Exercícios Sobre Potenciais elétricos e Pilhas - Eletroquímica

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1 Exercícios Sobre Potenciais elétricos e Pilhas - Eletroquímica 01. (U. F. Uberlândia MG) São dadas as seguintes semi-reações, com respectivos potenciais de eletrodos: Mg Mg e - Ni Ni e - Cu Cu e - Ag Ag + + 2e - E o = + 2,34 volts E o = + 0,25 volts E o = - 0,35 volts E o = - 0,80 volts Considere agora as seguintes reações: I Mg + Ni 2+ Mg 2+ + Ni II Ni + Cu 2+ Ni 2+ + Cu III 2Ag + + Mg Mg Ag IV Ni Ag Ni + 2Ag + A análise das equações I, II, III e IV nos permite concluir que: a) somente II e III são espontâneas. b) somente III e IV são espontâneas. c) somente I e II são espontâneas. d) somente I, II, III são espontâneas. e) I, II, III e IV são espontâneas. 02. (Fuvest) Moedas feitas com ligas de cobre se oxidam parcialmente pela reação do ambiente. Para "limpar" estas moedas pode-se utilizar o arranjo esquematizado a seguir. Ao se fechar o circuito, a semi-reação que ocorre na moeda é: a) Cu Cu e - b) Cu Cu + + e - c) Cu e - Cu d) Cu + Cu 2+ 2 Cu + e) Cu OH - Cu(OH) (Fuvest) A figura a seguir está representando um ciclo de transformações químicas do cobre. 1

2 Semi-reação E /V Zn e - Zn - 0,76 Cu e - Cu + 0,34 Ag + + e - Ag + 0,80 NO H + + 3e - NO + 2H 2O + 0,96 Cl 2 + 2e- 2Cl - + 1,40 Nesse ciclo, X, Y e Z correspondem, respectivamente, a: a) HNO 3, NO 3 - e Ag. b) NO, NO 3 - e Zn. c) Cl 2, Cl - e Ag. d) NO, NO 3 - e Ag. e) HNO 3, NO 3 - e Zn. 04. (Fuvest) Para recuperar prata de soluções aquosas contendo íons Ag +, costuma-se adicionar zinco metálico às soluções, pois a transformação 2Ag + + Zn 2Ag + Zn 2+ é espontânea. Pode-se concluir então que: a) o potencial de redução do Ag + /Ag é maior do que o do Zn 2+ /Zn. b) ocorre transferência de elétrons do Ag + para Zn. c) O Zn atua como oxidante e o Ag + como redutor. d) o Zn é menos redutor do que Ag. e) ocorre a eletrólise do Ag + e do Zn. 05. (Pucmg) Uma pilha foi elaborada a partir das associações das meias pilhas: Fe 2+ /Fe e Al 3+ /Al. E o (Fe 2+ /Fe) = - 0,44 V; E o (Al 3+ /Al) = - 1,66 V. Qual das montagens a seguir representa CORRETAMENTE a pilha funcionando? 06. (Pucrs) Um método para proteger ou retardar a corrosão do ferro em cascos de navios consiste em ligar, a essa estrutura, blocos de outros metais. Para investigar os metais que funcionam como ânodo de sacrifício para o ferro, placas limpas e polidas desse metal foram enroladas com fitas de cobre, chumbo e magnésio e mergulhadas em três tubos de ensaio (como o ilustrado a seguir) contendo solução aquosa composta por cloreto de sódio (simulando a água do mar) e por ferricianeto de potássio, K 3[Fe(CN) 6] (como indicador de corrosão do ferro), o qual forma um composto de coloração azul com os íons de ferro. 2

3 E o Fe 2+ /Fe = - 0,44 V E o Mg 2+ /Mg = - 2,37 V E o Pb 2+ /Pb = - 0,13 V E o Cu 2+ /Cu = + 0,34 V Considerando as informações apresentadas, conclui-se que, após um período de tempo, o surgimento da coloração azul será observada apenas no(s) tubo(s): a) 1 b) 2 c) 3 d) 1 e 2 e) 1 e (Uel) Quatro lâminas de alumínio são colocadas em contato com soluções aquosas de: Mg(NO 3) 2, Pb(NO 3) 2, AgNO 3 e Zn(NO 3) 2. Após certo tempo constata-se que a massa do alumínio permanece inalterada apenas na primeira solução. Com este resultado, é possível afirmar que, dentre os seguintes metais, o mais redutor é a) Al b) Pb c) Ag d) Mg e) Zn 08. (Uel) Considere a seguinte tabela de potenciais padrão de redução: Al e - Al E o (volts) = - 1,66 Zn e - Zn E o (volts) = - 0,76 Co e - Co E o (volts) = - 0,28 Cu e - Cu E o (volts) = + 0,34 Ag + + e - Ag E o (volts) = + 0,80 Desses metais, o MAIS redutor é a) Al b) Zn c) Co d) Cu e) Ag 09. (Uel) Amílcar de Castro, em sua obra, utilizou o ferro sem qualquer pintura ou proteção contra corrosão, para que pudesse ser observada a ação do tempo sobre a mesma. Com base nos conhecimentos sobre o tema, e correto afirmar: a) O ferro presente na obra sofreu um processo de redução pelo ganho de elétrons. b) O processo de deterioração e desacelerado pela ação da água proveniente da chuva. c) A proteção do ferro (Fe e - Fe, E o = - 0,04 V) presente na obra poderia ser realizada pela conexão desta com uma placa de cobre (Cu + + e - Cu, E o = + 0,52 V). d) O oxigênio atmosférico é fundamental no processo de corrosão do ferro. e) Sob as mesmas condições, a corrosão é mais rápida em uma peça de ferro maciço do que em uma de limalha, de mesma massa. 3

4 10. (Unirio) Dispondo de soluções aquosas de CuSO 4, MgCl 2 e Pb(NO 3) 2 e também de placas dos metais cobre, magnésio e chumbo, um estudante fez algumas experiências colocando as placas metálicas em recipientes contendo essas soluções. Com os resultados, ele montou a seguinte tabela: Com base nas suas observações, o estudante chegou à conclusão de que a ordem decrescente de reatividade entre esses metais é: a) Mg > Pb > Cu b) Mg > Cu > Pb c) Cu > Pb > Mg d) Cu > Mg > Pb e) Pb > Cu > Mg 11. (Fuvest) Ferro zincado é ferro que contém pequena quantidade de zinco metálico. A partir dos potenciais padrão de redução, listados a seguir, explique os seguintes fatos observados no cotidiano: a) Rebites de ferro em esquadrias de alumínio causam a corrosão do alumínio. b) Pregos de ferro zincado são resistentes à ferrugem. Redução E o (volt) 2+ Fe + 2e Fe - 0, Zn + 2e Fe - 0, Al + 3e A l - 1, (Fuvest) Panelas de alumínio são muito utilizadas no cozimento de alimentos. Os potenciais de redução (E o ) indicam ser possível a reação deste metal com água. A não ocorrência dessa reação é atribuída a presença de uma camada aderente e protetora de óxido de alumínio formada na reação do metal com o oxigênio do ar. a) Escreva a equação balanceada que representa a formação da camada protetora. b) Com os dados de E o, explique como foi feita a previsão de que o alumínio pode reagir com água. Dados: 4

5 13. (Fuvest) Uma liga metálica, ao ser mergulhada em ácido clorídrico, pode permanecer inalterada, sofrer dissolução parcial ou dissolução total. Qual das situações acima será observada com a liga de cobre e zinco (latão)? Justifique utilizando as informações relativas às semi-reações medidas em E o (Volt): I. Cl 2 + 2e - 2Cl - E o = + 1,36 II. Cu e - Cu E o = + 0,34 III. 2H + + 2e - H 2 E o = 0,00 IV. Zn e - Zn E o = - 0, (Fuvest) Semi-Reação Fe e - Fe (E = - 0,41 V) Cu e - Cu (E = + 0,34 V) O 2 + 2H 2O + 4 e - 4OH - (E = + 0,40) A estátua da Liberdade está no porto de Nova Iorque e, portanto em ambiente marinho. Ela consiste em uma estrutura de ferro sobre a qual estão rebitadas placas de cobre que dão forma à figura. a) Qual o efeito do ambiente marinho sobre as placas de cobre? Explique utilizando equações químicas. b) Por que não foi uma boa idéia ter cobre em contato com ferro? Justifique. 15. (Ufg) Observando a tira, responda: a) Após inúmeras chuvas, os cavaleiros ingleses terão dificuldade para abrir seus elmos de ferro. Utilizando equações químicas, explique por quê. b) Suponha a seguinte situação: o elmo de um dos cavaleiros, o suserano, é adornado com rebites de ouro, enquanto o do outro, seu vassalo, com rebites de zinco. Curiosamente, após inúmeras chuvas, um dos elmos emperra mais que o outro. Explique o porquê. Potencial Padrão de Eletrodo Zn e - Zn E = - 0,76 V Fe e - Fe E = - 0,44 V Au e - Au E = + 1,50 V 16. (Ufmg) O ouro apresenta dois números de oxidação positivos comuns, 1+ e 3+. As forças eletromotrizes de redução dessas espécies a ouro elementar são: Au + (aq) + e - Au(s) Au 3+ (aq) + 3e - Au(s) E = 1,69 V E = 1,50 V Considere, ainda, as seguintes forças eletromotrizes de redução: 5

6 Cl 2(g) + 2e - 2Cl - (aq) E = 1,36 V F 2(g) + 2e - 2F - (aq) E = 2,87 V O 2(g) + 4H + (aq) + 4e - 2H 2O(l) E = 1,23 V O 3 + 2H + (aq) + 2e- O 2(g) + H 2O(l) E = 2,08 V 1- JUSTIFIQUE, utilizando equações e cálculos eletroquímicos, o fato de o ouro metálico não se oxidar a Au + nem a Au 3+ quando exposto ao ar. 2- INDIQUE, entre as espécies citadas no enunciado, uma que seja capaz de oxidar o ouro metálico e Au +. JUSTIFIQUE sua resposta. 17. (Unesp) Encanamentos de ferro mergulhados em água sofrem corrosão, devido principalmente à reação: Fe(s) + 2H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g). Para proteger encanamentos nessas condições, costuma-se ligá-los a barras de outros metais, que são corroídos ao invés dos canos de ferro. Conhecendo os potenciais padrões de redução Cu e - Cu(s) E o = + 0,34 V Fe e - Fe(s) E o = - 0,44 V Mg e - Mg(s) E o = - 2,37 V 2H + + 2e - H 2(g) E o = 0,0 V e dispondo-se de barras de magnésio e cobre, propõe-se: a) Qual metal deve ser utilizado para proteger o encanamento? Justifique. b) Escreva as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra metálica escolhida, indicando o agente oxidante e o agente redutor. 18. (Unesp) Quando se coloca um pedaço de zinco metálico numa solução aquosa diluída de cloreto de cobre (II), de cor azul, observa-se que a intensidade da cor da solução vai diminuindo até se tornar incolor. Ao mesmo tempo, observa-se a deposição de cobre metálico sobre o zinco metálico. Ao término da reação, constata-se que uma parte do zinco foi consumida. a) Explique o fenômeno observado. Escreva a equação química correspondente. b) O que acontecerá quando um pedaço de cobre metálico for colocado em uma solução aquosa de cloreto de zinco (II)? Justifique a resposta. 19. (Unesp) Mergulha-se uma lâmina limpa de níquel em uma solução azul de sulfato de cobre. Observa-se que a lâmina fica recoberta por um depósito escuro e que, passado algum tempo, a solução se torna verde. Explique o que ocorreu: a) na lâmina de níquel; b) na solução. 20. (Unesp) Mergulha-se uma placa limpa de zinco em uma solução azul de sulfato de cobre. Observa-se que a placa fica coberta por um depósito escuro e que, passado algum tempo, a solução se torna mais clara. Removido o depósito, contata-se que a placa se apresenta corroída. Explique o que ocorreu: a) na placa de zinco; b) na solução. 6

7 21. (Unesp) A corrosão de ferro metálico envolve a formação envolve a formação de íons Fe 2+. Para evitá-la, chapas de ferro são recobertas por uma camada de outro metal. Em latas de alimentos a camada é de estanho metálico e em canos d'água, de zinco metálico. Explique por que: a) a camada de zinco evita a corrosão de canos d'água; b) quando a camada de estanho é danificada, expondo a camada do ferro, a corrosão acontece mais rapidamente do que quando a referida camada está ausente. Dados: Potenciais padrões de redução a 25 C. Zn e - Zn(s) E o = - 0,763 V Fe e - Fe(s) E o = - 0,409 V Sn e - Sn(s) E o = - 0,136 V respostas 01. D 02. C 03. E 04. A 05. A 06. D 07. D 08. A 09. D 10. A 11. a) Porque o potencial de oxidação do alumínio é maior que o do ferro. b) Porque o zinco oxida-se protegendo o ferro da corrosão. 12. a) 4 Al(s) + 3O 2(g) 2Al 2O 3(s) [camada protetora]. b) A reação ocorre espontaneamente no sentido do valor positivo do E o, logo o alumínio reage com a água. 13. O latão (Cu/Zn) sofre dissolução parcial, pois somente o zinco reduz o H + a H a) Após a montagem da estátua havia um bom contato elétrico entre as placas de cobre e a estrutura de ferro, através de rebites metálicos. Assim o ferro agiria como ânodo de sacrifício neutralizando de forma parcial a ação do ambiente marinho sobre as placas de cobre. I) cátodo: O 2 + 2H 2O + 4e - 4OH - + 0,40 V (redução) II) ânodo: 2Cu 2Cu e - - 0,34 V (oxidação) Somando-se (I) e (II), temos: O 2 + 2H 2O + 2Cu 2 Cu OH - + 0,06 V A ação do ambiente marinho sobre as placas de cobre é neutralizada com o estabelecimento da pilha eletroquímica Cu 2+ /Cu o //Fe o /Fe 2+ onde o ferro age como ânodo de sacrifício: (I) cátodo: Cu e - Cu o + 0,34 V (II) ânodo: Fe Fe e - + 0,41 V Somando-se (I) e (II), temos: Cu 2+ + Fe o Fe 2+ + Cu o + 0,75 V Com o passar dos anos, o contato elétrico entre as placas de cobre e a estrutura de ferro, através dos rebites, foi diminuindo devido à corrosão dos rebites e o efeito da proteção catódica criado pela pilha acima se reduziu. 15. a) Porque o ferro oxida, reagindo com o oxigênio do ar, em ambiente úmido. 4 Fe (s) + 3 O 2 (g) 2 Fe 2O 3 (s) 7

8 b) O elmo que emperra mais é o do suserano, já que o potencial padrão do ouro é de + 1,50 V; assim, o ferro oxida preferencialmente. Como o PPE do zinco é de - 0,76 V, ele oxidará, preferencialmente, em relação ao ferro ) O oxigênio tem maior tendência para se oxidar que o ouro (E real do ouro é maior). 2) O F 2 é capaz de oxidar o ouro, pois tem maior E real. 17. a) O magnésio, por possuir potencial de oxidação maior que o do ferro. b) Fe 2+ + Mg o Fe o + Mg 2+ Oxidante: Fe 2+. Redutor: Mg o. 18. a) Zn o (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu o (s). A cor azul é conseqüência da presença dos íons Cu 2+ (aq) que são consumidos tornando a solução incolor. b) Não ocorrerá reação química. 19. a) Ni desloca o Cu o da solução de CuSO 4: Ni o + Cu 2+ Ni 2+ + Cu o b) Ni o + Cu 2+ (azul) Ni 2+ (verde) + Cu o. 20. a) O depósito escuro se dá pela formação de cobre metálico, pois o zinco possui maior potencial de oxidação e fará com que o íon cobre sofra redução: b) Como os íons Cu 2+ sofrem redução haverá a diminuição destes íons e aumentando o número de íons Zn 2+ incolor, tornando a solução mais clara. 21. a) no cano a proteção é eletroquímica (zinco se oxida e não o ferro). b) o estanho tem maior potencial de redução, na lata a proteção de estanho evita contato com O 2 do ar. 8