Resposta Capítulo 17: Eletroquímica: Pilhas

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1 Resposta Capítulo 7: Eletroquímica: Pilhas. B Correta. O óxido de LiCoO é oxidado a CoO, na recarga da pilha. Li e Li. Reação global da pilha eletroquímica formada por cobre e ferro:,34 V >,44 V Cu e Cu ( redução) ( aq) ( s) ( s) ( aq) Fe Fe e ( oxidação) Global Cu Fe Cu Fe ( aq) ( s) ( s) ( aq) E= Emaior Emenor E = 34, (, 44) E= 78, V 3. C A pilha alcalina produz o íon hidroxila (OH ) que melhora a condutividade e diminui a resistência interna da pilha, as pilhas comuns produzem o gás amônia (NH 3 ) devido ao uso de cloreto de amônio (NH 4 Cl) como eletrólito, que provoca um aumento na resistência interna da pilha.,59 = valor constante a 5 o C; se a temperatura mudar, este valor sofrerá alteração. n = número de mols de elétrons transferidos durante o processo eletroquímico = mols. Q = quociente entre concentrações que sofrem alteração durante o funcionamento da pilha. Zn H Zn H [ Q Zn ] p H = = [ H ] [ H ] Q = [ H ] ( s) ( aq) ( aq) ( g) Aplicando a equação de Nernst, teremos:, 59 E= E logq n 64 = 76, 59,, log [ H ], =, 95 log [ ] H, log = = 4, 68 [ ] H, 95 4, 68 = [ H ] Fazendo 4,68 4, vem: [ H ] [ H ] = = [ H ] = [ H ] =, mol / L 4. a) Como é uma pilha, o processo é espontâneo, portanto, a variação de potencial será positiva. ( 33 ) Fe 6e 3Fe E =44, V 3 ( ) Al Al 6e E =67, V 6. C Zn( aq) e Zn( s) E =, 76 V Ag( aq) e Ag( s) E =, 8 V E= Emaior Emenor E= 8, (, 76) = 56, V 5. D 3Fe 3 Al 3Fe Al E = 3, V b) O sentido do fluxo dos elétrons será do alumínio (ânodo) para o ferro (cátodo). O agente oxidante é Fe pois está reduzindo e o agente redutor será o alumínio, pois está oxidando na reação. A ddp de uma pilha pode mudar se alterarmos a quantidade de soluto nas cubas eletrolíticas, ou seja, se alterarmos as concentrações molares das soluções eletrolíticas. Existe uma equação matemática, denominada equação de Nernst que relaciona a ddp com as concentrações molares das soluções. A equação de Nernst é dada por:, 59 E= E logq n Na qual: E = ddp da pilha (5 o C; solução de qualquer concentração molar) =,64 V. E = ddp da pilha (5 o C; solução de concentração molar ou mol/l) =,76 V. 7. E Zn Zn e ( s) ( aq) Ag e Ag ( aq) ( s) Global Zn Ag Zn Ag ( s) ( aq) ( aq) ( s) Sentido espontâneo: (oxidação-ânodo-desgaste) (redução-cátodo) Global Zn Ag Zn Ag ( s) ( aq) ( aq) ( s). Analisando as seguintes reações: Zn (s) Cu ( aq) Zn ( aq) Cu (s) E =, V Al (s) 3Cu ( aq) Al3 ( aq) 3Cu (s) E =, V Verifica-se que o potencial de redução do cobre é maior do que os potenciais de redução do zinco e do alumínio. Como, V é maior do que, V, conclui-se que o potencial de redução do zinco é maior do que o do alumínio, consequentemente, uma pilha utilizando as células Al/Al 3 e Zn/Zn é melhor descrita por: Zn Zn Al Al 3 3 º ano

2 8. B 9. E 3Zn 6e 3Zn 3 Al Al 6e Global 3Zn Al 3Zn Al 3 Cálculo do E: Zn (s) Cu ( aq) Zn ( aq) Cu (s) Al (s) 3Cu ( aq) Al3 ( aq) 3Cu (s) DE = DE maior - DE menor DE =, V -, V =,9V Nesse sistema é formada a seguinte pilha: Mg Mg e E =, 37V Cu e Cu E =, 34V Cu Mg Mg Cu E = 7, V Sn( aq) e Sn( s) E red =4, V Li( aq) e Li( s) E red =3, 4 V 4, V > 3, 4 V E=4, ( 3, 4)= 9, V Sn( aq) e Sns redução, cátodo Li( s) Li( aq) e oxidação, ânodo global Sn( aq) Li( s) Sn( s) Li( aq) () ( ) ( ) E =, V E =, V Capítulo 8: Células de Combustíveis. A. B 3. O dispositivo representa uma pilha de hidrogênio. ( ) ( ) H O HO e B: oxidaçãoânodo O e O A: redução cátodo Global H O HO A corrente elétrica flui de A para B e o fluxo dos elétrons é de B para A. Na pilha ocorre uma reação espontânea que transforma energia química em energia elétrica oposta à eletrólise. a) Fazendo os cálculos: HO H OH ( ) ( aq) ( aq) NaC ( aq) Na( aq) C ( aq) ( ) C ( aq) C ( g) e (ânodo; oxidação) ( ) H( aq) e H( g) (cátodo; redução) NaC ( aq) HO( ) Na( aq) OH( aq) C ( g) H( g) 7g g g m 6 milhões tonelada mh = 69, g= 69, milhões de toneladas. b) Fonte de corrente () contínua ( ) Cl (g) H (g) H. D A espécie adequada para essa recuperação deve possuir o potencial de redução menor do que os íons prata na forma de Ag(S O 3 ) 3- (,V) Logo, temos três opções: NaCl (aq) Na OH (aq) NaOH (aq) Al 3 (aq) 3e Al (s),66 Sn (aq) e Sn (s),4 Zn (aq) e Zn (s),76 ou seja, Ag(S O 3 ) 3 (aq) e Ag (s) S O 3 (aq) (redução) X (s) X (aq) e (oxidação) Ag(S O 3 ) 3 (aq) e Ag (s) 4S O 3 (aq) (redução) Sn (s) Sn (aq) e (oxidação) Conclusão: das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é Sn (s). NaCl (aq) NaOH (aq) 4. B I. Verdadeiro. Sob condição de consumo de carga elétrica, a voltagem efetiva de serviço desse dispositivo eletroquímico é menor que a força eletromotriz da célula (U = Fem R i) II. Verdadeiro. O combustível (hidrogênio gasoso) é injetado no compartimento do ânodo e um fluxo de oxigênio gasoso alimenta o cátodo dessa célula eletroquímica. () H (g) OH ( aq) H O (l) e (ânodo) ( ),5O (g) H O (l) OH ( aq) (cátodo) III. Verdadeiro. Sendo o potencial igual a,9 V EPH, temos: G o = 37, kj mol (variação da energia livre de Gibbs padrão) F = 96.5 C º ano

3 5. n = ( número de mols de elétrons) E EPH =,9 V (potencial padrão da célula) G o = n F E EPH G o = 96.5,9 = 37,97 37, kj mol N H 4 H O N H 4 H O NH HO N 4H 4e H O ( emi) 4 O HO 4e 4OH ( em II) NH O HO N 4H 4OH 4 NH O H O N 4HO 4 Equação global 4 O 4 HO NH N H O (oxidação do nitrogênio) 6. E Na pilha de combustível, teremos: Ânodo: H OH H O Cátodo: ½ O H O OH - Reação global: H ½O H O A eletricidade gerada provocará o movimento do ônibus. 7. A Sabendo-se que: CH 3 OH (l) H O (l) CO 6H ( aq) 6 e (oxidação; eletrodo negativo, ânodo) O (g) 4H (aq) 4 e H O (l) (redução; eletrodo positivo; cátodo) E = E redução (maior) E redução (menor) E =,3, =, V CH 3 OH (l) H O (l) CO 6H (aq) 6 e 3 g 6 mols 3 g C Q = C = 579 C 8. A (F) O hidrogênio é o agente redutor. (V) A reação global da pilha é representada por: H (g) O (g) H O (l). Hg ( ) 4OH( aq) 4 HO ( l) 4e Og ( ) HO( l) 4e 4OH( aq) H( g) O( g) HO ( l) (F) Os elétrons fluem do ânodo para o cátodo. (V) Não gera emissões poluentes, pois forma água. (F) Mudanças nos coeficientes estequiométricos das semirreações não alteram valores dos potenciais eletroquímicos. 9. B Sabendo-se que: H (g) O (g) H O (g). C A reação de oxidação pode ser representada por: H 4 4H (oxidação/ânodo) Acrescentando-se OH (eletrólito) ao ânodo, teremos: H 4OH 4 4H 4OH (oxidação/ânodo) Ou seja, H 4OH 4 4H O (oxidação/ânodo) O sentido dos elétrons é representado por a. O sentido dos íons OH é representado por b. Ânodo: H (g) 4OH ( aq) 4H O (l) 4e Cátodo: O (g) H O (l) 4e 4OH ( aq) H (g) O (g) H O (l) Cálculo da força eletromotriz: F.e.m. =,83 V,4 V =,3 V (reação global) E =,83 V E =,4 V Capítulo 9: Eletroquímica: eletrólise. A reação global corresponde à soma das semirreações anódica e catódica. Reação anódica: CO(NH ) 6 OH N 5H O CO 6 Reação catódica: 6H O 6 3H 6OH Reação global: CO(NH ) H O N CO 3H Cálculo da massa de ureia presente em L de urina: L g.l x g x = 5 g Pela estequiometria da reação global, mol de ureia produz 3 mols de gás hidrogênio. Logo, 6 g de ureia forma 6 g de H. Então, a massa de H gerada a partir de 5 g de ureia será: CO(NH ) 3H 6 g (3 x g) 5 g x x = 4 g Distância que o ônibus percorreu: gh km 4 gh s s = km º ano

4 . B Tempo = h 4min 5s = 965 segundos 3. B Cu e Cu 965C 63,5 g 965 x x = 3,75 g Em l de efluente: 35 mg l x l x = 35 g Após a eletrodeposição, tem-se: 35 g 3,75 g = 3,5 g / l de H O ou 3,5 mg L A eletrólise é um processo de oxirredução não espontâneo. Compostos iônicos no estado sólido são péssimos condutores de eletricidade, pois os íons estão presos na rede cristalina. A decomposição térmica do cloreto de sódio é um processo não espontâneo. Gerador 4. D 5. Cl Gás Ânodo polo () Cátodo polo ( ) ( ) HO e H OH ( redução cátodo) sofre redução ( ) C C e sofre oxidação meio básico (oxidação ânodo) a) Cd (s) Cd ( aq) e E r e d =,4 V Ag (s) Ag ( aq) e Então, Cd Cd e ( s) ( aq) Ag e Ag ( aq) ( s) E r e d = E A g Global Cd( s) Ag( aq) Cd aq Ag E= Emaior Emenor o, V = EAg (, 4 V) o E =8, V Ag ( ) ( s) b) Os íons NO 3 presentes na ponte salina migram para o recipiente. Na Durante o funcionamento da pilha, o cádmio sólido sofre oxidação e a concentração de íons Cd aumenta na solução. Como há aumento da carga positiva, ocorre migração do íon negativo para a solução com excesso de carga positiva (devido a presença dos cátions cádmio) deste recipiente (recipiente ). Os íons K presentes na ponte salina migram para o recipiente. Durante o funcionamento da pilha ocorre redução dos cátions Ag e sua concentração diminui na solução. Como há aumento da carga negativa, ocorre migração do íon positivo, para a solução com excesso de carga negativa (devido a presença dos ânions nitrato) deste recipiente (recipiente ). 6. D Sabe-se que: Q = i t = 96,5 min A = 96,5 6 s A = 96,5 C Cr 3 (aq) 3e Cr (s) C 5 g 96,5 C m Cr m Cr =,8 g 7. D Numa eletrólise em série, a carga é igual nas duas cubas eletrolíticas, então: Ni e Ni C 58 g Q 4, 5 g Q= C x M xe M 96. 5xC 7 g C 8, 875 g x = 4 Carga= 4 8. B Eletrólise do ácido sulfúrico (H SO 4 ) H O H OH H SO 4 H SO 4 () OH H O O (oxidação; ânodo) ( ) H H (redução; cátodo) t = min = 6 s V H = 3 ml =,3 L; T = 3 K ph O =,6 atm P total =,54 atm P total = ph O ph,54 =,6 ph ph =,48 atm ph VH = nh R T,48,3 = nh,8 3 nh =,6 mol H H 96.5 C mol Q,6 mol Q =.58 C Q = i t.58 = i 6 i =,93 A º ano

5 9. C. A Eletrólise do NaCl (cloreto de sódio) simplificada em solução aquosa: HO( ) H( aq) OH( aq) NaC ( s) Na( aq) C ( aq) Ânodo (): C ( aq) C ( g) e ( oxidação) Cátodo ( ): H(aq) e H( g) ( redução) NaC H O Na OH H C ( s) ( ) ( aq) ( aq) NaOH( aq ) ( g) ( g) Agora, observe o equacionamento da eletrólise do NaCl (cloreto de sódio) não simplificada em solução aquosa: Ânodo (): Cl Cl( g) e Cátodo ( ): HO e H O ( l) ( g) H( aq) Célula ( l) l Global ( g) l( g) ( aq) H O C H C OH reação no ânodo: Al Al 3 3 reação no cátodo: H O H (g) OH Capítulo : Propriedades coligativas das soluções. E. D 3. A osmose cria um ambiente desfavorável à sobrevivência dos micro-organismos, pois o solvente (água) migra da região de maior pressão de vapor (alimento) para a de menor pressão de vapor (sal). Te = KE w i 3, 6 i = KE w 3, 6 i = = 5 9,, i = α(q ) q = 3 íons que foram gerados (CaCl Ca C l ) Aplicando na fórmula, teremos: i = α (3 ),9 = 3α α α =,9 α =,95 ou 95% a) Quando retiramos o balão do aquecimento, há uma interrupção da ebulição por causa da pressão interna do balão. Ao esfriarmos o balão, a pressão interna diminui, permitindo que algumas moléculas passem para o estado de vapor mesmo que a temperatura seja menor que ºC. b) 5 g de H O 5 g de sal g de H O x x = 33,3 g 4. D O composto D é o que apresenta a maior pressão de vapor, pois possui as menores forças intermoleculares (dipoloinduzido) quando comparado aos demais. 5. C Quanto menor a P vapor da substância, mais lentamente ocorre a evaporação. 6. D I. Verdadeiro. A adição de água ao leite é facilmente detectável, pois diminui a densidade aumenta a temperatura de congelamento, pois proporcionalmente ao volume o número de partículas de soluto diminui; II. Verdadeiro. A adição de ureia pode compensar a diminuição de densidade, pois aumenta a massa e diminui o teor médio de nitrogênio nessa solução; III. Falso. A adição de sacarose pode compensar a diminuição de densidade, mas não pode compensar a diminuição de teor médio de nitrogênio, pois não possui este átomo em sua fórmula. 7. B Os efeitos da adição de um soluto não volátil em um solvente não dependem da natureza do soluto, mas da concentração deste soluto na solução, ou seja, da quantidade de partículas de soluto por litro de solução, ou seja, é diretamente proporcional à sua fração molar. 8. B Podemos observar no gráfico que a adição de 5 de NaCl provoca um abaixamento d ºC na temperatura de congelamento dessa solução. Gráfico Variação da temperatura de congelação da água com a concentração de NaCl na solução Temperatura / o C Concentração de NaCl/% em massa 9. B. A solução hipotônica é menos concentrada e, consequentemente, sua pressão de vapor é maior.. A pressão máxima de vapor é atingida ao se atingir o seguinte equilíbrio: CCl 4(l) CCl 4(v) K p CCl4( v ) = p p CC l 4( v ) CCl4( l) = constante 5 º ano

6 K = p l 4( ) p CC v G = G RTlnK p No equilíbrio G = G CCl = 64 kj mol 4 ( v ), / G CCl = 68, 6 kj/ mol 4( l) R = 8,34 J mol K T = 98 K G = G G CCl4(v) CCl4( l) G = 64, ( 68,6) = 4,6 kj / mol = 46 J/mol = 46 8,34 98lnK p lnk p =, ,86, K = p = e atm 86 p CCl 4 ( v ), p = e atm 86 CCl 4 ( v ) º ano