QUÍMICA - 2 o ANO MÓDULO 25 ELETROQUÍMICA: PILHAS

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1 QUÍMICA 2 o ANO MÓDULO 25 ELETROQUÍMICA: PILHAS

2 Zn Cu Zn 2+ Cu 2+

3 interruptor fio condutor Zn Cu ponte salina KCL (ag) Zn 2+ SO 2 4 SO 2 4 Cu 2+

4 Zn 0 ponte salina Cu corrosão deposição Zn ++ Zn ++ Zn ++ Zn ++ SO 4 SO 4 SO 4 Zn ++ SO 4 Cu ++ SO 4 SO 4

5 Zn + + SO 4 SO 4 Zn + + Zn + + excesso de Zn + + Zn + + SO 4 excesso de SO 4 Zn + + Zn + + SO 4 Zn + + Zn + + SO 4 SO 4 SO 4

6 Como pode cair no enem (PUC) A pilha alcalina consiste em zinco metálico em pó imobilizado em um gel em contato com uma solução concentrada de KOH e separada de uma mistura de MnO 2(s) e grafite por um tecido poroso. A pilha é selada em uma lata de aço para reduzir o risco de vazamento de KOH concentrado. Considerando que o potencial padrão de redução de MnO 2(s) a Mn 2 O 3(s) é + 0,74 V e que o potencialpadrão de redução de Zn 2+ a (aq) Zn0 é 0,76 V, é correto afirmar que: (s) a) a força eletromotriz da pilha é 1,5 V. b) o zinco é o cátodo. c) os elétrons fluem do cátodo para o ânodo. d) o potencial de redução do ânodo é maior do que o do cátodo. e) a força eletromotriz da pilha é obtida pela soma dos potenciais de redução do cátodo e do ânodo.

7 Fixação 1) (PUC) Considere uma pilha constituída por dois eletrodos formados, respectivamente, por uma placa de cobre mergulhada em uma solução aquosa de nitrato de cobre, Cu(NO 3 ) 2, e por uma placa de prata mergulhada em uma solução aquosa de nitrato de prata (AgNO 3 ). Sabendo os potenciais padrões de redução do cobre (+ 0,34 V) e da prata (+ 0,80), qual a reação de oxirredução da pilha e o seu potencial padrão? a) Cu (s) + Ag + (aq) Cu+2 + (aq) Ag+, e + 1,26V (s) b) Cu (s) + 2Ag + (aq) Cu+2 + 2Ag, e + 0,46V (aq) (s) c) Cu +2 + (aq) 2Ag+ (s) Cu+2 + (s) 2Ag+, e 0,46 V (aq) d) Cu +2 + (aq) Ag+ (s) Cu+2 + (s) Ag+, e 1,26 V (aq) e) Cu +2 + NO (aq) 2(g) Cu+2 + NO, e 0,2 V (s) 3 (aq)

8 Fixação F a b c d e 2) (UFRRJ) Dada a equação, determine a ddp do sistema abaixo: E 0 RED Br 2, Br = +1,07v E 0 RED H 2, H+ = 0,00V 3 M a) +1,07 V d) +0,96 V b) 1,07 V e) 0,96 V c) +1,92 V

9 ixação ) (UFRRJ) A pilha esquematizada abaixo possui nos eletrodos A e B duas placas metálicas e M 1 mergulhadas, respectivamente, em suas soluções. S ponte salina M M 1 E 0 = 0,80 V E 0 = + 0,23 V A B Com base nos potenciais de redução indicados para cada eletrodo, é correto afirmar que: ) o eletrodo A é o cátodo. ) a oxidação ocorre no eletrodo B. ) a redução ocorre no eletrodo A. ) o eletrodo B é o ânodo. ) a redução ocorre no eletrodo B.

10 Quando uma pilha à base de suco de limão funciona, observase que: I) a luz acende. II) o ph do sistema diminui. III) a massa do fio de magnésio aumenta e a do fio de cobre diminui. IV) a massa do fio de magnésio diminui e a do Fixação 4) (IFRJ) Um sistema simples foi montado para verificar o funcionamento de uma pilha à base de suco de limão. Uma pequena lâmpada, que pode ser substituída por um relógio de pilha comum, é conectada a um fio de cobre e a outro de magnésio, conforme a figura abaixo: lâmpada fio de cobre aumenta. V) as massas dos fios não se alteram. Dentre as afirmações acima, estão corretas: a) I e IV c) IV e V b) II e III d) I e III fio de magnésio ( ) fio de cobre ( + ) bolhas de hidrogênio gasoso ( H 2 ) suco de limão

11 Fixação 5) (PUC) Na pilha representada por Zn o Zn 2+ Ag 1+ Ag o, é incorreto afirmar que: a) o eletrodo de prata funciona como polo positivo e o de zinco como negativo. b) o eletrodo de prata funciona como cátodo e o de zinco como ânodo. c) durante a reação, a massa do eletrodo de prata aumenta e a do de zinco diminui. d) no eletrodo de prata ocorre uma oxidação e no de zinco uma redução. e) deslocamento de elétrons ocorre do eletrodo de zinco para o de prata.

12 Fixação 6) (CESGRANRIO) As pilhas alcalinas entraram em moda recentemente e são usadas em quase tudo que exige um trabalho contínuo e duradouro, desde relógios de pulso até calculadoras eletrônicas. Uma dessas pilhas mais usadas é a de níquel/cádmio, que chega a ter uma duração maior do que a da bateria de automóvel, e ainda pode ser recarregada várias vezes. Ela é constituída pelo metal cádmio, hidróxido de níquel III e uma pasta de hidróxido de potássio. Considere que os potenciaispadrão de redução é: Cd e Cd 0,4 V (aq) (s) Ni e (aq) Ni+2 +1,0 V (aq) Entre as opções abaixo, indique a que apresenta o fluxo de elétrons e a força eletromotriz da pilha níquelcádmio: a) do eletrodo de cádmio para o eletrodo de hidróxido de níquel (III) +1,4 V b) do eletrodo de cádmio para o eletrodo de hidróxido de níquel (III) +1,6 V c) do eletrodo de cádmio para o eletrodo de hidróxido de níquel (III) +2,6 V d) do eletrodo de hidróxido de níquel (III) para o eletrodo de cádmio +1,4 V e) do eletrodo de hidróxido de níquel (III) para o eletrodo de cádmio +2,4 V

13 Fixação 7) (UFF) O potencialpadrão de redução de uma célula galvânica constituída por um eletrodo de Ag e outro de Cu é 0,46 V. Nesta célula ocorre a seguinte reação: 2Ag + Cu 2 Ag + (aq) (s) (s) Cu2+ (aq) Sabendose que o potencial de redução do par Cu 2+ /Cu 0 é 0,34 V, podese afirmar que o potencial de redução do par Ag + / Ag 0 é: a) 0,12 V d) 0,80 V b) 0,24 V e) 0,92 V c) 0,68 V

14 ixação ) (FURRN) A figura dada representa uma pilha simples. 0 voltímetro Zn ponte salina 25 º C Cu 2+ 2 solução Zn NO solução Cu SO 4 Com base nos conhecimentos sobre eletroquímica, é correto afirmar: ) Os elétrons do cobre se depositam na lâmina de zinco. ) O eletrodo Cu 2+ /Cu 0 tem tendência à oxidação. ) O eletrodo positivo é o ânodo. ) O Cu 2+ é o agente oxidante. ) A temperatura e a pressão não influenciam no potencial do eletrodo.

15 Fixação 9) (UFPB) Considere a pilha representada abaixo, com os respectivos potenciaispadrão dos eletrodos. PILHA Zn/Zn 2+ (1 mol/l)//ag + (1 mol/l)/ag; POTENCIAISPADRÃO Zn e Zn 0 ; E 0 = 0,76V Ag + + e Ag 0 ; E 0 = +0,80V Sobre essa pilha, é incorreto afirmar: a) O sentido do fluxo de elétrons, no circuito externo, é do eletrodo de zinco para o de prata. b) O eletrodo de zinco é o ânodo. c) A semirreação que ocorre no cátodo é 2Ag + + 2e 2Ag 0. d) A reação global espontânea será Zn Ag 0 Zn 0 + Ag +. e) A diferença de potencial (ddp) da pilha é +1,56V.

16 ixação IV Cu Cu 2+ Pb Pb 2+ F 0) (UFV) Considere o esquema de pilha e os otenciais de redução: X Z e ponte salina Mg e Mg Al e Al Ni e Ni Pb e Pb Cu e Cu Y W ε 0 = 2,36V ε 0 = 1,66V ε 0 = 0,25V ε 0 = 0,13V ε 0 = +0,34V A tabela abaixo mostra quatro conjuntos de etais e soluções: Apresentarão o fluxo de elétrons com o 1 sentido mostrado no esquema acima apenas b os seguintes conjuntos da tabela: M a) I e II d) I e III e b) II e III e) II e IV c) I, II e IV a b c d e Conjunto X Z Y W I Mg Mg 2+ Al Al 3+ II Ni Ni 2+ Cu Cu 2+ III Pb Pb 2+ Ni Ni 2+

17 ixação 1) (ENEM) Pilhas e baterias são dispositivos tão comuns em nossa sociedade que, sem perceermos, carregamos vários deles junto ao nosso corpo; elas estão presentes em aparelhos de P3, relógios, rádios, celulares etc. As semirreações descritas a seguir ilustram o que ocorre m uma pilha de óxido de prata. Zn (s) + OH (aq) ZnO (s) + H 2 O (l) + e Ag 2 O (s) + H 2 O (l) + e Ag (s) + OH (aq) Podese afirmar que esta pilha: ) é uma pilha ácida. ) apresenta o óxido de prata como ânodo. ) apresenta zinco como o agente oxidante. ) tem como reação da célula a seguinte reação: Zn (s) + Ag 2 O (s) ZnO (s) + 2Ag (s) ) apresenta fluxo de elétrons na pilha do eletrodo de Ag 2 O para o Zn.

18 Fixação 12) (ENEM) O crescimento da produção de energia elétrica ao longo do tempo tem influenciado decisivamente o progresso da humanidade, mas também tem criado uma série preocupação: o prejuízo ao meio ambiente. Nos próximos anos, uma nova tecnologia de geração de energia elétrica deverá ganhar espaço: as células a combustível hidrogênio/ oxigênio. H 2 2e e + 2H + 2e O 2 água. b) converte energia química contida nas moléculas dos componentes em energia térmica, sem que ocorra produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. c) transforma energia química em energia elétrica, porém emite gases poluentes da mesma forma que a produção de energia a partir dos combustíveis fósseis. d) converte energia elétrica proveniente dos combustíveis fósseis em energia química, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente. e) converte a energia potencial acumulada nas moléculas de água contidas no sistema em energia química, sem que o ocorra produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. H 2 ânodo eletrólito cátodo O 2 O H 2 Com base no texto e na figura, a produção de energia elétrica por meio da celular a combustível hidrogênio/oxigênio diferenciase dos processos convencionais porque: a) transformar energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado é a

19 Proposto 1) (UFRRJ) O contato com certos metais (como o cobre e o estanho) pode acelerar a corrosão do ferro e tornála mais intensa, enquanto o contato com metais (como o zinco e o magnésio) pode impedir ou retardar a formação de ferrugem. Levandose em conta os valores dos potenciais (E ) das semirreações abaixo: Mg ++ (aq) + 2e Mg (s) 2,37V Zn ++ (aq) + 2e Zn (s) 0,76V Fe ++ (aq) + 2e Fe (s) 0,44V Sn ++ (aq) + 2e Sn (s) 0,14V Cu ++ (aq) + 2e Cu (s) + 0,36V 1/2 O 2(g) + 2e + H 2 O (l) 2OH (aq) + 0,41V a) calcule o E 0 da pilha formada por ferro e oxigênio em meio aquoso e o E 0 da pilha formada por ferro e zinco em meio aquoso. b) explique o fato de o oxigênio ser o oxidante mais forte da série apresentada.

20 Proposto 2) (UFRRJ) Um bastão de Cu 0 pode ser usado como cátodo quando mergulhado numa solução de Fe ++. Dados os potenciais: E 0 RED Cu Cu+ = +0,52V Pedese: a) A diferença de potencial (ddp) do sistema. b) A reação química global do processo. c) A reação catódica. d) A reação anódica. E 0 RED Fe Fe++ = 0,44V

21 Proposto 3) (UNIRIO) A poluição do ar é um assunto que está, atualmente, muito presente na mídia, pois a liberação de CO 2 e CH 4 na atmosfera provoca o chamado efeito estufa. Da mesma forma, a liberação dos gases emanados dos veículos automotores também é alvo de preocupação. Os veículos mais modernos possuem dispositivos que possibilitam reduzir a emissão de gases nocivos ao ambiente: os conversores catalíticos. O conversor catalítico de um automóvel reduz a emissão de CO, de hidrocarbonetos e de óxidos de nitrogênio (NOx). O balanço entre oxidação e redução requer uma otimização da razão arcombustível. Elevados níveis de ar impedem a redução dos óxidos de nitrogênio, e muito pouco ar impede a combustão completa do CO e dos hidrocarbonetos. Um sensor eletroquímico de oxigênio, também chamado de eletrodo de Clark, permite manter uma razão arcombustível correta. As reações envolvidas no eletrodo são: O 2(g) + 4H 3 O + (aq) + 4e 6 H 2 O (l) AgCl (s) + e Ag (s) + Cl (aq) Explique o fenômeno citado no texto através da equação geral da pilha existente no sensor eletroquímico. Indique, também, o ânodo e o cátodo e determine a força eletromotriz do processo.

22 Proposto 4) (UFRJ) Plataformas de petróleo, navios e outras estruturas metálicas que ficam em contato permanente com a água do mar estão sempre sujeitas à corrosão. Uma das formas utilizadas para proteger estruturas de aço submersas consiste em prender uma placa de metal na estrutura, conforme ilustra a figura a seguir. placa de metal placa de aço Dados: Tabela de potenciais redução (E 0 ) em solução aquosa a 25 C. RED Zn +2 (aq) + 2 e Zn (s) Fe +2 (aq) + 2 e Fe (s) Cu +2 (aq) + 2 e Cu (s) 0,76V 0,41V 0,34V 2H + (aq) + 2 e H 2(g) 0,00V Utilizando o conceito de pilha e os potenciais de redução dados, identifique o metal que pode ser usado na placa, representando a pilha formada. Considere que a estrutura de aço não sofre corrosão.

23 Proposto 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. Ligamse os eletrodos a um voltímetro e utilizase 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 I) Faça um esquema dessa célula. II) Responda às seguintes perguntas: a) Em qual eletrodo vai ocorrer a oxidação? b) Qual é o caminho (sentido) dos elétrons? c) Qual dos eletrodos é o cátodo? d) Depois da célula trabalhar durante algum tempo, qual é o eletrodo que apresenta um aumento de massa?

24 roposto a b ) (FUVEST) A constante do equilíbrio Co (s) + Ni 2+ (aq) Ni (s) + Co 2+, em termos de concentrações em mol/l, a (aq) 25 C, é igual a 10. ) Escreva a expressão matemática dessa constante de equilíbrio. ) Qual é o polo positivo da pilha quando as soluções de Co 2+ e (aq) Ni2+ têm, ambas, concentração (aq) gual a 1,0 mol/l? ) Qual será a relação entre as concentrações de Co 2+ e (aq) Ni2+ quando esta pilha deixar (aq) e funcionar? Justifique as respostas aos itens b e c, utilizando argumentos de constante de quilíbrio. d d n d s

25 Proposto 7) (UFRRJ) O que é feito com as baterias usadas de celular? Quase nada cerca de 1% vai para a reciclagem, graças aos poucos consumidores que depositam as baterias usadas nos escassos postos de coleta apropriados. (HAKIME, Raphael. Lixo telefônico. In: Revista Superinteressante, edição 243, setembro, 2007.) A qualidade de vida das futuras gerações depende de cuidados que as pessoas devem ter no presente. Um exemplo é a forma como são descartadas as pilhas e baterias. As baterias de celulares são pilhas de níquelcádmio, que são muito fáceis de serem recarregadas. O ânodo desta pilha é constituído de cádmio metálico(cd), o cátodo apresenta óxido de níquel IV (NiO 2 ), e o eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio (KOH). Dados: Cd (OH)2(s) + 2e Cd (s) + 2 OH (aq) NiO 2(s) + 2 H 2 O + 2e NO (OH)2(s) + 2 OH (aq) a) Quais são os agentes redutor e oxidante existentes nesta pilha? b) Qual é a reação global desta pilha?

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