PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE

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1 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE (Fac. Santa Marcelina - Medicina 16) Nesta última década, assistiu-se a um aument na demanda pr pilhas e baterias cada vez mais leves e de melhr desempenh. Cnsequentemente, existe atualmente n mercad uma grande variedade de pilhas e baterias que utilizam níquel, cádmi, zinc e chumb em suas fabricações. Usadas em autmóveis, as baterias de chumb, cnhecidas cm chumb-ácid, apresentam um pl negativ, cnstituíd de chumb metálic, e um pl psitiv, cnstituíd de óxid de chumb (IV). Pl negativ: Pb(s) SO4 (aq) PbSO4(s) e E,36 V Pl psitiv: PbO(s) SO4 (aq) 4H e PbSO4(s) H O( ) E 1,68 V ( Adaptad.) a) Baseand-se na lcalizaçã ds elements cádmi e zinc em seus estads mais estáveis na Classificaçã Periódica, indique qual desses elements apresenta mair rai atômic. Justifique sua respsta. b) Cnsiderand s ptenciais de reduçã padrã medids a 5 C e as semirreações ns eletrds da bateria chumb-ácid, indique and e calcule, em vlts, valr da diferença de ptencial da reaçã glbal.. (Ita 16) Duas placas de platina sã cnectadas a um ptencistat e imersas em um béquer cntend uma sluçã aqusa de sulfat de cbre. Entre estas duas placas crre a passagem de crrente elétrica. Após cert temp fi verificad que a cr azul, inicialmente presente na sluçã, desapareceu e que huve a liberaçã de um gás em uma das placas de platina. A sluçã, agra ttalmente inclr, cntém a) hidróxid de cbre. b) sulfat de platina. c) hidróxid de platina. d) ácid sulfúric. e) apenas água. 3. (Fuvest 16) Em uma ficina de galvanplastia, uma peça de aç fi clcada em um recipiente cntend sluçã de sulfat de crm (III) [Cr (SO 4) 3], a fim de receber um revestiment de crm metálic. A peça de aç fi cnectada, pr mei de um fi cndutr, a uma barra feita de um metal X, que estava mergulhada em uma sluçã de um sal d metal X. As sluções salinas ds dis recipientes fram cnectadas pr mei de uma pnte salina. Após algum temp, bservu-se que uma camada de crm metálic se depsitu sbre a peça de aç e que a barra de metal X fi parcialmente crrída. A tabela a seguir frnece as massas ds cmpnentes metálics envlvids n prcediment: Massa inicial (g) Peça de aç 1, 1,8 Barra de metal X 1, 96,7 Massa final (g) a) Escreve a equaçã química que representa a semirreaçã de reduçã que crreu neste prcediment. b) O respnsável pela ficina nã sabia qual era metal X, mas sabia que pdia ser magnési (Mg), zinc (Zn) u manganês (Mn), que frmam íns divalentes em sluçã nas cndições d experiment. Determine, mstrand s cálculs necessáris, qual desses três metais é X. Nte e adte: massas mlares (g ml) Mg...4 Cr...5 Mn...55 Zn...65 Página 1 de 11

2 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE (Espcex 16) A energia liberada em uma reaçã de xidrreduçã espntânea pde ser usada para realizar trabalh elétric. O dispsitiv químic mntad, pautad nesse cnceit, é chamad de célula vltaica, célula galvânica u pilha. Uma pilha envlvend alumíni e cbre pde ser mntada utilizand cm eletrds metais e sluções das respectivas espécies. As semirreações de reduçã dessas espécies é mstrada a seguir: Semirreações de Reduçã Alumíni: 3 A (aq) 3 e A Ered 1,66V Cbre: Cu (aq) e Cu Ered,34V Cnsiderand tds s materiais necessáris para a mntagem de uma pilha de alumíni e cbre, nas cndições-padrã (5 C e 1atm) ideais (desprezand-se qualquer efeit dissipativ) e as semirreações de reduçã frnecidas, a frça eletrmtriz (fem) dessa pilha mntada e agente redutr, respectivamente sã: a),1 V e cbre. b), V e alumíni. c) 1,34 V e cbre. d) 1,3 V e alumíni. e) 1, V e cbre. 5. (Ita 16) Cnsidere uma célula eletrlítica na frma de um tub em H, preenchid cm sluçã aqusa de NaNO 3 e tend eletrds inertes mergulhads em cada ram vertical d tub e cnectads a uma fnte externa. Num determinad instante, injeta-se uma sluçã aqusa de CuCrO4 verde na parte central d ram hrizntal d tub. Após algum temp de eletrólise, bserva-se uma mancha azul e uma amarela, separadas (em escala) de acrd cm esquema da figura. Cm base nas infrmações d enunciad e da figura, assinale a pçã ERRADA. a) O eletrd E e crrespnde a and. b) Há liberaçã de gás n E. d c) Há liberaçã de H n E e. d) O ín crmat tem velcidade de migraçã mair que ín cbre. e) O ph da sluçã em trn d E d diminui. 6. (Ita 16) Sabend que prdut de slubilidade d calmelan (clret de mercúri I) e 18 Kps,6 1 e que seu lgaritm natural é In(K ps) 4,5, determine: a) a cncentraçã, em 1 de ml L, calmelan. b) ptencial padrã de um eletrd de calmelan. Hg e de C numa sluçã aqusa saturada de Página de 11

3 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE (Uscs - Medicina 16) A btençã industrial de alumíni é feita a partir da bauxita, que deve ser purificada para se bter óxid de alumíni. Em seguida, óxid é submetid à eletrólise, prduzind A (s). Para reduzir a energia cnsumida para fundir óxid de alumíni, ele é misturad cm crilita (Na3A F 6). Um diagrama da eletrólise está apresentad a seguir. a) Escreva as reações que crrem n cátd ( ) e n ând ( ), e a equaçã geral da eletrólise. b) Durante prcess, ând de grafite sfre desgaste e é substituíd. Usand equações químicas balanceadas, explique a razã d desgaste. 8. (Mackenzie 16) Em instalações industriais sujeitas à crrsã, é muit cmum a utilizaçã de um metal de sacrifíci, qual sfre xidaçã mais facilmente que metal principal que cmpõe essa instalaçã, diminuind, prtant eventuais desgastes dessa estrutura. Quand metal de sacrifíci encntra-se deterirad, é prvidenciada sua trca, garantind-se a eficácia d prcess denminad prteçã catódica. Cnsiderand uma estrutura frmada predminantemente pr ferr e analisand a tabela abaix que indica s ptenciais-padrã de reduçã (E red) de alguns utrs metais, a ser eleit um metal de sacrifíci, a melhr esclha seria Metal Equaçã da semirreaçã Ptenciais-padrã de reduçã (E red) Magnési Zinc Ferr Chumb Cbre (aq) (s),38 V Mg e Mg (aq) (s),76 V Zn e Zn (aq) (s),44 V Fe e Fe (aq) (s),13 V Pb e Pb (aq) (s),34 V Cu e Cu Prata Ag (aq) e Ag(s),8 V a) magnési. b) cbre. c) ferr. d) chumb. e) a prata. Página 3 de 11

4 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE (Ita 16) Cnsidere a reaçã descrita pela seguinte equaçã química: H (g, 1bar) AgBr(s) H (aq) Br (aq) Ag(s). Send X ptencial padrã (E ) da reaçã, ph da sluçã a 5 C quand ptencial da reaçã (E) fr Y será dada pr a) (X Y),59. b) (Y X),59. c) (X Y),118. d) (Y X),118. e) (X Y),59. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia text para respnder à(s) quest(ões). Em um labratóri, uma estudante sintetizu sulfat de ferr (II) hepta-hidratad (FeSO 4 7HO) a partir de ferr metálic e ácid sulfúric diluíd em água. Para tant, a estudante pesu, em um béquer, 14,9 g de ferr metálic de pureza 98,%. Adicinu água destilada e depis, lentamente, adicinu excess de ácid sulfúric cncentrad sb agitaçã. N final d prcess, a estudante pesu s cristais de prdut frmads. 1. (Unesp 16) A tabela apresenta s valres de ptencial-padrã para algumas semirreações. Equaçã de semirreaçã H (aq) e H (g) Fe (aq) e Fe (s) E (V),,44 1 (1ml,1 kpa e 5 C) Cnsiderand que experiment fi realizad pela estudante nas cndições ambientes, escreva as equações das semirreações e a equaçã glbal da reaçã entre ferr metálic e a sluçã de ácid sulfúric. Tend sid mntada uma célula galvânica cm as duas semirreações, calcule valr da frça eletrmtriz da célula ( E ). Página 4 de 11

5 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16 Gabarit: Respsta da questã 1: a) Lcalizaçã d cádmi (Cd) : grup 1 u IIB e quint períd (cinc camadas). Lcalizaçã d zinc (Zn) : grup 1 u IIB e quart períd (quatr camadas). O cádmi apresenta mair rai atômic, pis está lcalizad n mesm grup d zinc, prém em um períd abaix, u seja, apresenta uma camada a mais. b) A partir das equações frnecidas n enunciad, vem: Ând : Pb (s) (placa de chumb). (s) 4 (aq) 4(s) Pb SO PbSO e E,36 V (xidaçã ând) (s) 4 (aq) 4(s) ( ) PbO SO 4H e PbSO H O E 1,68 V (reduçã cátd) E E E reduçã xidaçã E,36 V 1,68 V E,4 V Respsta da questã : [D] Duas placas de platina sã cnectadas a um ptencistat e imersas em um béquer cntend uma sluçã aqusa de sulfat de cbre, entã fazend a eletrólise, vem: CuSO 4(aq) Cu (aq) SO 4 (aq) 1 HO( ) e H (aq) O (g) Oxidaçã; ând Cu (aq) e Cu(s) Reduçã; cátd (a cr azul desaparece) azul Glbal 1 CuSO 4(aq) HO( ) H (aq) SO 4 (aq) O (g) Cu(s) HSO4 A sluçã, agra ttalmente inclr, cntém HSO 4. Respsta da questã 3: a) A peça de aç fi clcada em um recipiente cntend sluçã de sulfat de crm (III) [Cr (SO 4) 3], a fim de receber um revestiment de crm metálic. Entã, Cr (SO ) (aq) Cr (aq) 3SO (aq) 3 Cr (aq) 3e Cr(s) (reduçã) b) A massa d crm depsitad pde ser btida a partir da tabela frnecida n enunciad. Página 5 de 11

6 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16 mcr 1,8 g 1, g,8 g Cr 5 g / ml 3 Cr (aq) 3e Cr(s) (reduçã) 3 mls e n 5 g,8 g n,1 ml de elétrns n circuit mx 1, g 96,7 g 3,3 g 3,3 nx ml MX frma ín divalente X(s) X (aq) e 1ml mls e 3,3 ml MX 3,3 MX 55 g / ml,1 MX 55 g / ml X é manganês.,1 ml e Respsta da questã 4: [B] 3 A (aq) 3 e A Ered 1,66V Cu (aq) e Cu Ered,34V,34 V 1,66 V ΔE Emair Emenr,34 ( 1,66), V Entã : 3 A A (aq) 3 e ( ) Cu (aq) e Cu ( 3) 3 A A (aq) 6 e (xidaçã ând) 3Cu (aq) 6 e 3Cu (reduçã cátd) Glbal 3 A 3Cu (aq) A (aq) 3Cu redutr Respsta da questã 5: [A] [A] Errada. O eletrd E e crrespnde a cátd. A mancha azul é gerada pel cátin cbre (Cu ) que migra para E e. Ist significa que E e é pl negativ (a plarizaçã é gerada pela fnte) da célula, u seja, regiã nde crre a reduçã e cnsequentemente cátd. [B] Crreta. Há liberaçã de gás xigêni n eletrd E d : Oxidaçã 1 HO e H O. Página 6 de 11

7 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16 Outra abrdagem: ânin OH migra para pl psitiv 1 OH e HO O. Ocrre liberaçã de gás xigêni. (E d) : [C] Crreta. Há liberaçã de gás H n E e, além da frmaçã predminante de cbre Reduçã metálic: H O e OH H. Outra abrdagem: cátin H migra para pl negativ (E e) : H e H. Ocrre liberaçã de gás hidrgêni. [D] Crreta. O ín crmat tem velcidade de migraçã mair que ín cbre. De acrd cm a figura frnecida, a distância percrrida pel ín crmat (CrO 4 ) é mair d que a distância percrrida pel cátin cbre (Cu ) num mesm interval de temp, cnclui-se que a velcidade de migraçã d ín crmat é mair d que a velcidade de migraçã d cátin cbre. [E] Crreta. O ph da sluçã em trn d Oxidaçã 1 HO e H O. Respsta da questã 6: a) Tem-se seguinte equilíbri: E d diminui, pis crre a frmaçã de cátins H : Página 7 de 11

8 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE HgC (s) Hg C K ps =,6 1 M M K ps = [Hg ] [C ] 3 K ps = M (M) K ps =4M M,6 1 3,6-18 M M, M,65 1, M,65 1 3,65, , M, , [Hg ] 8,66 1 ml / L 7 7 [C ] 8,66 1 ml / L 17,3 1 ml / L 6 [C ] 1,73 1 ml / L b) Equacinand-se: redhg C red Hg Hg C e Hg C E Hg e Hg E Invertend a segunda equaçã, vem: HgC e Hg Hg Hg C e Glbal reduçãhg C xidaçã Hg Hg C Hg C ΔE E E Utilizand-se a equaçã de Nernst, pde-se calcular valr de Δ E. Página 8 de 11

9 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16,59 ΔE ΔE lgq n nq,33lgq nq lgq,33,59 nq ΔE ΔE n,33 ΔE, V (equilíbri) n mls de elétrns Q Kps nkps 4,5,59 4,5, ΔE,33 ΔE, V,519 V ΔE,519 V reduçãhg C ΔE E E xidaçã reduçã Hg,788 V xidaçã Hg reduçãhg C reduçãhg C E E Hg,788 V (valr nã frnecid na prva),519 V E (,788) V E,69 V,7 V Cm valr de E reduçã ΔE,519 V Δ Hg E E E reduçãhg C xidaçã Hg,519 V E E reduçãhg C xidaçã Hg reduçãhg C xidaçã Hg E,519 V E u reduçãhg C reduçã Hg E,519 V E nã fi frnecid, tem-se: Respsta da questã 7: a) Reações: 3 A O3 (s) 4 A ( ) 6 O ( ) ( ) (g) 6 O 3 O 1 e (Ând; xidaçã) ( ) 3 ( ) ( ) Glbal A O3 (s) 3 O (geral) (g) 4 A ( ) 4 A 1 e 4 A (Cátd; reduçã) ( ) Página 9 de 11

10 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16 b) O ând de grafite sfre desgaste devid à reaçã cm xigêni gass frmad: Cgr O(g) CO(g). Respsta da questã 8: [A] Para um metal de sacrifíci, a melhr esclha em relaçã a metal que precisa ser prtegid, é daquele metal que apresentar menr ptencial de reduçã para seu cátin (mair ptencial de xidaçã). Neste cas é magnési. Metal Equaçã da semirreaçã Ptenciais-padrã de reduçã (E red) Magnési Mg (aq) e Mg (s),38 V Respsta da questã 9: [D] De acrd cm a equaçã de Nernst:,59 E E lgq n Na qual: E ptencial de reduçã (5 C; sluçã de qualquer cncentraçã mlar). E ptencial de reduçã (5 C; sluçã de cncentraçã 1 mlar u 1ml L).,59 valr cnstante a 5 C,, se a temperatura mudar este valr sfrerá alteraçã. n númer de mls de elétrns transferids durante prcess eletrquímic. Q quciente entre cncentrações que sfrem alteraçã durante funcinament da pilha. Entã, H (g, 1bar) AgBr(s) H (aq) Br (aq) Ag(s) a pressã parcial é utilizada na equaçã de Nernst as cncentrações sã utilizadas na equaçã de Nernst Página 1 de 11

11 PILHAS ELETROLÍTICAS E ELETRÓLISE - 16 n mls de e [H ] [Br ] Q ph ph 1 atm (1 bar) Q [H ] [Br ] [H ] [Br ] 4 Q [H ] [[H ] [H ] E Y E X,59 4,59 Y X lg[h ] Y X 4lg[H ] Y X,59 ( lg[h ]) lg[h ] ph Y X,59 ph Y X ph,59 Y X ph,11 8 Respsta da questã 1: H (aq) e H (g) Fe (s) Fe (aq) e (reduçã) (xidaçã) Glbal H (aq) Fe (s) H (g) Fe (aq) H (aq) e H (g) E, V Fe (aq) e Fe (s) E,44 V, V,44 V ΔE Emair Emenr, (,44),44 V ΔE,44 V Página 11 de 11