prata) E 0 = + 0,85 V ddp Cátodo Ânodo a) + 0,81 V Al (s) b) - 0,81 V Al 3+ Hg (s) c) - 2,51 V Al (s) d) + 2,51 V Al 3+ Hg (s) e) + 2,51 V Al (s)

13 Proposto 2) A figura a seguir representa uma pilha de mercúrio usada em relógios e cronômetros. isolante zinco metálico pasta de KOH e água óxido de mercúrio II aço inoxidável As reações que ocorrem nessa pilha são: Zn 0 (s) Zn2+ + 2e - (aq) HgO (s) + H 2 O + 2e - Hg + OH - a) De qual eletrodo partem os elétrons quando a pilha está fornecendo energia? Justifique. b) Cite duas substâncias cujas quantidades diminuem com o funcionamento da pilha. Justifique.

14 roposto ) Utilizando a tabela de potenciais padrão apresentada a seguir, pode-se prever se uma reação corre espontaneamente e também determinar a diferença de potencial entre os eletrodos de ma pilha. Sn e - Sn 0 E 0 =-0,14V Fe e - Fe 0 E 0 =-0,44 V Zn e - Zn 0 E 0 =-0,76 V Ag e - Ag 0 E 0 = +0,80 V ) Justifique por que, nas condições-padrão, a reação abaixo ocorre espontaneamente. Sn 2+ (aq) + Fe 0 (s) Sn0 (aq) + Fe2+ (s) ) Determine a eletromotriz padrão (ddp padrão) da pilha zinco/prata. Fio condutor Zn Ponte salina Ag Solução de um sal de zinco Solução de um sal de prata

15 Proposto 4) Pequenos pedaços de Zn (s), Fe (s) e Cu (s) são mergulhados, separadamente, em solução aquosa de HCl 1,0 mol. L -1. Dados: potenciais padrão de redução, a 25ºC. Semirreação E 0 (volt) Zn e - Zn (s) - 0,76 Fe e - Fe (s) - 0,44 H e - H 2(g) 0,00 Cu e - Cu (s) + 0,34 É correto afirmar que haverá dissolução do metal no ácido para: a) Apenas o Cu (s) b) Zn (s) e Fe (s) c) Zn (s) e Cu (s) d) Fe (s) e Cu (s) e) Todos os metais

16 Proposto 5) Nas semirreações Au 0 Au e Cu 0 Cu e - O ânodo, o cátodo e o ΔE da pilha são, respectivamente: Dados: E 0 red.au = + 1,50 V E 0 red. Cu = +0,34 V a) cobre, ouro e + 1,16 V b) ouro, cobre e + 1,16 V c) ouro, cobre e + 2,32 V d) cobre, ouro e -2,32 V e) ouro, cobre e - 1,16 V

17 Proposto 6) Na pilha de Daniell (veja esquema) ocorre a reação: (aq) Zn (s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu (s) (aq) + - compartimento b compartimento A cobre metálico material poroso zinco metálico Esquema da pilha de Daniell Qual das substâncias da lista abaixo, dissolvida em água, você escolheria para colocar no compartimento B a fim de que a pilha pudesse produzir eletricidade? Justifique. Lista: HCl, ZnCl 2, CuSO 4, Na 2 SO 4, PbSO 4, ZnSO 4

18 Proposto 7) O desenho abaixo representa o corte de uma pilha de manganês. Grafita MnO 2(s) ZnCl 2(s) + NH 4 Cl (s) + H 2 O Zn (s) As reações que ocorrem durante o funcionamento da pilha são: 2MnO 2(s) + 2NH + 4(aq) + 2e Mn 2 O 3(s) + 2NH 3(aq) + H 2 O (I) Zn (s) Zn + 2e - a) Qual é o oxidante dessa reação? b) Cite uma substância cuja quantidade diminui e uma cuja quantidade aumenta quando a pilha está funcionando.

19 Proposto 8) A proteção catódica é um método empregado para proteger peças metálicas que estão sujeitas à corrosão. Tal proteção envolve a utilização de um metal (de sacrifício) em contato com o metal que se queira proteger. Explique qual dos metais da tabela abaixo será mais eficiente na proteção do ferro. Potenciais de redução padrão a 25 C: Semirreação E 0 (volt) Cu e- Cu +0,34 Fe e- Fe -0,44 Mg e- Mg -2,37 Zn e- Zn -0,76

20 Proposto 9) O funcionamento de uma pilha de combustível é baseado nas semirreações abaixo, cada uma delas representada com o respectivo potencial padrão de redução E 0 : 2H 2 O (l) + 2 e - 1H 2(g) + 2OH - E 0 = -0,828 V 1/2O 2(g) + 1H 2 O (l) + 2 e - 2OH - E 0 = +0,401V Levando-se em conta essas informações, afirma-se: I) A reação global da pilha de combustível é: 1H 2(g) + 1/2 O 2(g) 1H 2 O (l) II) O hidrogênio sofre oxidação no processo; III) A diferença de potencial desta pilha de combustível, em condição-padrão, é igual a 1,229 V. Estão corretas as afirmativas: a) I, apenas b) II, apenas c) I e II apenas d) II e III apenas e) I, II e III

21 Proposto 10) Encanamentos de ferro mergulhados em água sofrem corrosão, devido, principalmente, à reação: Para proteger encanamentos nessas condições, costuma-se ligá-los a barras de outros Fe (s) + 2H 1+ (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g) metais, que são corroídos em vez dos canos de ferro. Conhecendo os potenciais padrões de redução: Cu e - Cu (s) E 0 = + 0,34 V Fe e - Fe (s) E 0 = - 0,44 V Mg e - Mg (s) E 0 = - 2,37 V 2 H e - H 2(g) E 0 = 0,0 V E dispondo-se de barras de magnésio e cobre, propõe-se: a) Qual metal deve ser utilizado para proteger o encanamento? Justifique. b) Escreva as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra metálica escolhida, indicando o agente oxidante e o agente redutor.

22 Proposto 11) O recém-construído Canal do Trabalhador, que transfere água da bacia do Jaguaribe para a do Pacoti, possui alguns trechos em que a água percorre tubulações de ferro. Para prolongar seu tempo de vida útil, essas peças foram postas em contato com pequenas barras de metal M. Dados os seguintes potenciais-padrão de redução: Cr e - Cr (s) E 0 = -0,74 V Fe e - Fe (s) E 0 = -0,44 V Mg e - Mg (s) E 0 = -2,37 V 2H 3 O e - H 2 O (l) + 1H 2(g) E 0 = 0,00 V Cu e - Cu (s) E 0 = +0,34 V Responda: a) Qual dos metais indicados pode ser o metal M? b) Qual a sua função?

23 Proposto 12) Nas baterias de chumbo usadas nos automóveis, os eletrodos são placas de chumbo e de óxido de chumbo, PbO 2, imersas em solução de ácido sulfúrico concentrado, com densidade de ordem de 1,280 g/cm³. isolador de papelão (em pontilhado) + _ E- E - placas de chumbo com PbO 2 Eletrólito de H 2 SO 4 placas de chumbo As reações que ocorrem durante a descarga da bateria são as seguintes: I) Pb (s) + SO PbSO 4(s) + 2 e - II) PbO 2(s) + 4H 1+ + SO PbSO 4(s) + 2H 2 O (l) a) Qual das duas reações ocorre no polo negativo (ânodo) da bateria? Justifique sua resposta. b) Explique o que acontece com a densidade da solução da bateria durante sua descarga.

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