QUÍMICA SÉRIE: 2º ANO

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1 LISTA DE EXERCÍCIOS Professor: RODNEY QUÍMICA SÉRIE: º ANO DATA: 14/ A galvanoplastia é uma técnica que permite dar um revestimento metálico a uma peça, colocando tal metal como polo negativo de um circuito de eletrólise. Esse processo tem como principal objetivo proteger a peça metálica contra a corrosão. ários metais são usados nesse processo, como, por exemplo, o níquel, o cromo, a prata e o ouro. O ouro, por ser o metal menos reativo, permanece intacto por muito tempo. Deseja-se dourar um anel de alumínio e, portanto, os polos são mergulhados em uma solução de nitrato de ouro III [Au(NO ) ]. Ao final do processo da eletrólise, as substâncias formadas no cátodo e no ânodo são, respectivamente, a) b) H N e c) Au e d) Au e e) O NO e Au e O NO H. No ano de 14, os alunos da EsPCEx realizaram um experimento de eletrólise durante uma aula prática no Laboratório de Química. Nesse experimento, foi montado um banho eletrolítico, cujo objetivo era o depósito de cobre metálico sobre um clipe de papel, usando no banho eletrolítico uma solução aquosa 1mol L 1 de sulfato de cobre II. Nesse sistema de eletrólise, por meio de uma fonte externa, foi aplicada uma corrente constante de 1 ma, durante 5 minutos. (s) 4 (aq) 4(s) Pb SO PbSO e E, Polo positivo: (s) 4 (aq) 4(s) ( ) PbO SO 4H e PbSO H O E 1, ( Adaptado.) a) Baseando-se na localização dos elementos cádmio e zinco em seus estados mais estáveis na Classificação Periódica, indique qual desses elementos apresenta maior raio atômico. Justifique sua resposta. b) Considerando os potenciais de redução padrão medidos a e as semirreações nos eletrodos da bateria chumboácido, indique o anodo e calcule, em volts, o valor da diferença de potencial da reação global. 5 C 4. No capítulo Linhas de Força, Sacks relembra suas experiências com eletroquímica, em especial sua predileção pela pilha de Daniell, conforme o trecho Mas minha favorita continuou sendo a pilha de Daniell, e quando nos modernizamos e instalamos uma nova pilha seca para a campainha, eu me apropriei da de Daniell. (SACKS, O. Tio Tungstênio: Memórias de uma infância química. São Paulo: Cia. das Letras, ). A pilha de Daniell, citada no texto, está representada abaixo: Após esse tempo, a massa aproximada de cobre depositada sobre a superfície do clipe foi de: Dados: massa molar Cu 64 g mol; 1Faraday 96.5 C. a),41g. b) 1,45 g. c),987 g. d),95 g. e),1 g.. Nesta última década, assistiu-se a um aumento na demanda por pilhas e baterias cada vez mais leves e de melhor desempenho. Consequentemente, existe atualmente no mercado uma grande variedade de pilhas e baterias que utilizam níquel, cádmio, zinco e chumbo em suas fabricações. Usadas em automóveis, as baterias de chumbo, conhecidas como chumboácido, apresentam um polo negativo, constituído de chumbo metálico, e um polo positivo, constituído de óxido de chumbo (I). Polo negativo: As reações (ou semirreações) de oxidação e redução são: Semirreação de oxidação no ânodo (polo Zn Zn e ) E,76

2 Semirreação de redução no cátodo (polo Cu e Cu ) E,4 O potencial padrão da pilha de Daniell, a partir das informações anteriores, é a) b) c) d) e) 1,1 1,1,4,4,6 pilha de Daniell foi utilizada para a eletrólise de 5 m uma solução aquosa de,1mol. AgNO, 1 Observe o esquema: na concentração de de 5. Considere as seguintes semicélulas e os respectivos potenciais-padrão de redução, numerados de I a I. I. II. III. I. Mn (aq) Mn (s) E 1,18 A (aq) A (s) E 1,66 Ni (aq) Ni (s) E,5 Pb (aq) Pb (s) E,1. Ag (aq) Ag (s) E,8 I. Cu (aq) Cu (s) E,4 As duas semicélulas que formariam uma pilha com maior diferença de potencial são a) I e III b) II e c) II e I d) I e I e) e I 6. A energia liberada em uma reação de oxidorredução espontânea pode ser usada para realizar trabalho elétrico. O dispositivo químico montado, pautado nesse conceito, é chamado de célula voltaica, célula galvânica ou pilha. Uma pilha envolvendo alumínio e cobre pode ser montada utilizando como eletrodos metais e soluções das respectivas espécies. As semirreações de redução dessas espécies é mostrada a seguir: Semirreações de Redução Alumínio: A (aq) e A Ered 1,66 Cobre: Cu (aq) e Cu Ered,4 Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (5 C e 1atm) ideais (desprezando-se qualquer efeito dissipativo) e as semirreações de redução fornecidas, a força eletromotriz (fem) dessa pilha montada e o agente redutor, respectivamente são: a),1 e o cobre. b), e o alumínio. c) 1,4 e o cobre. d) 1, e o alumínio. e) 1, e o cobre. A pilha empregou eletrodos de zinco e de cobre, cujas semirreações de redução são: Zn (aq) e Zn (s) E,76 Cu (aq) e Cu (s) E,4 A eletrólise empregou eletrodos inertes e houve deposição de todos os íons prata contidos na solução de AgNO. Calcule a diferença de potencial da pilha, em volts, e a massa, em gramas, do anodo consumido na deposição. Dados: Zn 65,5; Ag Em instalações industriais sujeitas à corrosão, é muito comum a utilização de um metal de sacrifício, o qual sofre oxidação mais facilmente que o metal principal que compõe essa instalação, diminuindo, portanto eventuais desgastes dessa estrutura. Quando o metal de sacrifício encontra-se deteriorado, é providenciada sua troca, garantindo-se a eficácia do processo denominado proteção catódica. Considerando uma estrutura formada predominantemente por ferro e analisando a tabela abaixo que indica os potenciaispadrão de redução (E red) de alguns outros metais, ao ser eleito um metal de sacrifício, a melhor escolha seria Metal Magnésio Zinco Ferro Chumbo Cobre Potenciaispadrão Equação da semirreação de redução (E red) (aq) (s),8 Mg e Mg (aq) (s),76 Zn e Zn (aq) (s),44 Fe e Fe (aq) (s),1 Pb e Pb Cu (aq) e Cu (s),4 Prata Ag (aq) e Ag(s),8 7. Em um experimento, a energia elétrica gerada por uma

3 a) o magnésio. b) o cobre. c) o ferro. d) o chumbo. e) a prata. 9. O potencial padrão de redução de um par redox informa sobre a força oxidante desse par. Considere a tabela abaixo, que relata o comportamento de diferentes eletrodos quando mergulhados em certas soluções. ELETRODO SOLUÇÃO OBSERAÇÃO Mudança da cor do eletrodo Nada aconteceu Mudança da cor do eletrodo Zn Pb Pb NiSO 4 NiSO 4 CuSO 4 Dados: 1F 96.5 C; Cr : 5 g mol; O:16 g mol. a) 16 minutos e 44 segundos. b) 19 minutos e segundos. c) 5 minutos e segundos. d) minutos e 1 segundos. 1. A obtenção industrial de alumínio é feita a partir da bauxita, que deve ser purificada para se obter óxido de alumínio. Em seguida, o óxido é submetido à eletrólise, produzindo Para reduzir a energia consumida para A. (s) fundir o óxido de alumínio, ele é misturado com criolita (NaA F 6). Um diagrama da eletrólise está apresentado a seguir. Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando o potencial padrão de redução com seu par redox: ,5,1,76,4 ( ) ( ) ( ) ( ) Cu Cu Zn Zn Pb Pb Ni Ni Assinale a sequência CORRETA encontrada. a) 4 1 b) 4 1 c) 4 1 d) Sob condições apropriadas em uma cuba eletrolítica ocorreu a eletrólise de uma solução aquosa de sulfato de cobre II. Nesse processo ocorreu a formação de 6,5 g de cobre e o desprendimento de um gás. Dados: O 16 g / mol; Cu 6,5 g / mol. semi reação catódica: Cu (aq) e Cu (s) semi reação anódica: H O( ) O(g) 4e 4H (aq) O volume do gás produzido quando medido na CNTP é: a),4 L b) 1,1 L c) 6,5 L d), L 11. O cromo é usado na galvanoplastia revestindo estruturas metálicas pelo processo de eletrodeposição. 867 mg de cromo metálico foram depositados sobre um metal em solução ácida que contém óxido de cromo I sob corrente de 5 A. (aq) (aq) (s) CrO 6 H 6 e Cr H O Assinale a alternativa que contém o tempo necessário para a realização desse processo. a) Escreva as reações que ocorrem no cátodo ( ) e no ânodo ( ), e a equação geral da eletrólise. b) Durante o processo, o ânodo de grafite sofre desgaste e é substituído. Usando equações químicas balanceadas, explique a razão do desgaste. 1. Para responder à questão, analise as informações a seguir. Em embarcações pequenas com casco de aço, é comum e vantajoso evitar a corrosão pelo método da proteção catódica. Esse método consiste no emprego de placas de metais ou ligas metálicas, as quais, ao serem conectadas eletricamente ao casco, são capazes de gerar uma diferença de potencial suficiente para manterem o metal do casco reduzido. No aço, o principal processo de oxidação pode ser representado por: (s) (aq) Fe Fe e Eº,44 Considerando as informações, a equação associada a um processo adequado de proteção catódica de um casco de aço é: a) H (aq) e H(g) Eº, b) Cu (aq) e Cuº (s) Eº,4 c) A º (s) A (aq) e Eº 1,66 d) (aq) (g) C C e Eº 1,6 e) (s) (aq) Agº Ag e Eº,8 14. A pilha de Daniell é constituída basicamente de uma placa metálica de cobre mergulhada em uma solução de sulfato de cobre, constituindo o cátodo, e por uma placa metálica de zinco

4 mergulhada em solução de sulfato de zinco, constituindo o ânodo. Ambos os metais são interligados por um circuito elétrico, e uma ponte salina faz a união das duas células, permitindo a migração de íons entre elas. A reação global que ocorre nessa pilha é representada por Cu Zn Cu Zn, cuja diferença de potencial ( E ) da pilha formada é de 1,1. Δ Um estudante resolveu testar uma nova configuração de pilha, substituindo o cobre por uma placa metálica de alumínio mergulhada em uma solução de e o zinco por uma placa metálica de ferro mergulhada em uma solução de As semirreações de redução envolvidas para a nova pilha construída são dadas a seguir. FeSO 4. A (SO ) 4 Fe e Fe E,44 A e A E 1,67 Com base nessas informações, a) escreva a equação química balanceada que representa esse processo e a diferença de potencial da nova pilha construída; b) indique o fluxo de elétrons, o agente oxidante e o agente redutor nessa nova pilha construída. 15. Halogênios são muito reativos e por esse motivo não são encontrados na natureza na forma de substâncias simples. Entretanto, os mesmos podem ser obtidos industrialmente a partir de um processo conhecido como eletrólise ígnea. No caso do cloro, esse processo é realizado em uma cuba eletrolítica com o cloreto de sódio fundido. Aproximadamente 1 milhões de toneladas de são produzidas anualmente nos Estados Unidos. Cerca de metade desse cloro é utilizada na fabricação de compostos orgânicos halogenados, enquanto o restante é empregado como alvejante na indústria do papel e de tecidos. O volume de medido nas CNPT, quando uma corrente C, C elétrica de intensidade igual a 1 ampères atravessa uma cuba eletrolítica contendo cloreto de sódio fundido durante 965 segundos é de Dado: F 96.5 C mol a),71l b) 1,1 L c),4 L d),55 L e) 4,48 L Gabarito: Resposta da questão 1: [C] Cátodo (polo negativo): Au e H na competição desses cátions o Au irá descarregar 1, formando o Au (s). Ânodo (polo positivo): NO e OH na competição desses ânions o OH irá descarregar 1, formando o gás O. Resposta da questão : [E] Q it Q 1 1 A 5 6 s C Cu e Cu 96.5 C 64 g C mcu mcu,99481 g,1 g Resposta da questão : a) Localização do cádmio (Cd) : grupo 1 ou IIB e quinto período (cinco camadas). Localização do zinco (Zn) : grupo 1 ou IIB e quarto período (quatro camadas). O cádmio apresenta maior raio atômico, pois está localizado no mesmo grupo do zinco, porém em um período abaixo, ou seja, apresenta uma camada a mais. b) A partir das equações fornecidas no enunciado, vem: Ânodo : Pb (s) (placa de chumbo). Pb(s) SO4 (aq) PbSO4(s) e E PbO(s) SO4 (aq) 4H e PbSO4(s) H O( ) E 1 E Eredução Eoxidação E,6 1,68 E,4 Resposta da questão 4: [A] Gabarito Oficial: ANULADA Gabarito SuperPro : [A] O potencial padrão da pilha de Daniell, será: red red E Zn,76 E Cu,4 Zn Zn e E,76 Cu e Cu E,4 Zn +Cu Cu Zn red(cátodo) red(ânodo) ΔE E E ΔE,4 (,76) ΔE 1,1 Resposta da questão 5: [A] Incorreta. 4

5 Mn(s) Mn (aq) e E 1,18 Ni (aq) e Ni (s) E,5 Mn(s) Ni (aq) Mn (aq) Ni (s) ΔE,9 Correta. A (s) A (aq) e ( ) Ag (aq) e E 1,66 Ag (s) E,8 A (s) Ag (aq) A (aq) Ag (s) ΔE,46 [C] Incorreta. ( ) A (s) A (aq) 6e E 1,66 ( ) Pb (aq) 6e Pb(s) E,1 A (s) Pb (aq) A (aq) Pb (s) ΔE 1,5 [D] Incorreta. Cu (aq) e Pb(s) Pb (aq) e Cu (s) E,4 E,1 Cu (aq) Pb(s) Pb (aq) Cu (s) ΔE,47 [E] Incorreta. Cu(s) Cu (aq) e Ag (aq) e E,4 Ag (s) E,8 Cu(s) Ag (aq) Cu (aq) Ag (s) ΔE,46 Assim, as duas semicélulas que formariam uma pilha com maior diferença de potencial são: II e. Resposta da questão 6: A (aq) e A Ered 1,66 Cu (aq) e Cu Ered,4,4 1,66 ΔE Emaior Emenor,4 ( 1,66), Então : A A (aq) e ( ) Cu (aq) e Cu ( ) A A (aq) 6 e (oxidação ânodo) Cu (aq) 6 e Cu (redução cátodo) Global A Cu (aq) A (aq) Cu redutor Resposta da questão 7: Houve deposição de todos os íons prata contidos na solução de AgNO. Conclusão: o potencial de redução da prata (Ag) Zn (aq) e Zn (s) E,76 Cu (aq) e Cu (s) E,4,4,76 ΔE Emaior Emenor,4 (,76) 1,1 ΔE 1,1 é maior. Entre os potenciais de redução do cátion zinco e do cátion cobre, o menor potencial é o do zinco. Então, Zn (s) Zn (aq) e (anodo) Ag (aq) e Global Ag (s) (catodo) Zn (s) Ag (aq) Zn (aq) Ag (s) Global Zn (s) Ag (aq) Zn (aq) Ag (s) 65,5 g 18 g Tem-se 5 ml (,5 L) de uma solução aquosa de AgNO, 1 na concentração de,1mol L : nagno [AgNO ] nagno,1,5 n,5 mol AgNO n n n,5 mol AgNO Ag Ag m,5 18 g,54 g Ag 5

6 Global Zn (s) Ag (aq) Zn (aq) Ag (s) 65,5 g mzn mzn,1675 g mzn,164 g Resposta da questão 8: [A] 18 g,54 g Para um metal de sacrifício, a melhor escolha em relação ao metal que precisa ser protegido, é daquele metal que apresentar o menor potencial de redução para o seu cátion (maior potencial de oxidação). Neste caso é o magnésio. Metal Magnésio Resposta da questão 9: Equação da semirreação Potenciaispadrão de redução (E ) (aq) (s),8 Mg e Mg red Cu (aq) 4e Cu (s) H O( ) O(g) 4e 4H (aq) (redução; cátodo) (oxidação; ânodo) Global (aq) ( ) (s) (g) (aq) Cu H O Cu O 4H O 1,1 L Resposta da questão 11: [D] Q it 5t 6 6,5 g 6,5g (aq) (aq) (s) CrO 6H 6e Cr H O Cr 6e Cr C 5 t t 1.9,748 s 5 g g 1.9,748 t, min 6, min 1,7476 s t minutos e 1 segundos,4 L O A partir da análise da tabela fornecida no enunciado, vem: ELETRO DO SOLUÇ ÃO OBSERA ÇÃO MOTIO Depósito de níquel metálico. Zn Pb NiSO 4 NiSO 4 Pb CuSO 4 Mudança da cor do eletrodo Nada aconteceu Mudança da cor do eletrodo o o o o Conclusão: ε Cu ε Pb ε Ni ε Zn. Resposta da questão 1: (aq) (s) Ni e Ni (potencial de redução do níquel é maior do que o do zinco) (potencial de redução do chumbo é maior do que o do níquel) Depósito de cobre metálico. Cu (aq) e Cu (s) (potencial de redução do cobre é maior do que o do chumbo) Resposta da questão 1: a) Reações: A O (s) 4 A ( ) 6 O ( ) 6 O ( ) O (g) 1 e (Ânodo; oxidação) ( ) 4 A ( ) 1 e 4 A ( ) (Cátodo; redução) ( ) Global A O (s) O (geral) (g) 4 A ( ) b) O ânodo de grafite sofre desgaste devido à reação com o oxigênio gasoso formado: Cgr O(g) CO(g). Resposta da questão 1: [C] Considerando as informações, a equação associada a um processo adequado de proteção catódica de um casco de aço deve apresentar maior potencial de oxidação do que o ferro sólido: A º (s) A (aq) e ; Eº 1,66. Resposta da questão 14: a) Como é uma pilha, o processo é espontâneo, portanto, a variação de potencial será positiva. ( ) Fe 6e Fe E,44 ( ) A A 6e E 1,67 Fe A Fe A ΔE 1, b) O sentido do fluxo dos elétrons será do alumínio (ânodo) para o ferro (cátodo). 6

7 O agente oxidante é pois está reduzindo e o agente redutor será o alumínio, pois está oxidando na reação. Fe, Resposta da questão 15: Q it Q 1 A 965 s 965 C C 1C e C,4 L C 1,1 L 96.5 C 965 C 7

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