ELETROQUÍMICA Folha 4.5 Prof.: João Roberto Mazzei

Transcrição

1 1. (Ueg 18) A galvanização é um processo que permite dar um revestimento metálico a determinada peça. A seguir é mostrado um aparato experimental, montado para possibilitar o revestimento de uma chave com níquel. No processo de revestimento da chave com níquel ocorrerá, majoritariamente, uma reação de X, representada por uma semirreação Y. Nesse caso, o par X, Y pode ser representado por a) redução, Ni 1e Ni b) redução, Ni Ni e c) oxidação, Ni e Ni d) oxidação, Ni Ni e e) redução, Ni e Ni. (Unesp 18) A pilha Ag Zn é bastante empregada na área militar (submarinos, torpedos, mísseis), sendo adequada também para sistemas compactos. A diferença de potencial desta pilha é de cerca de 1,6 V à temperatura ambiente. As reações que ocorrem nesse sistema são: No cátodo: AgO HO e Ag OH No ânodo: Zn Zn e Zn OH Zn(OH) Reação global: Zn AgO HO Ag Zn(OH) (Cristiano N. da Silva e Julio C. Afonso. Processamento de pilhas do tipo botão. Quím. Nova, vol. 31, 8. Adaptado.) a) Identifique o eletrodo em que ocorre a semirreação de redução. Esse eletrodo é o polo positivo ou o negativo da pilha? b) Considerando a reação global, calcule a razão entre as massas de zinco e de óxido de prata que reagem. Determine a massa de prata metálica formada pela reação completa de,3 g de óxido de prata. 3. (Espcex (Aman) 18) Células galvânicas (pilhas) são dispositivos nos quais reações espontâneas de

2 oxidorredução geram uma corrente elétrica. São dispostas pela combinação de espécies químicas com potenciais de redução diferentes. Existem milhares de células galvânicas possíveis. Considere as semirreações abaixo e seus respectivos potenciais de redução nas condições padrão (5 C e 1atm). 3 l Δ red Al 3 e A Eº 1,66 V 3 Δ red Au 3 e Au Eº 1,5 V Δ red Cu e Cu Eº,34 V Baseado nas possibilidades de combinações de células galvânicas e suas representações esquemáticas recomendadas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), são feitas as seguintes afirmativas: I. a diferença de potencial (d.d.p.) da pilha formada pelas espécies químicas alumínio e cobre e 3 representada esquematicamente por A l A l Cu Cu é de 1,5 V (nas condiçõespadrão); II. na pilha formada pelas espécies químicas cobre e ouro e representada esquematicamente por 3 Cu Cu Au Au, a reação global corretamente balanceada é: 3 3 Cu Au 3 Cu Au III. na pilha formada pelas espécies químicas cobre e ouro e representada esquematicamente por 3 Cu Cu Au Au, o agente redutor é o Cu ; IV. a representação IUPAC correta de uma pilha de alumínio e ouro (Al Au) é 3 3 l l Au Au A A. Estão corretas apenas as afirmativas a) I e II. b) II e III. c) III e IV. d) I, II e IV. e) I, III e IV. 4. (Ufjf-pism 3 17) O alumínio é um excelente agente redutor e, portanto, não pode ser utilizado na confecção de tanques para transporte e armazenagem de ácido clorídrico. Por outro lado, pode ser usado no transporte de ácido nítrico, uma vez que o alumínio é rapidamente oxidado formando uma camada protetora de óxido de alumínio que protege o metal de outros ataques.

3 Semirreações: Eº 3 Al 3 e Al 1,66 V, V H e H 3 (g) ( l ),8 V 4 H NO e NO H O,34 V Cu e Cu O(g) H O( ) 4 e 4 OH l,4 V a) Por que o alumínio não pode ser usado no transporte de ácido clorídrico? Escreva a reação química para justificar sua resposta. b) Com base nos potenciais-padrão discuta a possibilidade de substituição do alumínio pelo cobre no transporte de ácido clorídrico. c) O cobre pode ser usado no transporte de ácido nítrico? Escreva a reação química para justificar sua resposta. d) O uso de tanques de cobre está sujeito ao processo de corrosão pelo oxigênio do ar formando uma camada esverdeada (mistura de óxidos e hidróxidos de cobre). Calcule o potencial-padrão que representa este processo. 5. (Upe-ssa 3 17) Um fio de cobre foi retorcido em formato de uma árvore de natal e colocado dentro de um béquer. Em seguida, transferiu-se um volume de uma solução salina para a vidraria, o suficiente para cobrir o objeto metálico. Após determinado período, a solução ficou azulada, e pequenos cristais cobriram toda a superfície da árvore de natal.

4 Dados: Na 1e Na E red,71 V Mg e Mg E red,36 V Ag 1e Ag E red,8 V Cu e Cu E red,34 V Ni e Ni E red,5 V Qual é o sal presente na solução adicionada ao béquer? a) NaCl b) MgCl c) AgNO 3 d) Cu(NO 3) e) Ni(NO 3) 6. (Unisa - Medicina 17) Crômio hexavalente é uma forma oxidada do metal crômio com alto poder carcinogênico, além de possuir ação irritante e corrosiva no corpo humano. Ele pode existir em duas formas: íons cromato (CrO 4 ) e íons dicromato (CrO 7 ). A conversão de íons CrO 4 em íons CrO7 pode ser feita modificando-se o ph do meio, de acordo com a equação: CrO4 H CrO 7 HO Por outro lado, a redução desses íons para a formação de conforme as reações: 3 CrO7 14 H 6 e Cr 7 HO E 1,33 V CrO 4 4 H O 3 e Cr(OH) 3 5 OH E,1 V 3 Cr pode ocorrer em meio ácido ou neutro, a) Explique, com base no princípio de Le Chatelier, o que deve ocorrer com o ph de uma solução para aumentar a porcentagem de íons CrO7 em relação aos íons CrO 4. b) Para realizar a redução dos íons CrO 7, adicionam-se raspas de ferro metálico à solução desse íon. Considerando que o potencial de redução do par Fe Fe seja igual a,44 V, equacione a reação global da redução do íon CrO7 3 a Cr, utilizando o ferro metálico, e calcule a ddp dessa reação. 7. (Ufrgs 17) A tabela abaixo relaciona algumas semirreações e seus respectivos potenciais padrão de

5 redução em solução aquosa. Li e Li ε red 3,4 V εred,76 V Zn e Zn H e H ε (g) red, V Ag e Ag ε red,8 V εred,89 V F e F K e K ε red,94 V εred,13 V Pb e Pb εred,34 V Cu e Cu l l εred 1,36 V C e C Considere as afirmações abaixo, sobre os dados da tabela. I. O lítio metálico é um forte agente redutor. II. O cátion prata pode oxidar o cobre metálico para Cu. III. O zinco é o ânodo em uma pilha com eletrodos de zinco e chumbo. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 8. (Upe-ssa 3 17) Para a produção de fios elétricos, o cobre deve possuir 99,9% de pureza. Para tanto, o cobre metalúrgico (impuro) passa por um processo, que gera o cobre eletrolítico, conforme está ilustrado na figura a seguir.

6 Sobre esse processo, são feitas as afirmações a seguir: I. No catodo ( ), que é o cobre puro, ocorre depósito de mais cobre em virtude da redução do II. A corrosão faz a solução aumentar a concentração de cobre metálico livre das impurezas. Cu. Cu, que é atraído para o catodo, formando III. Uma solução aquosa de NiSO 4 aumentaria a deposição de cobre puro no catodo. IV. No anodo ( ), existe a oxidação do cobre metálico. Está CORRETO, apenas, o que se afirma em a) I, II e III. b) I, II e IV. c) II, III e IV. d) I e IV. e) III. 9. (Acafe 17) Uma cuba eletrolítica com eletrodos de alumínio contendo solução aquosa de nitrato de alumínio (1, mol L) foi ligada em série com outra provida de eletrodos de níquel contendo solução aquosa de nitrato de níquel II (1, mol L). Esse conjunto de cubas em série foi ligado em uma fonte durante um certo intervalo de tempo. Nesse intervalo, um dos eletrodos de níquel teve um aumento de massa de 4,4 g. Ao mesmo tempo, houve um aumento da massa em um dos eletrodos da outra célula. Dados: Ni : 58,7 g mol; A l : 7 g mol. Ni e Ni 3 Al 3 e Al Assinale a alternativa que contém o valor desse aumento de massa. a) 1,35 g b), g c) 4,4 g d) 6,6 g 1. (Uece 17) Para preservar o casco de ferro dos navios contra o efeitos danosos da corrosão, além da pintura são introduzidas placas ou cravos de certo material conhecido como metal de sacrifício. A função do metal de sacrifício é sofrer oxidação no lugar do ferro. Considerando seus conhecimentos de química e a tabela de potenciais de redução impressa abaixo, assinale a opção que apresenta o metal mais adequado para esse fim.

7 Metal Potencial de redução em volts Cobre Cu e Cu E,34 Ferro Fe e Fe E,44 Magnésio Mg e Mg E,37 Potássio K 1e K E,93 Cádmio Cd e Cd E,4 a) Potássio. b) Cádmio. c) Cobre. d) Magnésio. 11. (Fuvest 17) Um estudante realizou um experimento para avaliar a reatividade dos metais Pb, Zn, e Fe. Para isso, mergulhou, em separado, uma pequena placa de cada um desses metais em cada uma das soluções aquosas dos nitratos de chumbo, de zinco e de ferro. Com suas observações, elaborou a seguinte tabela, em que (sim) significa formação de sólido sobre a placa e (não) significa nenhuma evidência dessa formação: Metal Solução Pb Zn Fe Pb(NO 3) (não) (sim) (sim) Zn(NO 3) (não) (não) (não) Fe(NO 3) (não) (sim) (não) A seguir, montou três diferentes pilhas galvânicas, conforme esquematizado. Nessas três montagens, o conteúdo do béquer I era uma solução aquosa de CuSO 4 de mesma concentração, e essa solução era renovada na construção de cada pilha. O eletrodo onde ocorria a redução (ganho de elétrons) era o formado pela placa de cobre mergulhada em CuSO 4. Em cada uma das três pilhas, o estudante utilizou, no béquer II, uma placa de um dos metais X (Pb, Zn, ou Fe), mergulhada na solução aquosa de seu respectivo nitrato. O estudante mediu a força eletromotriz das pilhas, obtendo os valores:,44 V,,75 V, e 1,7 V.

8 A atribuição correta desses valores de força eletromotriz a cada uma das pilhas, de acordo com a reatividade dos metais testados, deve ser Metal X Pb Zn Fe a),44 1,7,75 b),44,75 1,7 c),75,44 1,7 d),75 1,7,44 e) 1,7,44,75 1. (Upf 17) A figura abaixo apresenta a representação de uma célula eletroquímica (pilha) e potenciais de redução das semirreações. Mg e Mg Eº,37 V Ag e Ag Eº,8 V Considerando-se a informação dada, analise as seguintes afirmações: I. O eletrodo de prata é o polo positivo, no qual ocorre a redução. II. O magnésio é o agente oxidante da pilha. III. A diferença de potencial (ddp) da pilha representada na figura é de 3,17 V. IV. O sentido do fluxo dos elétrons se dá do cátodo para o ânodo. É incorreto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. 13. (Enem 17) A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento.

9 Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro. Semirreação de redução E (V) 4 3 Ce e Ce 1, ( l ) 1,33 Cr O 14 H 6 e Cr 7 H O,5 Ni e Ni,76 Zn e Zn Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul? a) b)

10 c) d) e) 14. (Ita 17) Pode-se utilizar metais de sacrifício para proteger estruturas de aço (tais como pontes, antenas e cascos de navios) da corrosão eletroquímica. Considere os seguintes metais: I. Alumínio II. Magnésio III. Paládio IV. Sódio V. Zinco Assinale a opção que apresenta o metal(is) de sacrifício que pode(m) ser utilizado. a) Apenas I, II e V. b) Apenas I e III.

11 c) Apenas II e IV. d) Apenas III e IV. e) Apenas V. 15. (Upe-ssa 3 16) No episódio 9 da segunda temporada do seriado Breaking Bad, Walter e Jesse se encontravam em um local distante e deserto quando a bateria do trailer falhou. Usando seus conhecimentos químicos, Walter montou um conjunto de seis células eletrolíticas, improvisadas em potes plásticos, para dar partida e fazer o motor do veículo funcionar novamente. Em cada pote, ele colocou de um lado parafusos, moedas, arruelas e roscas (porcas) metálicas galvanizadas; no meio, separando o cátodo e ânodo, uma esponja embebida com uma solução aquosa, que pode ser utilizada para desentupir tubulações; e, no outro lado, uma mistura sólida de duas substâncias, coletada das pastilhas de freio do veículo. Depois ele desencapou um fio de outro tipo de metal e conectou os polos das células em série. Dados: Zn Zn e E red,76 V red Cu Cu e E,34 V red Hg Hg e E,85 V A alternativa que completa CORRETAMENTE o material para o conjunto montado por Walter é dada por a) Ãnodo Cátodo Eletrólito Fio condutor Metal galvanizado Grafite e óxido de KOH(5%) Cobre (zinco) mercúrio b) Cobre KOH(5%) c) Grafite e óxido de mercúrio Metal galvanizado (zinco) d) KOH(5%) Cobre e) Cobre Grafite e óxido de mercúrio Grafite e óxido de mercúrio KOH(5%) Grafite e óxido de mercúrio KOH(5%) Metal galvanizado (zinco) Cobre Metal galvanizado (zinco) Metal galvanizado (zinco)

12 Gabarito Comentado: Resposta da questão 1: [E] HO 4 4 NiSO Ni SO No processo de revestimento da chave com níquel ocorrerá, majoritariamente, uma reação de redução, Redução representada pela seguinte reação química: Ni e Ni Revestimento Resposta da questão : a) A redução ocorre no cátodo, que é o polo positivo da pilha. 1 1 AgO Ag Ag O AgO HO e Ag OH 1 Redução Ag e Ag b) Teremos: Zn 65,4; AgO 3; Ag 18 Zn AgO HO Ag Zn(OH) 65,4 g 3 g 18 g,654 g,3 g 1,8 g mag mzn,654 g Razão,81896 mag O,3 g Razão,8 mag 1,8 g mag,16 g Resposta da questão 3: [B] [I] Incorreta. A diferença de potencial (d.d.p.) da pilha formada pelas espécies químicas alumínio e cobre 3 e representada esquematicamente por A l A l Cu Cu é de, V (nas condiçõespadrão). ΔE E E maior menor ΔE,34 ( 1,66), V [II] Correta. Na pilha formada pelas espécies químicas cobre e ouro e representada esquematicamente 3 por Cu Cu Au Au, a reação global corretamente balanceada é:

13 3 Au 3 e Au ΔEº red 1,5 V Cu e Cu ΔEº red,34 V 1,5 V,34 V 3 Redução Au 6 e Au Oxidação 3Cu 3Cu 6 e 3 Global Au 3Cu Au 3Cu [III] Correta. Na pilha formada pelas espécies químicas cobre e ouro e representada esquematicamente 3 por Cu Cu Au Au, o agente redutor é o Cu. Oxidação 3 Cu 3Cu 6 e { Redutor [IV] Incorreta. A representação IUPAC correta de uma pilha de alumínio e ouro (Al Au) é 3 3 l l Au Au A A. 3 Al 3 e Al ΔEº red 1,66 V 3 Au 3 e Au ΔEº red 1,5 V 1,5 V 1,66 V Oxidação 3 Al Al 3 e 3 Redução Au 3 e Au 3 3 Au Au A l Al Resposta da questão 4: a) Al 6HCl AlCl 3H 3 (g) O alumínio irá reagir com o ácido clorídrico formando um sal solúvel, provocando uma corrosão do recipiente. b) O cobre apresenta um potencial de redução maior que do ácido clorídrico, não ocorrendo a reação, não sendo portanto, oxidado pelo ácido. Assim, o cobre poderá substituir o alumínio no transporte do ácido clorídrico c) Não poderá ser usado, pois será oxidado pelo ácido. 4H NO3 Cu NO(g) H O( l ) Cu d) Teremos: Cu e Cu E,34V O(g) H O( l ) 4e 4OH E,4V ΔE,4,34,6V ΔE (reação espontanea)

14 Resposta da questão 5: [C] Dentre os metais listados o único capaz de oxidar o cobre será a prata formando a pilha: Cu Cu e E,34 V Ag e Ag E,8 V Cu Ag Cu Ag ΔE,46 V Na solução teremos: Cu AgNO3 Cu(NO 3) Ag Resposta da questão 6: a) De acordo com o princípio de Le Chatelier, Quando se aplica uma força em um sistema em equilíbrio, ele tende a reajustar procurando diminuir os efeitos dessa força. Assim, caso se queira aumentar a quantidade de íons CrO7 deve-se aumentar o ph do meio, pois assim, diminui-se a quantidade de íons H disponível nos reagentes, fazendo com que o equilíbrio se desloque para a esquerda, ou seja, para o sentido de formação do íon CrO 7. b) Teremos: 3 CrO7 14 H 6 e Cr 7 HO Eº 1,33 V Fe e Fe Eº,44 V (inverter) CrO7 14 H 6 e 3 Cr 7 HO Eº 1,33 V ( 3) 3Fe 3Fe 6 e Eº,44 V 3 CrO7 14 H 3 Fe Cr 7 HO 3 Fe ΔEº 1,77V Resposta da questão 7: [E] [I] Correta. Um bom agente redutor apresenta alto potencial de oxidação e baixo potencial de redução. O lítio, de acordo com a tabela, apresenta o menor potencial de redução ( εred 3,4 V). [II] Correta. O cátion prata pode oxidar o cobre metálico para Cu, pois o potencial de redução do cátion prata ( εred,8 V) é maior do que do cátion cobre II ( εred,34 V). [III] Correta. O zinco é o ânodo (sofre oxidação) em uma pilha com eletrodos de zinco e chumbo, pois o potencial de redução do cátion chumbo II ( εred,13 V) é maior do que o potencial de redução do cátion zinco ( εred,76 V). Resposta da questão 8: [B] [I] Correta. No cátodo (polo negativo) ocorre redução dos íons Cu presentes na solução. Assim, se for inserido um eletrodo de cobre no cátodo haverá depósito de mais cobre nesse eletrodo.

15 [II] Correta. No ânodo (polo positivo) irá ocorrer oxidação, ou seja, esse eletrodo sofre corrosão, pois ao perder elétrons, o cobre metálico forma Cu que irá para a solução e será atraído para o polo negativo, onde irá se depositar em forma de cobre metálico puro. [III] Incorreta. A presença de uma solução aquosa de NiSO 4 irá dificultar a deposição de cobre puro no catodo, pois haverá competição de cátions em solução. [IV] Correta. No ânodo (polo positivo) ocorre oxidação do cobre: Cu Cu e. Resposta da questão 9: ANULADA Questão anulada no gabarito oficial. Para a solução aquosa de nitrato de alumínio, teremos: 3 A l(no 3 ) 3 Al 3NO3 HO H ( ) H e OH redução H ( ) OH oxidação e 1HO 1 O Global 3 A l (NO 3) 3 HO Al 3NO 1 3 H O Global H 1 O H O Para a solução aquosa de nitrato de níquel II, teremos: Ni(NO 3 ) Ni NO3 HO H ( ) H e OH redução H ( ) OH oxidação e 1HO 1 O Global Ni(NO 3) HO Ni NO 1 3 H O Global H 1 O H O Conclusão: como ocorreu, predominantemente, a eletrólise da água, não houve incremento de massa. Sem resposta. Resposta da questão 1: [D] Quanto menor o potencial de redução, mais adequado será o metal de sacrifício, pois sofrerá oxidação com mais facilidade. De acordo com a tabela os menores potenciais de redução pertencem ao magnésio e ao potássio. Supondo que o as placas ou cravos sejam compostas por esses metais, o magnésio seria a melhor escolha, pois é menos reativo na presença de água. Resposta da questão 11: [A]

16 Como (sim) significa formação de sólido sobre a placa e (não) significa nenhuma evidência dessa formação, devemos procurar o sim, ou seja, as possíveis reações com formação de um sólido, isto significa que cátion metálico reduziu e provocou a formação de um depósito sólido. Isto ocorre na primeira e na terceira linha da tabela. Solução Pb Metal Zn Fe Pb(NO 3) (não) (sim) (sim) Zn(NO 3) (não) (não) (não) Fe(NO 3) (não) (sim) (não) E red(pb ) E red(zn ) e E red(fe ) (primeira linha) E red(fe ) E red(zn ) (terceira linha) Conclusão: E red(pb ) E red(fe ) E red(zn ). Em relação ao eletrodo de cobre, quanto menor a força eletromotriz, maior o potencial de redução do cátion presente na solução. E red(pb ) E red(fe ) E red(zn ). Conclusão: F.e.m (Cu Pb) F.e.m (Cu Fe) F.e.m (Cu Zn) ,44 V,75 V 1,7 V Resposta da questão 1: [D] [I] Correta. O eletrodo de prata é o polo positivo, no qual ocorre a redução. Mg e Mg Eº,37 V Ag e Ag Eº,8 V,8 V,37 V Então, Oxidação Mg Mg e (ânodo; polo negativo) Redução Ag e Ag (cátodo; polo positivo) [II] Incorreta. O magnésio é o agente redutor da pilha, pois sofre oxidação. Agente redutor } Oxidação Mg Mg e Agente oxidante Redução Ag e Ag [III] Correta. A diferença de potencial (ddp) da pilha representada na figura é de 3,17 V.

17 Mg e Mg Eº,37 V maior Ag e Ag Eº,8 V ΔE Eº Eº menor ΔE,8 V (,37 V) ΔE 3,17 V [IV] Incorreta. O sentido do fluxo dos elétrons se dá do ânodo para o cátodo. Resposta da questão 13: [C] Considerando as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro deve-se procurar a maior diferença de potencial. Semirreação de redução E (V) 4 3 Ce e Ce 1,61 Zn e Zn,76 (inverte) E Emaior Emenor E 1,61 (,76),37 V Pilha 1: Agora, considerando as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro deve-se procurar a menor diferença de potencial. Semirreação de redução E (V) 3 7 ( ) Cr O 14 H 6 e Cr 7 H O l 1,33 Ni e Ni,5 (inverte)

18 E Emaior Emenor E 1,33 (,5) 1,58 V Pilha : Na associação em série teremos: E em série,37 V 1,58 V 3,95 V 3,95 V 3,6 V (O LED acende). Então, vem: Ou seja,

19 Resposta da questão 14: [A] O alumínio, magnésio e zinco são utilizados como metais de sacrifício devido ao fato de possuírem potenciais de oxidação mais elevados do que o do ferro presente no aço dos cascos dos navios, etc. O sódio metálico puro é evitado, pois pode reagir violentamente com a água. Fe e Fe ERedução,44 V EOxidação,44 V 3 I. Al 3e Al ERedução 1,66 V EOxidação 1,66 V II. Mg e Mg ERedução,36 V EOxidação,36 V III. Pd e Pd ERedução,987 V EOxidação,987 V IV. Na e Na ERedução,714 V EOxidação,714 V V. Zn e Zn ERedução,763 V EOxidação,763 V Resposta da questão 15: [A] Ânodo: apresenta menor potencial de redução. Cátodo: apresenta o maior potencial de redução. Zn e Zn E red,76 V { ("ânodo") Observação : metal galvanizado possui zinco. Zn Zn e { ("ânodo") Cu e Cu E red,34 V { (fio condutor) Hg e Hg E red,85 V ("cátodo"),85 V 14 43,34 V 14 43,76 V Maior Intermediário Menor potencial potencial de redução de redução

20 ABRAÇOS A TODOS E BONS ESTUDOS!!