ELETROQUÍMICA REAÇÃO ENERGIA QUÍMICA ELÉTRICA. Pilha. Eletrólise. espontânea. não espontânea

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1 ELETROQUÍMICA REAÇÃO Pilha espontânea ENERGIA QUÍMICA Eletrólise não espontânea ELÉTRICA

2 SEMI REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO Zn 0 Zn e - semi-reação de oxidação Cu e - Cu 0 semi-reação de redução INDICAÇÃO DA PAREDE POROSA Ânodo/Solução do ânodo//solução do cátodo/cátodo Zn / Zn +2 // Cu +2 / Cu

3 PILHA DE DANIELL Zn o Zn +2 +2e - E= + 0,76V Cu o Cu e - E= - 0,34V 1º) Cu e Cu + 0,34V 2º) Zn Zn e - + 0,76V Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ E 0 = + 1,10 V Zn o + Cu +2 Zn +2 + Cu o Zn o / Zn 2+ (1M) // Cu 2+ (1M) / Cu o

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5 01)Considere o esquema abaixo e responda o que se pede. Ag +1 + e- Ag E 0 = + 0,80 Cu e- Cu E 0 = + 0,34 RESOLUÇÃO: Ag +1 + e- Ag E 0 = + 0,80 Cu Cu e - E 0 = - 0,34

6 Ag +1 + e- Ag E 0 = + 0,80 Cu Cu e - E 0 = - 0,34 a)o que se oxida? b)o que se reduz? O eletrodo de cobre A Ag +1

7 c)qual a semi-reação de oxidação? Cu Cu e - d)qual a semi-reação de redução? Ag +1 + e - Ag e)qual a reação global da pilha? 2Ag e - 2Ag Cu Cu e Cu Ag +1 Cu Ag 0

8 f) Qual a diferença de potencial? 2Ag e - 2Ag + 0,80 Cu Cu e - 0,34 Cu Ag +1 Cu Ag 0 + 0,46

9 Qual o eletrodo positivo ( cátodo)? O eletrodo de prata Qual o eletrodo negativo (ânodo)? O eletrodo de cobre Qual o sentido em que fluem os elétrons? Do eletrodo de cobre ao eletrodo de prata

10 j)que eletrodo terá massa diminuída (corroída)? COBRE k)que eletrodo terá massa aumentada (eletrodeposição)? PRATA

11 02) Considere a célula eletrolítica representada a seguir. Ag + Ag Eº = 0,80 V Cu 2+ Cu Eº = 0,34 V Com base nas informações contidas na figura, estão corretas as proposições: 01. A oxidação ocorre no eletrodo de cobre. 02. No circuito externo, os elétrons deslocam-se do eletrodo de prata para o eletrodo de cobre. 04. O eletrodo de prata é o cátodo. 08. O potencial da célula nas condições descritas acima é igual a 0,46 V 16. A célula acima pode ser representada por Ag (s) Ag + (aq) Cu 2+ (aq) Cu (s) 13

12 02) Numa pilha Niº/Ni 2+ //Ag + /Agº, sabemos que o níquel cede elétrons para o eletrodo de prata e, daí, para os cátions prata (Ag + ). Logo: a) a equação da reação é: 2Agº Ni 2Ag Niº b) o eletrodo de prata é o pólo negativo. c) o eletrodo de prata será corroído. d) o eletrodo de níquel irá aumentar. e) a concentração de Ni 2+ na solução irá aumentar. 2 E

13 PROTEÇÃO CATÓDICA Na proteção de tubulações de ferro, para evitar a corrosão, utiliza-se "ânodos de sacrifício".

14 Para a proteção contra corrosão de tubos metálicos, é comum o uso de eletrodos de sacrifício (blocos metálicos conectados à tubulação). Esses blocos metálicos formam com a tubulação uma célula eletroquímica que atua como ânodo de sacrifício, fornecendo elétrons aos tubos metálicos para impedir sua corrosão, conforme representado na figura a seguir. Usando a tabela de potenciais-padrão de redução, considere as seguintes afirmativas: 1. A reação química que ocorre no ânodo de sacrifício é a reação de oxidação. 2. Se a tubulação (metal 1) for de ferro, o ânodo de sacrifício (metal 2) pode ser feito de zinco. 3. Se a tubulação (metal 1) for de cobre, o ânodo de sacrifício (metal 2) pode ser feito de prata. 4. O metal usado no eletrodo de sacrifício será o agente redutor na reação eletroquímica. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. c) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2, 3 e 4 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 1, 2 e 4 são verdadeiras. X

15 Um corpo metálico quando exposto ao ar e à umidade pode sofrer um processo de corrosão (oxidação), o que pode deixá-lo impróprio para a função a que se destinava. a) Uma das formas de se minimizar este processo é a "proteção catódica": prende-se um "metal de sacrifício" no corpo que se deseja proteger do processo de oxidação.

16 Suponha que você deseja fazer a proteção catódica de uma tubulação em ferro metálico. Qual das substâncias da tabela abaixo você usaria? Justifique. Potenciais padrão de redução: O cátion do metal de sacrifício deve possuir menor potencial de redução que o cátion Fe +2, portanto devemos utilizar magnésio como protetor catódico, uma vez que o metal magnésio tem maior potencial de oxidação que o metal ferro, o que o leva a sofrer a oxidação.

17 As latas de conserva são compostas pela chamada folha-deflandres (liga de ferro e carbono), recoberta por uma camada de estanho, para a sua proteção. Deve-se evitar comprar latas amassadas, porque, com o impacto, a proteção de estanho pode romper-se, o que leva à formação de uma pilha, de modo que a conserva acaba sendo contaminada. Dados: Fe e - Fe Sn e - Sn E = - 0,44 V E = - 0,14 V A respeito deste assunto, assinale o que for correto. (01) A reação da pilha produz quatro elétrons. (02) O ferro da folha de flandres oxida mais facilmente que a camada de estanho. (04) Quando uma lata é amassada, o ferro torna-se catodo da reação. (08) A reação da pilha é Sn 2+ + Fe Sn + Fe = 10

18 ELETRÓLISE

19 A Eletrólise Ígnea É o processo de decomposição de uma substância iônica fundida por meio da passagem de corrente elétrica. NaCl Na + + Cl - Cátodo - Na + + e - Na 0 Ânodo - Cl - - e - ½Cl 2 Na + + Cl - Na 0 + ½ Cl 2

20 ELETRÓLISE AQUOSA Eletrólise aquosa com eletrodos inertes Eletrólise aquosa é a eletrólise que se processa com o eletrólito em solução. Além da ionização ou dissociação do eletrólito, deve-se considerar a ionização da água em H + e OH -. Assim, o cátion do eletrólito compete com H + e o ânion do eletrólito compete com OH -.

21 FILA PARA DESCARGA NO CÁTODO - PÓLO NEGATIVO (DESCARGA DE CÁTIONS) Alc +1 Alc.T +2 Al +3 H +1 Zn +2 Fe +2 Pb +2 Cu +2 Ag +1 Au +3 ordem de descarga aumenta FILA PARA DESCARGA NO ÂNODO - PÓLO POSITIVO (DESCARGA DE ÂNIONS) F - Ânions oxigenados (OH) - Ânions orgânicos Ânions não oxigenados ordem de descarga aumenta

22 CONSIDERAÇÕES 1) A descarga de um cátion produz o metal correspondente ou o hidrogênio gasoso 2 e - + Fe +2 Fe 2 e H +1 H 2(g) 2) A descarga de um ânion simples libera o próprio elemento Cl - Cl e - 3) A descarga da oxidrila libera água e oxigênio gasoso 2 (OH) - H 2 O + ½ O e -

23 1) Os produtos que podem ser obtidos nas eletrólises das soluções aquosas de cloreto de sódio e nitrato de cálcio são, respectivamente: a) gases hidrogênio e cloro; gases hidrogênio e oxigênio. b) gases hidrogênio e cloro; gás hidrogênio e cálcio. c) gás cloro e sódio; gases nitrogênio e oxigênio. d) gás hidrogênio e sódio; cálcio e nitrogênio. e) apenas gás cloro; apenas oxigênio. A

24 02) A partir do experimento abaixo (numa solução aquosa de Na 2 SO 4 ), foram feitas as seguintes afirmações: I. A e B são respectivamente O 2 (g) e H 2 (g). II. A e B são respectivamente H 2 O(g) e H 2 S(g). III. Forma-se 2 vezes mais B do que A. IV. B é um gás inflamável. V. O gás A é muito tóxico. Assinale a alternativa que retrata as afirmações incorretas. a) I e III. b) I e IV. c) II e V. d) IV e V. C

25 03) Sobre a eletrólise de uma solução aquosa de NaCl, qual das afirmações abaixo é INCORRETA: a) há formação de H 2 no cátodo b) há formação de NaOH c) há formação de Cl 2 no ânodo d) há produção de sódio metálico e) o H + da água se reduz a H 2. D

26 ELETRÓLISE COM ELETRODOS ATIVOS Eletrólise com eletrodos reativos Neste caso quem sofre a oxidação ( perda de elétrons ) é o próprio ânodo ( eletrodo positivo ). Isso ocorre porque o eletrodo tem mais facilidade para se oxidar que os ânions do eletrólito.

27 Ionização: Eletrólise do CuSO 4 com eletrodos de cobre em solução aquosa CuSO H 2 O --> Cu +2 + SO H OH - No ânodo: O cobre tem mais facilidade para perder elétrons que os ânions presentes Cu 0-2 elétrons --> Cu +2 No cátodo: Entre os cátions Cu +2 e H + a facilidade do cobre em receber elétrons é maior, ocorrendo a descarga do íon Cu +2 Cu elétrons --> Cu 0

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29 As etapas finais de obtenção do cobre a partir da calcosita, Cu S, são, seqüencialmente: I. ustulação (aquecimento ao ar). II. refinação eletrolítica (esquema adiante). a) Escreva a equação da ustulação da calcosita. b) Descreva o processo da refinação eletrolítica, mostrando o que ocorre em cada um dos pólos ao se fechar o circuito. c) Indique, no esquema dado, o sentido do movimento dos elétrons no circuito e o sentido do movimento dos íons na solução durante o processo de eletrólise.

30 a) Cu 2 S (s) + O 2 (g) 2 Cu (s) + SO 2 (g) b) O processo de refinação eletrolítica consiste na eletrólise de uma solução aquosa de sulfato de cobre II usando-se dois eletrodos: um no ânodo composto de cobre impuro e outro no cátodo de cobre puro. No ânodo ocorre a oxidação do cobre segundo a equação química: Cu 0 (s) 2e - + Cu +2 (aq) No cátodo ocorre a redução do íon Cu +2 segundo a equação química: Cu +2 (aq) + 2e - Cu 0 (s) c) Observe a figura a seguir

31 GALVANIZAÇÃO Ato de recobrir uma superfície de metal com uma camada fina de outro metal. Processo usado para proteger objetos metálicos contra corrosão ou para melhorar sua aparência.

32 GALVANIZAÇÃO PROCEDIMENTO 1. Objeto a ser recoberto como cátodo. 2. O metal que irá recobri-lo como ânodo. 3. Solução aquosa deverá conter um sal desse metal. 4.Ocorre a migração do metal do ânodo ( que se desgasta) para o cátado onde ocorre a eletrodeposição.

33 GALVANIZAÇÃO

34 Galvanização é um dos processos industriais mais utilizados na proteção à corrosão de materiais metálicos, e se processa por meio eletrolítico. Em materiais ferrosos como pregos e parafusos, por exemplo, são eletrodepositados íons de zinco. Analise as afirmativas que se seguem sobre o processo acima descrito e marque a opção correta. I. A eletrodeposição é um processo espontâneo. II. No par zinco-prego exposto em meio agressivo, o zinco atua como cátodo. III. Durante a eletrólise, a massa de zinco eletrodepositada no prego é proporcional à carga elétrica. a) Apenas I está correta. b) I e II estão corretas. c) Apenas II está correta. d) II e III estão corretas. e) Apenas III está correta. X

35 ELETRÓLISE QUANTITATIVA LEIS DE FARADAY 1º Lei de Faraday A massa da substância eletrolisada é diretamente proporcional à carga elétrica que Atravessa o sistema. m = K 1. Q m = K 1. i. t

36 ELETRÓLISE QUANTITATIVA LEIS DE FARADAY 2º Lei de Faraday A massa da substância eletrolisada é Diretamente proporcional a seu equivalente-grama m = K 2. E

37 ELETRÓLISE QUANTITATIVA Equação Geral da Eletrólise LEIS DE FARADAY m = E. i. t IMPORTANTE 1 F = C = 1 mol de elétrons m = E

38 01) O esquema abaixo consiste em uma placa de ouro mergulhada em uma solução do íon desse metal. Nessa mesma solução encontra-se também mergulhado um anel de alumínio que se deseja banhar com ouro (processo de eletrodeposição), sendo o sistema ligado a um gerador. A partir desse esquema, são feitas as seguintes afirmações: I. a placa de ouro deve ser conectada ao pólo positivo do gerador; II. o anel de alumínio atua como o catodo do sistema; III. durante o processo a placa de ouro sofre oxidação; IV. a cada 1, elétrons que circulam na célula eletrolítica, a massa do anel é aumentada em aproximadamente 0,197 g. São corretas as afirmações: a) I e II, apenas b) I e III, apenas c) II e III, apenas d) II, III e IV, apenas E e) I, II, III e IV ANEL PLACA DE SOLUÇÃO DE OURO NITRATO DE OURO III

39 02) Na eletrólise de uma solução aquosa de sulfato cúprico, quantos gramas de cobre metálico são libertados por coulombs? a) 3,17 b) 6,34 c) 9,61 d) 31,7 e) 63,5 2 X Coulombs ,5 gramas de Cobre 9650 Coulombs X X = 3,175 gramas de cobre

40 03) Para a deposição eletrolítica de 11,2 gramas de um metal cuja massa atômica é 112 u, foram necessários Coulomb. Portanto o número de oxidação do metal é: Dado: faraday = C a) + 1 b) + 2 c) + 3 d) + 4 e) ,2 gramas Coulomb 112 gramas X X = Coulomb 1 mol de elétrons Coulomb X mols de elétrons Coulomb X = 2 mols de elétrons

41 03) Considere C como a carga elétrica relativa a 1 mol de elétrons. Assim, é correto afirmar que, na eletrólise ígnea do cloreto de cálcio, pela passagem de oito Amperes de eletricidade, durante cinco horas, deposita-se no catodo, aproximadamente, a seguinte massa de metal: a) 10 g. b) 20 g. c) 30 g. d) 40 g. e) 50 g. Q = i. t Q = Q = C 40 gramas de cálcio x C X gramas de cálcio C X = 29,8 gramas de cálcio