2 Ano do Ensino Médio Físico Química Exercícios Extras

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1 Ano do Ensino Médio Físico Química Exercícios Extras Assunto: Eletrólise aquosa e Leis de Faraday (UNIFOR CE) Em um copo de vidro contendo uma solução aquosa de brometo de sódio, NaBr (aq), são introduzidos dois eletrodos inertes de grafite, que são conectados a uma bateria. Iniciando o processo, pode-se observar: - em um dos eletrodos, ocorre uma rápida formação de bolhas de um gás; - no outro eletrodo, simultaneamente, ocorre o aparecimento de uma coloração amarela que, progressivamente, vai escurecendo, até atingir um tom alaranjado. Abaixo, são apresentados os valores de potenciais de redução associados a possíveis espécies presentes. Na + (aq) + e Na(s) Eº =,71 V H O(l) + e H (g) + OH (aq) Eº = 0,83 V Br (l) + e Br (aq) Eº = + 1,07 V O (g) + 4 H + (aq) + 4 e H O(l) Eº = + 1,3 V

2 Sabendo-se que a coloração amarelo-laranja observada em um dos eletrodos, indica a presença de Br (aq), podemos afirmar que a) na eletrólise ocorrida, o elemento bromo sofre oxidação na superfície do catodo. b) na eletrólise ocorrida, a formação de gás, na superfície do anodo resulta da redução da água. c) o surgimento da cor amarelo-laranja ocorre na superfície do catodo. d) há uma diminuição progressiva do ph na eletrólise ocorrida. e) pode-se obter uma produto secundário, NaOH, ao fim da eletrólise ocorrida. 0 - (UFMG) Uma solução aquosa de iodeto de potássio, KI (aq), é eletrolisada num tubo em U, como representado nesta figura: O material de que cada um dos eletrodos é constituído não reage durante a eletrólise. Iniciado o processo, pode-se observar: em um dos eletrodos, uma rápida formação de bolhas de um gás; e, ao mesmo tempo, no outro eletrodo, o aparecimento de uma leve coloração amarelada, que, progressivamente, vai escurecendo, até atingir um tom castanho-avermelhado. Nesta tabela, apresentam-se valores de potenciais de redução associados a possíveis espécies presentes nessa solução aquosa de KI: H O(l) e Semirreação K (aq) e K(s) 1/ H (g) OH (aq) I (aq) e I (aq) 1/ O (g) H (aq) e - H O(l) E ο /V,9 0,83 0,54 1,3

3 1. Sabe-se que a coloração amarelada, observada em um dos eletrodos, indica a presença de I (aq). Assinalando com um X a quadrícula apropriada, INDIQUE se, a) na eletrólise ocorrida, o elemento iodo sofre oxidação ou redução. O elemento iodo sofre oxidação. redução. b) na eletrólise ocorrida, a formação de gás, no outro eletrodo, resulta de oxidação ou de redução. A formação de gás resulta de oxidação. redução.. Considerando os dados contidos na tabela de potenciais de redução apresentada no início desta questão, a) REPRESENTE as duas semirreações ocorridas na eletrólise e a equação balanceada da reação global. b) CALCULE a força eletromotriz associada a essa reação global. (Deixe seus cálculos indicados, explicitando, assim, seu raciocínio.) 3. Considerando, ainda, os dados da tabela de potenciais de redução apresentada no início desta questão, EXPLIQUE por que é impossível a obtenção de potássio metálico, K (s), em solução aquosa. Para tanto, use valores apropriados de potencial de redução/oxidação.

4 03 - (FUVEST SP) Água pode ser eletrolisada com a finalidade de se demonstrar sua composição. A figura representa uma aparelhagem em que foi feita a eletrólise da água, usando eletrodos inertes de platina. a) Nesse experimento, para que ocorra a eletrólise da água, o que deve ser adicionado, inicialmente, à água contida no recipiente IV? Justifique. b) Dê as fórmulas moleculares das substâncias recolhidas, respectivamente, nos tubos II e III. c) Qual a relação estequiométrica entre as quantidades de matéria (mols) recolhidas em II e III? d) Escreva a equação balanceada que representa a semi-reação que ocorre no eletrodo (anodo) inserido no tubo III (UFTM MG) O gás cloro, amplamente empregado como bactericida, pode ser gerado pelos seguintes processos: I. eletrólise da salmoura concentrada; II. eletrólise do cloreto de sódio fundido; III. reação de dióxido de manganês com ácido clorídrico. a) Escreva a equação química que representa a reação global que ocorre em cada um desses processos. b) Escreva as equações das semi-reações que ocorrem em cada eletrodo (cátodo e ânodo) no processo I. c) No processo III, qual espécie química é oxidante? Qual é a redutora? Justifique sua resposta com base em números de oxidação.

5 05 - (UNIFESP SP) A figura representa uma célula de eletrólise de soluções aquosas com eletrodo inerte. Também são fornecidos os potenciais padrão de redução (Eº) de algumas espécies. Na (aq) e Na(s) Eº,71V H (aq) e H (g) Eº 0,00V H O( ) 1/ O e OH (aq) Eº 0,40V Cl (g) e Cl (aq) Eº 1,36V Para essa célula, foram feitas as seguintes afirmações: I. O pólo positivo é o eletrodo do compartimento Y. II. O ânodo é o eletrodo do compartimento X. III. A ddp para a eletrólise de uma solução aquosa de NaCl(aq) é positiva. IV. Na eletrólise de solução aquosa de NaCl(aq) há formação de gás hidrogênio no eletrodo do compartimento Y. V. Na eletrólise da solução aquosa de NaCl(aq) há formação de gás cloro no compartimento X. São corretas somente as afirmações a) I, II, III e IV. b) I, III e V. c) I, IV e V. d) II, III e IV. e) II, IV e V.

6 06 - (UFOP MG) 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 (UEPG PR) Dentro de um béquer, dois eletrodos inertes de platina estão imersos em uma solução de cloreto de cobre em água. Esses eletrodos são então ligados a uma bateria externa, o que provoca a eletrólise da solução. Acerca do sistema assim montado, assinale o que for correto. 01. Ocorre a liberação de cloro gasoso no anodo. 0. Ocorre a formação de óxido de cobre (II) em um dos eletrodos e de ácido clorídrico gasoso no outro. 04. Não ocorre reação de oxidação-redução. 08. Ocorre a deposição de cobre no catodo (Unimontes MG) A tabela abaixo apresenta informações sobre três células eletrolíticas de NaCl em estados diferentes. Estado fundido soluçãoaquosaconcentrada soluçãoaquosadiluída Anodo A Cl C Produto Catado Na B H

7 Dada a ordem decrescente de facilidade de descarga de alguns cátions, Ag + > Cu + > Mn + > H 3 O + > Mg + > Na + > Li +, e de ânions, ânions não oxigenados > OH > ânions oxigenados, e o F,quais os produtos formados A, B e C? Justifique sua resposta para cada produto (PUC SP) 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 (UNESP SP) Enquanto a transformação química na pilha é espontânea, a da eletrólise é provocada por uma corrente elétrica. Na pilha, a transformação química produz energia elétrica, enquanto que na eletrólise uma reação consome energia elétrica. Durante a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl), ocorre a dissociação iônica do sal e da água.

8 Sabendo-se que: H (aq) elétrons H(g) Eº (redução ) 0,00 V Cl (g) elétrons Cl (aq) Eº (redução ) 1,36V Escreva para essa eletrólise: a) a equação de dissociação do sal, as semi-reações de redução e de oxidação e a reação global; b) os produtos obtidos no cátodo e no ânodo (UFG GO) Em metalurgia, um dos processos de purificação de metais é a eletrodeposição. Esse processo é representado pelo esquema abaixo, no qual dois eletrodos inertes são colocados em um recipiente que contém solução aquosa de NiCl. Dados: Constante de Faraday: C/mol Massa Molar do Ni: 59 g/mol Baseando-se no esquema apresentado, a) escreva as semirreações, que ocorrem no cátodo e no ânodo, e calcule a corrente elétrica necessária para depositar 30 g de Ni (s) em um dos eletrodos durante um período de uma hora; b) calcule a massa de NiCl, com excesso de 50%, necessária para garantir a eletrodeposição de 30 g de Ni (s).

9 1 - (UEL PR) Em uma célula eletrolítica contendo solução de NiSO 4 foram imersos dois eletrodos inertes. Determine a massa de níquel metálico e a de gás oxigênio produzidas após a passagem, pela célula, de uma corrente de 4,0 A durante 1,0 h. Dado: 1 mol de Ni = 58,7 gramas, 1 mol de O = 3,0 gramas Ni + + e Ni (s) Eº = -0,6V 4e + O (g) + 4H + H O Eº = 1,3V Apresente os cálculos realizados na resolução da questão (PUC RS) Utilizou-se, em uma cuba eletrolítica, uma corrente elétrica para depositar toda a prata existente em 0,5 litro de uma solução 0,M de AgNO 3. Se F é a carga de um mol de elétrons, qual a carga necessária para completar a operação? a) 0,1F b) 0,F c) 0,5F d) 1,0F e),0f 14 - (UFF RJ) Uma eletrólise ígnea de ZnCl se processa a 17 C e pressão de 1 atm. Sabendo-se que uma corrente de 5 A passa pela célula durante 10 h, pede-se o volume em litros de cloro que é produzido nas condições do problema (UEG GO) Considere que 0,585 g de cloreto de sódio foram fundidos e, posteriormente, submetidos a uma corrente elétrica de 3,86 Å. Para o processo, determine: DADO: 1F = C a) a equação global; b) o tempo necessário para a completa decomposição do sal.

10 16 - (PUC RS) Uma amostra de alumínio comercial, de massa igual a 10,0g, foi dissolvida em ácido adequado, e a solução resultante foi eletrolisada até a deposição total de alumínio, mediante a passagem de 1 mol de elétrons pelo circuito. O percentual de pureza aproximado do alumínio comercial é a) 90% b) 80% c) 70% d) 60% e) 50% 17 - (UFT TO) A obtenção do Magnésio metálico por eletrólise do MgCl fundido, apresenta como semireação: Mg + + e Mg. Se durante um processo for aplicada uma corrente elétrica de 50,0A por um período de 1h, qual a massa aproximada de magnésio formada? dado: constante de Faraday: F = C/mol. a),0g b) 6, x 10 3 g c) 44,0g d) 11,0g e) 9,6 x 10 3 g TEXTO: 1 - Comum à questão: 0 Corais Recifes de corais artificiais estão sendo usados para acelerar o processo de restauração dos recifes naturais. Para isso, a Biorock Inc. utiliza armações de aço que são energizadas por uma corrente elétrica de baixa voltagem. Isto faz com que os minerais da água do mar nelas se prendam, formando uma fina camada de calcário. Desse modo, pode-se prender pequenos pedaços de coral nas armações, que ficam seguras devido ao calcário acumulado. (BBC Knowledge, outubro de 009, p. 9)

11 0 - (PUC Camp SP) Considerando uma corrente elétrica de 1,0 ma, o tempo gasto, em segundos, para formar 1,0 g de H, considerando somente esta reação no cátodo, é, aproximadamente, a) b) c) d) e) GABARITO: 1) Gab: E ) Gab: 1. a) Oxidação b) Redução. a) Oxidação: I (aq) I (aq) + e Redução: H O (l) + e H (g) + OH (aq) Equação Balanceada: H O (l) + I (aq) I (aq) + H (g) + OH (aq) b) º = º red + º oxid º red : -0,83v (H O) º oxid : 0,54v (I ) º = 0,83v 0,54v º = 1,37v 3. I (aq) I (aq) + e º = 0,54v K + (aq) + e K (s) º =,9v K + (aq) + I (aq) I (aq) + K (s) º = 3,46v De acordo com as equações e cálculos apresentados, a redução de íons K + exige um fornecimento de uma diferença de potencial elétrico maior do que aquela fornecida para a produção de H (calculada no item ).

12 3) Gab: a) Para haver condução de corrente elétrica em solução aquosa, é necessária a presença de íons livres na solução. No caso, para fazermos a eletrólise da água, devemos adicionar no recipiente IV um eletrólito. O cátion desse eletrólito deve apresentar potencial de redução menor que o da H O (exemplos: alcalino, alcalinoterroso e alumínio, como Na +, K +, Ca +, ) e o ânion deve apresentar potencial de oxidação menor que o da H O (exemplos: F e ânions oxigenados, como 4 SO, NO 3, ClO 3, ). Como exemplos, podemos citar: H SO 4 (diluído), NaNO 3, KF: H SO NaNO HF 4 3 H Na K F 4 3 SO NO b) No cátodo (II), ocorre redução da água de acordo com a equação da reação: HO(l) e H(g) OH (aq) No ânodo (III), ocorre oxidação da água: H O(l) H (aq) 1/ O (g) e As fórmulas das substâncias recolhidas nos tubos II e III são, respectivamente, H e O. c) A equação global que representa a reação da eletrólise da água e: H O H + 1/O 1 mol 0,5 mol A proporção em mols de H e O formados e de 1 mol para 0,5 mol. Proporção : 1 d) O(l) H (aq) 1/ O (g) e H 4) Gab: a) Processo I: NaCl + H O H + Cl + Na + + OH Processo II: NaCl Na + Cl Processo III: MnO + 4HCl MnCl + Cl + H O b) Cátodo: H + + e H Ânodo: Cl Cl + e c) Oxidante: MnO Nox Mn +4 O Mn + Cl

13 O Mn +4 do MnO diminui de NOX ao transformar-se no Mn + do MnCl. Portanto, o MnO atua como agente oxidante. Redutor: HCl HCl Cl Nox = 0 Ocorre aumento de NOX quando o Cl do HCl transforma-se no Cl(Nox = 0) do Cl. Assim, HCl atua como agente redutor. 5) Gab: E 6) Gab: D 7) Gab: 09 8) Gab: A = Cl ; B = H ; Cl 9) Gab: A 10) Gab: a) Equação de dissociação do sal: NaC ( aq) Na (aq) C(aq) Semi-reações (vide comentário a seguir): anódica C ( aq) C (g) e catódica HO( ) e H(g) OH(aq) Equação global: ( aq) HO( ) H(g) C (g) OH(aq) C ou NaC ( aq) HO( ) H(g) C (g) NaOH (aq) b) Os produtos gasosos obtidos no cátodo e no ânodo são, respectivamente, hidrogênio (H ) e cloro (Cl ).

14 Comentário: a primeira semi-reação dada, a redução de H (aq), não se aplica à eletrólise da solução salina e neutra. A semi-reação catódica correta é a indicada na resposta do item a. 11) Gab: a) As semirreações que ocorrem no cátodo e no ânodo são as seguintes: Cátodo: Ni + (aq) + e - Ni (s) Ânodo: Cl 1- (aq) Cl (g) + e - Corrente elétrica necessária: i = 6,8 A. b) Para ter um excesso de 50%, a massa de NiCl presente no recipiente deve ser igual a 99 g. 1) Gab: No cátodo temos: Ni + + e Ni (s) Vamos determinar a carga, em Faraday, que atravessa a célula. Q = i.t, logo Q = 4.0x3600 segundos = C mols de e 1 mol Ni C 58,70 g C X g X = 4,38 gramas de Ni No ânodo temos: H O 4e + O (g) + 4H + 4 mols de e 1 mol O C 3,0 g C X X = 1,19 g de O

15 13) Gab: A 14) Gab: V =. L 15) Gab: a) NaCl Na + 1/Cl b) t = 50 s 16) Gab: A 17) Gab: A 18) Gab: FVFVF 19) Gab: B 0) Gab: A Questões de química orgânica 11. (Unesp 007) Uma das principais frações obtidas nas colunas de destilação de uma refinaria de petróleo é aquela correspondente à gasolina. Essa fração é uma mistura composta de hidrocarbonetos C 5 - C 10 com faixa de ebulição de 38 a 177 C. Para assegurar o funcionamento correto do motor de combustão interna, a gasolina tem que ter volatilidade (facilidade de vaporização) adequada, o que é obtido pela mistura de hidrocarbonetos convenientes. Sabe-se que um dos fatores que influi nos pontos de ebulição dos hidrocarbonetos é a massa molar. Considere dois componentes da gasolina, hidrocarbonetos (I) e (II), cujas fórmulas estruturais estão representadas a seguir. I) H 3 C-CH -CH -CH -CH -CH 3 II) H 3 C-CH -CH -CH -CH 3 Identifique o hidrocarboneto que contribui para tornar mais volátil a gasolina, justificando sua resposta, e represente a fórmula estrutural de um isômero de cadeia do hidrocarboneto (II).

16 1. (Unicamp 006) A utilização do gás natural veicular (GNV) já é uma realidade nacional no transporte de passageiros e de mercadorias, e vem crescendo cada vez mais em nosso país. Esse gás é uma mistura de hidrocarbonetos de baixa massa molecular, em que o componente majoritário é o mais leve dos alcanos. É o combustível "não renovável" que tem menor impacto ambiental. Sua combustão nos motores se processa de forma completa sendo, portanto, baixíssima a emissão de monóxido de carbono. a) O principal constituinte do GNV é o mais simples dos hidrocarbonetos de fórmula geral C n H n+. Escreva o nome e desenhe a fórmula estrutural desse constituinte. b) Nos postos de abastecimento, os veículos são comumente abastecidos até que a pressão do seu tanque atinja 0 atmosferas. Considerando que o tanque do veículo tenha uma capacidade de 100 litros, qual deveria ser o volume do tanque se essa mesma quantidade de gás fosse armazenada à pressão de uma atmosfera, e à mesma temperatura? c) Considerando que, na combustão, o principal componente do GNV seja totalmente convertido a dióxido de carbono e água, escreva a equação química para essa reação. 13. (Uff 004) A estrutura dos compostos orgânicos começou a ser desvendada nos meados do séc. XIX, com os estudos de Couper e Kekulé, referentes ao comportamento químico do carbono. Dentre as ideias propostas, três particularidades do átomo de carbono são fundamentais, sendo que uma delas refere-se à formação de cadeias. Escreva a fórmula estrutural (contendo o menor número de átomos de carbono possível) de hidrocarbonetos apresentando cadeias carbônicas com as seguintes particularidades: a) acíclica, normal, saturada, homogênea. b) acíclica, ramificada, insaturada etênica, homogênea. c) aromática, mononuclear, ramificada. Resposta da questão 11: O hidrocarboneto II contribui para deixar a gasolina mais volátil, pois, sua massa é menor e também sua nuvem eletrônica o que gera forças intermoleculares menores e consequentemente menor ponto de ebulição. Fórmula estrutural de um isômero de cadeia do hidrocarboneto (podemos ter duas respostas):

17 Resposta da questão 1: a) CH 4 (n = 1, na fórmula C n H n+ ). Fórmula estrutural: b) V = 000L c) CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O(l) Resposta da questão 13: Ver figura.