Eletroquímica. Parte I. Página 1. 2H2O( l) 2H 2(g) + O 2(g) 2 volts. 1vol. Na + H O NaOH + H

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1 Parte I Eletrquímica 1. (Espcex (Aman) 214) O sódi metálic reage cm água, prduzind gás hidrgêni e hidróxid sódi, cnfrme a equaçã nã balanceada: Na + H O NaOH + H (s) 2 ( l ) (aq) 2(g) Basead nessa reaçã, sã feitas as seguintes afirmativas: I. O sódi atua nessa reaçã cm agente redutr. II. A sma ds menres ceficientes inteirs que balanceiam crretamente a equaçã é 7. III. Os dis prduts pm ser classificads cm substâncias simples. IV. Essa é uma reaçã slcament. Das afirmativas feitas, estã crretas: a) Tdas. b) apenas I, II e III. c) apenas I, II e IV. d) apenas I, III e IV. e) apenas II, III e IV. 2. (Fuvest 214) Em uma aula labratóri Química, a prfessra prpôs a realizaçã da eletrólise da água. Após a mntagem uma aparelhagem cm a da figura acima, e antes iniciar a eletrólise, a prfessra perguntu a seus aluns qual ds dis gases, gerads n prcess, eles esperavam reclher em mair vlume. Um ds aluns respnu: O gás xigêni ve cupar mair vlume, pis seus átms têm it prótns e it elétrns (além ds nêutrns) e, prtant, sã maires que s átms hidrgêni, que, em sua imensa mairia, têm apenas um prótn e um elétrn. Observu se, prém, que, crrids alguns minuts, vlume hidrgêni reclhid era dbr d vlume xigêni (e essa prprçã se manteve n crrer da eletrólise), acrd cm a seguinte equaçã química: 2H2O( l) 2H 2(g) + O 2(g) 2 vlts. 1vl. a) Cnsirand que a bservaçã experimental nã crrespn à expectativa d alun, explique pr que a respsta dada pr ele está incrreta. Psterirmente, alun perguntu à prfessra se a eletrólise da água crreria cas a sluçã aqusa Na 2 SO 4 fsse substituída pr utra. Em vez respnr diretamente, a prfessra sugeriu que estudante repetisse experiment, prém substituind a sluçã aqusa Na 2 SO 4 pr uma sluçã aqusa sacarse (C 12 H 22 O 11 ). b) O que alun bservaria a realizar nv experiment sugerid pela prfessra? Explique. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia text: O us mais ppular d clret sódi é na czinha, n é utilizad para acrescentar sabr a uma infinida aliments e também cm cnservante e material limpeza. É na indústria química, n entant, que ele é mais cnsumid. Sã inúmers s prcesss que fazem us prduts d prcessament sse sal. 3. (Unicamp 214) O us industrial d clret sódi se dá principalmente n prcess btençã alguns imprtantes prduts sua eletrólise em mei aqus. Simplificadamente, esse prcess é feit pela passagem uma crrente elétrica em uma sluçã aqusa sse sal. P-se afirmar que, a partir sse prcess, seriam btids: a) gás hidrgêni, gás xigêni e ácid clrídric. b) gás hidrgêni, gás clr e ácid clrídric. c) gás hidrgêni, gás clr e hidróxid sódi em sluçã. d) gás hidrgêni, gás xigêni e hidróxid sódi em sluçã. 4. (Enem 213) Músculs artificiais sã dispsitivs feits cm plástics inteligentes que respnm a uma crrente elétrica cm um mviment mecânic. A xidaçã e reduçã um plímer cndutr criam cargas psitivas e/u negativas n material, que sã cmpensadas cm a inserçã u expulsã cátins u ânins. Pr exempl, na figura s filmes escurs sã plipirrl e filme branc é um eletrólit pliméric cntend um sal inrgânic. Quand plipirrl sfre xidaçã, há a inserçã ânins para cmpensar a carga psitiva n plímer e filme se expan. Na utra face d dispsitiv filme plipirrl sfre reduçã, expulsand ânins, e filme se cntrai. Pela mntagem, em sanduíche, sistema td se mvimenta frma harmônica, cnfrme mstrad na figura. Página 1

2 que huve liberaçã calr e um gás marrm, e que a sluçã se trnu azul. A seguir, adicinu raspas cbre a dis utrs tubs (II e III), cntend, respectivamente, sluções aqusas ácid clrídric (HC l (aq)) e nitrat sódi (NaNO 3 (aq)). Nã bservu qualquer mudança ns tubs II e III, a realizar esses testes. Sabe-se que sluções aqusas íns Cu 2+ sã azuis e que gás NO 2 é marrm. a) Escreva, ns espaçs limitads abaix, as equações que representam a semirreaçã xidaçã e a semirreaçã reduçã que crrem n tub I. A camada central eletrólit pliméric é imprtante prque a) absrve a irradiaçã partículas carregadas, emitidas pel aqueciment elétric ds filmes plipirrl. b) permite a difusã ds íns prmvida pela aplicaçã diferença ptencial, fechand circuit elétric. c) mantém um gradiente térmic n material para prmver a dilataçã/cntraçã térmica cada filme plipirrl. d) permite a cnduçã elétrns livres, prmvida pela aplicaçã diferença ptencial, gerand crrente elétrica. e) prmve a plarizaçã das mléculas pliméricas, que resulta n mviment gerad pela aplicaçã diferença ptencial. 5. (Unicamp 213) Um efluente industrial cntaminad pr Cr 6+ recebe um tratament químic que cnsiste na sua acidificaçã e na adiçã ferr metálic. O ferr metálic e ácid reagem entre si, dand rigem a ín Fe 2+. Este, pr sua vez, reage cm Cr 6+, levand à frmaçã ds íns Fe 3+ e Cr 3+. Depis sse pass d tratament, ph d efluente é aumentad pr adiçã uma base, que leva à frmaçã ds crrespnntes hidróxids puc slúveis ds íns metálics presentes. Os hidróxids sólids frmads pm, assim, ser remvids da água. a) Em relaçã a tratament químic cmplet d efluente industrial acima scrit, dê um exempl reaçã em que nã huve transferência elétrns e um exempl reaçã em que huve transferência elétrns. b) O resídu sólid btid a final d prcess tratament químic p ser separad da água pr cantaçã u pr filtraçã. Desenhe dis esquemas para representar essas técnicas, incluind pssíveis legendas. 6. (Fuvest 213) Uma estudante Química elabru um experiment para investigar a reaçã entre cbre metálic (Cu) e ácid nítric (HNO 3 (aq)). Para iss, adicinu ácid nítric a um tub ensai (I) e, em seguida, adicinu raspas cbre metálic a esse mesm tub. Observu Semirreaçã xidaçã Semirreaçã reduçã b) Qual fi bjetiv da estudante a realizar s testes cm HC l (aq) e NaNO 3 (aq)? Explique. 7. (Unesp 213) Cmpsts crômi têm aplicaçã em muits prcesss industriais, cm, pr exempl, tratament cur em curtumes e a fabricaçã tintas e pigments. Os resídus prvenientes sses uss industriais cntêm, em geral, misturas íns crmat (CrO 4 2 ), dicrmat e crômi, que nã vem ser scartads n ambiente, pr causarem impacts significativs. Sabend que n ânin dicrmat númer xidaçã d crômi é mesm que n ânin crmat, e que é igual à meta sse valr n cátin crômi, as representações químicas que crrespnm as íns dicrmat e crômi sã, crreta e respectivamente, a) Cr 2 O 5 2 e Cr 4+. b) Cr 2 O 9 2 e Cr 4+. c) Cr 2 O 9 2 e Cr 3+. d) Cr 2 O 7 2 e Cr 3+. e) Cr 2 O 5 2 e Cr (Fgv 213) O mlibdêni é um metal aplicaçã tecnlógica em cmpsts cm MS 2 e espinéli, MNa 2 O 4, que, pr apresentarem sensibilida a variações camp elétric e magnétic, têm sid empregads em dispsitivs eletrônics. Os númers xidaçã d mlibdêni n MS 2 e n MNa 2 O 4 sã, respectivamente, a) +2 e +2. b) +2 e +3. c) +4 e +3. d) +4 e +4. e) +4 e (Espcex (Aman) 213) Cnsire as semirreações cm s seus respectivs ptenciais-padrã reduçã dads nesta tabela: Página 2

3 + Prata Ag ( aq) + e Ag 2+ red E Cu Cbre ( aq) + 2e Cu 2+ Pb Chumb ( aq) + 2e Pb 2+ Niquel Ni ( aq) + 2e Ni 2+ red E Zn Zinc ( aq) + 2e Zn Magnési 2+ Mg ( aq) + 2e Mg =+,8 V =+,34 V =,13 V =,24 V =,76 V = 2,37 V Baseand-se ns dads frnecids, sã feitas as seguintes afirmações: c) na respiraçã ds seres vivs crre a xidaçã d carbn atmsféric para cmpsts rgânics, enquant que na ftssíntese carbn e xigêni atmsférics sã reduzids. d) a fraçã matéria rgânica vegetal e animal remvida d cntat cm xigêni atmsféric transfrmu-se em cmpsts carbn n estad reduzid, dand rigem às reservas carvã, petróle e gás. 2. (Ufmg 213) Para terminar a quantida O 2 (g) cnstituinte d ar atmsféric, um grup estudantes senvlveu este experiment: Um chumaç palha aç, embebid em vinagre, fi clcad n fund uma prveta. Em seguida, a prveta fi embrcada em um béquer cntend água, cm indicad na figura 1. Alguns minuts pis, a palha aç apresentava sinais xidaçã e nível da água n interir da prveta havia subid cm representad na figura 2. I. O melhr agente redutr apresentad na tabela é a prata; II. A reaçã 2 + ( ) ( ) ( ) 2 + Zn aq + Cu s Zn s + Cu ( aq) nã é espntânea; III. P-se estcar, pr temp interminad, uma sluçã nitrat níquel II, em um recipiente revestid zinc, sem danificá-l, pis nã haverá reaçã entre a sluçã estcada e revestiment zinc d recipiente; IV. A frça eletrmtriz uma pilha eletrquímica frmada pr chumb e magnési é 2,24 V; V. Uma pilha eletrquímica mntada cm eletrds cbre e prata pssui a equaçã glbal: Ag ( aq) + Cu 2 Ag + Cu ( aq). Das afirmações acima, estã crretas apenas: a) I e II b) I, II e IV c) III e V d) II, IV e V e) I, III e V Parte II 1. (Ufsj 213) Os cicls bigequímics sã imprtantes para a vida na Terra, pis mantêm equilíbri entre mei físic e bilógic e permitem a trca matéria e energia entre a hidrsfera, a atmsfera e a litsfera. Em relaçã a cicl d carbn, é CORRETO afirmar que a) vid à aciz ds ceans CO 2 atmsféric que se slubiliza na água é cnvertid a carbnat e precipitad cm carbnat cálci, aumentand vlume ds ceans pr sedimentaçã. b) us cmpsts carbn cm cmbustíveis leva a um aument da cncentraçã gases cm metan e CFCs na atmsfera, mdificand cicl d carbn e gerand efeit estufa. a) Cnsirand que a prveta tenha 25 cm altura e que nível da água em seu interir subiu 5 cm, CALCULE a prcentagem, em vlume, gás xigêni cntid n ar atmsféric. Supnha que vlume da palha aç seja sprezível e que td O 2 n interir da prveta tenha sid cnsumid. Em presença xigêni e em mei ácid, a palha aç, que é cmpsta principalmente pr ferr, sfre xidaçã. Essa reaçã p ser representada pela equaçã química: ( ) + 2+ ( ) ( ) ( ) ( ) 2Fe s + O2 g + 4H aq 2Fe aq + 2H2O l b) CALCULE a massa, em gramas, ferr xidad na palha aç, cnsirand a respsta a item acima e sabend, ainda, que: cada centímetr altura da prveta crrespn a um vlume 7 cm 3 ; vlume mlar um gás a 25 C e 1 atm é igual a 24,5 L. O mesm experiment p ser realizad utilizand-se um pedaç palha aç umecida smente cm água. Nesse cas, prcess levará alguns dias para crrer cmpletamente. Neste quadr estã apresentads s ptenciais padrã reduçã três semirreações. Página 3

4 Semirreações E ( V ) + ( ) ( ) ( ) O2 g + 4H aq + 4 e 2H2O l +1,23 ( ) ( ) + + ( ) O2 g 2H2 Ol 4 e 4OH aq +,4 ( ) ( ) 2 + Fe aq + 2e Fe s,44 c) A partir ds dads sse quadr e infrmações anterirmente frnecidas, ESCREVA a equaçã química que representa a reaçã xidaçã d ferr sem a presença d ácid e CALCULE a diferença ptencial ssa reaçã. 3. (G1 - cftmg 21) Um estudante precisa armazenar uma sluçã aqusa ácid clrídric e dispõe quatr frascs metálics: FRASCOS I II III IV METAIS alumíni cbre ferr prata Cnsirand s seguintes valres ptenciais, em vlts, E 2H+ / H2 =, E Al+3 / Al = 1,68 E Fe+2 / Fe =,41 E Ag+ / Ag = +,8 E Cu+2 / Cu = +,34, s frascs que pm ser utilizads pel estudante sã apenas a) II e III. b) II e IV. c) I e III. d) I e IV. 4. (Ufp 21) A figura abaix mstra esquematicamente um experiment realizad pr um estudante nas aulas Química. A lad da figura, estã s valres ptenciais padrões reduçã frnecids pel seu prfessr. A placa prata fi ixada em repus ntr d béquer pr uma semana. Cm base nessas infrmações, é crret afirmar: a) A placa prata irá disslver-se na sluçã CuSO 4. b) Após repus, sistema nã apresentu nenhuma mdificaçã. c) Cbre metálic psitu-se na superfície da placa. d) O sistema mstrad representa uma meia pilha. Parte III: cm vai na UFJF 1. (Ufjf 212) Os prduts cmerciais, água sanitária e água xigenada, sã, respectivamente, sluções hipclrit sódi e peróxid hidrgêni. Suas aplicações vã d us dméstic a industrial, passand pela sinfecçã água piscinas e da re abasteciment, hspitais, entre utrs. Dads: + O2( g) + 2H ( aq) + 2e H2O2( aq) E =,695 V ClO ( aq) + H2O( l) + 2e Cl ( aq) + 2OH ( aq) E =,9 V + 2+ MnO4 ( aq) + 8H ( aq) + 5e Mn ( aq) + 4H2O( l) E = 1,51 V a) Se misturarms água sanitária cm água xigenada, terems a prduçã xigêni, acrd cm a reaçã: ClO ( aq) + H2O2( aq) Cl ( aq) + H2O( l) + O2( g) Indicar agente xidante e agente redutr. b) Calcule E d prcess d item a. O prcess é u nã espntâne? Pr quê? c) Sabe-se que s íns permanganat e manganês II, quand em sluçã, têm clrações vileta e inclr, respectivamente. Qual (is) agente (s) mstrad (s) nas semirreações pria (m) sclrir uma sluçã permanganat em mei ácid? Justifique sua respsta. d) Escreva a reaçã balanceada d permanganat cm peróxid hidrgêni em mei ácid. 2. (Ufjf 212) Um alun fez experiments eletrquímics cm placas cbre e sluções ácidas e salinas. N primeir experiment, a placa cbre fi mergulhada em uma sluçã ácid clrídric (ph=1). N segund experiment, utra placa cbre fi mergulhada em uma sluçã nitrat prata. Cm base ns valres ptencial apresentads abaix, respnda as itens a, b, c, d. + Ag (aq) + 1 e Ag (s) Eº =+,8V 2 Cu (aq) + 2 e Cu (s) Eº =+,34V 2 Zn (aq) + 2 e Zn (s) Eº =,76V + 2H (aq) + 2 e H 2(g) Eº =+,V 3 + Au (aq) + 3 e Au (s) Eº =+ 1,42V a) Ocrreu alguma reaçã n primeir experiment? Explique. Página 4

5 b) Intifique s agentes redutr e xidante d segund experiment. c) Calcule a ddp d prcess, cas a placa cbre seja trcada pr uma placa zinc n primeir experiment. d) Se a placa cbre fr trcada pr uma placa ur, que crreria n segund experiment? Justifique. 3. (Ufjf 211) A cndutivida cinc sluções fi avaliada qualitativamente acrd cm a intensida d brilh uma lâmpada, cnfrme ilustrad na figura a seguir. acntece segund as semirreações scritas a seguir, riginand, assim, a frmaçã hidróxid ferrs. I. Fe Fe + 2e 2+ ( aq) II. 2H O + 2e H + 2OH 2 ( l) 2( g) ( aq) Em mei alt ter xigêni, hidróxid ferrs sfre a seguinte transfrmaçã, através das duas reações scritas abaix: ( ) ( ) + 2 ( ) + ( ) ( ) 2 aq l 2 g 3 ( aq ) ( ) ( ) ( s ) + 2 ( l ) III. 2Fe OH H O 1 2O 2Fe OH IV. 2Fe OH Fe O H O 2H O 3 aq Acerca d prcess crrsã e das reações apresentadas, respnda as itens a seguir. Fram testadas as seguintes sluções: Sluçã Brilh da lâmpad a I 1, g açúcar em 2 ml água nã bservad II,58 5 g NaCl em 5 ml água III,585 g NaCl em 1 ml água frac muit intens IV 2 ml HCl,1 ml L -1 intens V 2 ml ácid acétic,1 ml L -1 frac Dads: Açúcar (sacarse): C 12 H 22 O 11 ; K a (HCl) = 1 7 ; Ka (CH 3 COOH) = 1,8 x 1-5 a) Explique resultad ds testes realizads cm as sluções I e II. b) Explique a diferença bservada que crre n brilh da lâmpada entre as sluções II e III. Calcule a cncentraçã NaCl, em ml L -1, da sluçã III. c) Calcule valr ph encntrad para a sluçã IV. d) As sluções IV e V pssuem mesm vlume e a mesma cncentraçã mlar. N entant, s resultads ds testes fram diferentes. Explique esse fat. 4. (Ufjf 211) A crrsã eletrquímica é um prcess passível crrer quand metal está em cntat cm um eletrólit, n acntecem, simultaneamente, as reações anódicas e catódicas. Um prcess crrsã a) Equacine a reaçã glbal das reações I e II scritas acima. b) Intifique quais sã s agentes xidante e redutr da reaçã glbal d item a. c) Cnsirand as equações III e IV, escreva a reaçã frmaçã d óxid férric mnidratad a partir d hidróxid ferrs. d) Segund a tabela ptenciais reduçã, esclha um metal que p ser utilizad cm metal sacrifíci, prtegend ferr uma tubulaçã. Justifique. 5. (Ufjf 27) Os ptenciais padrã reduçã ds íns Zn +2 (aq) e Cu +2 (aq) para seus estads metálics sã respectivamente -,76 V e +,34 V. Sbre este sistema óxid-reduçã, assinale a afirmativa INCORRETA. a) A reaçã Zn +2 (aq) + Cu (s) Zn (s) + Cu +2 (aq) tem diferença ptencial igual a -1,1 V. b) A reaçã Zn (s) + Cu +2 (aq) Zn +2 (aq) + Cu (s) crrespn à reaçã uma pilha. c) A reaçã Zn +2 (aq) + Cu (s) Zn (s) + Cu +2 (aq) é espntânea. d) Na reaçã Zn (s) + Cu +2 (aq) Zn +2 (aq) + Cu (s), Cu +2 (aq) é um agente xidante. e) É precis frnecer energia para que a reaçã Zn +2 (aq) + Cu (s) Zn (s) + Cu +2 (aq) acnteça. 6. (Ufjf 27) O níquel é um element químic que, através prcesss eletrquímics, permite uma série aplicações n nss ctidian. Uma las é a niquelaçã, prcess n qual a superfície uma peça metálica é revestida cm uma fina camada níquel metálic. Outra aplicaçã seria a prduçã baterias que, além serem recarregáveis, também sã bastante leves e aquadas para telefnes celulares e calculadras. Observe a seguir as semi-reações e s ptenciais-padrã reduçã ds prcesss eletrquímics citads; a partir ssas infrmações, respnda s itens que seguem. Página 5

6 Prcess 1 (Niquelaçã) Ni 2+ (aq) + 2e - Ni(s) E = -,24 V Cl 2 (g) + 2e - 2 Cl - (aq) E = 1,36 V Prcess 2 (Bateria) NiO(OH)(s) + H 2 O(l) + e - Ni(OH) 2 (s) + OH - (aq) E =,52 V Cd(OH) 2 (s) + 2e - Cd(s) + 2 OH - (aq) E = -,81 V a) Calcule s valres E para frmaçã d níquel metálic, n Prcess 1, e para frmaçã d hidróxid cádmi, n Prcess 2. b) Cm base ns valres E, respnda se s prcesss sã espntânes u nã. Justifique sua respsta. c) N cas prcesss nã espntânes, explique cm é pssível a crrência das reações. d) Escreva a reaçã glbal balanceada d Prcess 2 e intifique agente xidante e agente redutr. e) Cm pria bter-se a recarga da bateria? Explique d pnt vista das reações químicas envlvidas. 7. (Ufjf 26) O métd terminaçã da cncentraçã água xigenada numa sluçã é basead na reaçã entre a água xigenada e permanganat ptássi em mei ácid. Este métd é utilizad n cntrle qualida d prdut "água xigenada" cmumente vendid em farmácias. As semi-reações d prcess, cm seus respectivs ptenciais padrã reduçã, sã as seguintes: 8. (Ufjf 23) O cmpst Fe 2 O 3.nH 2 O é um ds cmpnentes da ferrugem, resultante da reaçã química que crre em ligas metálicas que cntêm ferr, quand expstas a ar atmsféric úmid. Na frmaçã da ferrugem, p-se afirmar que: a) crre a xidaçã d ferr. b) n cmpst Fe 2 O 3.nH 2 O, ferr pssui númer xidaçã igual a zer. c) crre a reduçã d ferr. d) xigêni sfre xidaçã. e) nã é necessária a presença água para que a ferrugem seja frmada. 9. (Ufjf 22) Os alvejantes, utilizads para branqueament tecids e para a limpeza em geral, sã sluções cnstituídas principalmente pr hipclrit sódi. O efeit scrante ds alvejantes é causad pela liberaçã d chamad "clr ativ" - Cl 2 (g), que é frmad a partir da cmpsiçã ds hipclrits e clrets cnstituintes da sluçã. A equaçã a seguir representa esta cmpsiçã: NaClO(aq) + NaCl(aq) + H 2 SO 4 (aq) Na 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) + Cl 2 (g) Cm base nas infrmações apresentadas, respnda as itens a seguir: a) Dentre s prduts da reaçã mstrada, indique as substâncias que sã iônica(s), cvalente(s) plar(es) e cvalente(s) aplar(es). b) Quais sã s 4 númers quântics d elétrn semparelhad d halgêni mencinad, cnsirand átm neutr, n seu estad fundamental? MnO 4 - (aq) + 8 H + (aq) + 5 e - Mn 2+ (aq) + 4 H 2 O(l) E = 1,51 V 2 H + (aq) + O 2 (g) + 2 e - H 2 O 2 (l) E =,68 V a) Escreva a reaçã glbal balanceada d prcess. b) Indique s agentes xidante e redutr d prcess. c) Calcule E d prcess. Este prcess é espntâne? Justifique. d) Escreva a expressã matemática da lei cinética u velcida da reaçã glbal d prcess. e) Sabend que tal reaçã smente crre em mei ácid, e supnd que a cncentraçã íns H + n mei reacinal é 1, 1-2 ml/l, calcule ph inicial da sluçã. Demnstre seu cálcul. c) Escreva as semirreações xidaçã-reduçã d sistema e indique element químic que sfre xidaçã e que sfre reduçã. 1. (Ufjf 22) A Vitamina C, ácid ascórbic, presente em gran cncentraçã ns fruts cítrics, é essencial para s seres humans. Suas prpriedas redutras (u antixidantes) sã bastante cnhecidas e pm ser evinciadas através sua reaçã cm id (I 2 ). A sluçã id, clraçã castanha, trna-se inclr após a adiçã suc limã, vid à frmaçã ín it. Assinale a alternativa que apresenta a afirmativa ERRADA: Página 6

7 a) A reaçã reduçã d id p ser representada pr I 2 +2e - 2I -. b) O id tem mair ptencial nrmal reduçã d que a vitamina C. c) A vitamina C xida id a it. d) O caráter redutr da vitamina C ve ser mair d que caráter redutr d id. e) A vitamina C per elétrns na reaçã mencinada. Página 7