ELETROQUÍMICA (Parte II)

Transcrição

1 ELETROQUÍMICA (Parte II) I ELETRÓLISE A eletrólise é um processo de oxirredução não espontâneo, em que a passagem da corrente elétrica em uma solução eletrolítica (solução com íons), produz reações químicas. Trata-se de uma técnica muito utilizada industrialmente na obtenção de diversos tipos de materiais e na galvanização de peças metálicas. As eletrólises são realizadas em cubas eletrolíticas, nas quais a corrente elétrica é produzida por um gerador (pilha). Nesse sistema, os eletrodos são geralmente inertes, formados por platina ou grafita (carvão). Enquanto as substâncias que serão submetidas à eletrólise podem estar liquefeitas (fundidas) ou em solução aquosa. Figura 1 - Esquema da eletrólise A reação de oxidação se processa no eletrodo denominado de ânodo e a de redução no cátodo.a eletrólise é um fenômeno de descarga de íons, os cátions (íons positivos) são reduzidos no cátodo e os ânions (íons negativos) são oxidados no ânodo. Observe que o ânodo por atrair um íon negativo será o pólo positivo da eletrólise, já o cátodo por atrair um cátion será o pólo negativo. II Tipos de Eletrólise Eletrólise Ígnea A eletrólise ígnea ocorre com passagem da corrente elétrica através de um eletrólito fundido (derretido). O exemplo mais importante industrialmente da eletrólise ígnea é a obtenção de alumínio a partir da alumina (Al 2 O 3 ), a qual é obtida da bauxita (Al 2 O 3.nH 2 O + impurezas) desidratada.

2 Observe as equações: : 2Al 3+ (l) + 6e - 2Al (s) : 3O 2- (l) 6e - + 3/2O 2(g) Semi-reação de redução Semi-reação de oxidação 2Al 3+ (l) + 3O 2- (l) 2Al (s) + 3/2O 2(g) Equação Global Eletrólise aquosa A eletrólise aquosa resulta um maior número de substâncias produzidas, pois pode apresentar até 4 íons diferentes na solução iônica. Embora os fenômenos eletroquímicos sejam os mesmos da eletrólise ígnea, devemos observar a facilidade que os íons possuem em reduzir e oxidar através de uma fila de prioridade de descarga iônica, como descreve o esquema a seguir: Figura 2 - Esquema da ordem de prioridade de descarga dos íons Vamos entender o que ocorre na eletrólise aquosa do NaCl (aq) (Cloreto de sódio)? Inicialmente sabemos que serão encontrados nessa solução tanto os íons do sal quanto os íons da água. NaCl (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) (I) H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) (II) íons do sal íons da água

3 Migração de íons H + e Na + OH - e Cl - Facilidade de descarga H + > Na + Cl - > OH - Semi-reação Redução 2H + (aq) + 2e - H 2(g) (III) Oxidação 2Cl - (aq) Cl 2(g) + 2e - Íons presentes na solução Na + (aq) OH - (aq) (IV) Somando as 4 equações (I, II, III e IV), após o balanceamento, obtemos a seguinte equação global desse processo: 2NaCl (aq) 2Na + (aq) + 2Cl - (aq) 2H 2 O (l) 2H + (aq) + 2OH - (aq) 2H + (aq) + 2e - H 2(g) 2Cl - (aq) Cl 2(g) + 2e - 2NaCl (aq) + 2H 2 O (l) 2Na + (aq) + 2OH - (aq) + H 2(g) + Cl 2(g) solução cátodo ânodo Assim, a eletrólise do NaCl (aq) é um processo que permite obter NaOH (soda caústica), H 2(g) (gás hidrogênio) e Cl 2(g) (gás cloro). Note que a presença de OH - na solução final da eletrólise caracteriza uma solução básica. Vamos entender o que ocorre na eletrólise aquosa do CuSO 4(aq) (Sulfato de cobre)? Novamente, sabemos que serão encontrados nessa solução tanto os íons do sal quanto os íons da água. CuSO 4(aq) Cu 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) (I) H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) (II) íons do sal íons da água

4 Migração de íons H + e Cu 2+ OH - e SO 4 2-(aq) Facilidade de descarga Cu 2+ >H + OH - > SO 4 2-(aq) Redução Oxidação Semi-reação Cu 2+ (aq) + e - Cu (s) (III) 2OH - (aq) H 2 O (l) + ½ O 2(g) + 2e - Íons presentes na solução H + (aq) SO 4 2-(aq) (IV) Somando as 4 equações (I, II, III e IV), após o balanceamento, obtemos a seguinte equação global desse processo: CuSO 4(aq) Cu (aq) + SO 4 (aq) 2H 2 O (l) 2H + (aq) + 2OH - (aq) Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) 2OH - (aq) H 2 O (l) + ½ O 2(g) + 2e - (I) (II) (III) (IV) CuSO 4(aq) + 2H 2 O (l) 2H + (aq) + 2SO 4 2- (aq) + Cu (s) + ½ O 2(g) solução cátodo ânodo Nessa eletrólise do CuSO 4(aq) é um processo que permite obter o Cu (s) (cobre metálico) e O 2(g) (gás oxigênio) e Cl 2(g) (gás cloro). E, a presença de H + na solução final da eletrólise caracteriza uma solução ácida. Fonte: DERBLY NETTO. Jorge Abdalla. Química sem mistérios. Disponível em < Acesso em 20 Fev DERBLY NETTO. Jorge Abdalla. Apostilas de Química: Pré - Vestibular Cidadão. Curitiba: Educon, 2006, v.04. p.200. USBERCO, João e SALVADOR, Edgard. Química volume único. São Paulo: Saraiva, 2002.

5 Vamos lá praticar um pouco o que aprendemos!!! ATIVIDADES PROPOSTAS 01. Assinale a alternativa INCORRETA: a) Eletrólise ígnea é a reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de um composto iônico fundido. b) Eletrólise aquosa é a reação química provocada pela passagem de corrente elétrica por meio de uma solução aquosa de um eletrólito. c) Com a eletrólise podemos produzir substâncias na indústria química como a soda cáustica e hipocloritos. d) A ddp negativa indica que a reação é espontânea e que poderá ser usada para gerar corrente elétrica. e) Na eletrólise de uma solução aquosa de KI, o íon I - (iodeto), quando volta a ser átomo, perde um elétron. 02. A eletrólise de NaCl(s) (cloreto de sódio) fundido produz sódio metálico e gás cloro. Nesse processo, cada íon: a) sódio recebe dois elétrons. b) cloreto recebe um elétron. c) sódio recebe um elétron. d) cloreto perde dois elétrons. e) sódio perde um elétron. 03. Sabendo que a obtenção do Cl 2(g) (gás cloro) por eletrólise de solução aquosa de NaCl (aq) se forma também H 2(g) (gás hidrogênio). É comum encontrar nas lojas de materiais para piscinas o anúncio "Temos cloro líquido." a) Há erro em tal anúncio? Explique. b) Mostre como se formam o gás cloro e o gás hidrogênio nessa eletrólise. 04. (Fatec-SP) Obtém-se magnésio metálico por eletrólise do MgCl 2 fundido. Nesse processo, a semi-reação que ocorre no cátodo é: a) Mg 2+ (l) + Mg 2- (l) Mg (s) b) Mg 2+ (l) - 2e - Mg (s) c) 2Cl (l ) - 2e - Cl 2(g) d) Mg e - Mg (s) e) 2Cl + 2e - Cl 2(g) 05. (Fatec-SP) O Cl 2(g) (cloro gasoso) pode ser obtido industrialmente a partir da eletrólise de uma solução aquosa de: a) HClO 4 (ácido perclórico) b) NaCl (aq) (cloreto de sódio)

6 c) C 6 Cl 6(aq) (hexaclorobenzeno) d) HCl (aq) (ácido clorídrico) e) CCl 4(aq) (tetracloreto de carbono) 06. (UFPE) Ao se colocar certo metal pulverizado em um copo de água, observa-se a formação de uma grande quantidade de bolhas e o consumo do metal. Após algum tempo, o interior do copo contém somente um líquido incolor. Pode-se concluir que: ( ) Ocorreu uma reação de óxido-redução. ( ) O potencial padrão de redução deste metal é maior que o da água. ( ) O gás produzido é o oxigênio. ( ) O meio provavelmente estará mais alcalino após o término da reação. ( ) O líquido contido no copo é uma solução de um sal do metal. 07. (Unaerp-SP) Durante grande parte do século passado, o alumínio, devido ao alto custo dos métodos de obtenção, era considerado um metal precioso. Com a descoberta em 1886 do método eletrolítico para a obtenção de alumínio a partir da alumina fundida (Al 2 O 3 ), a produção mundial de alumínio aumentou, com conseqüente redução do preço, popularizando o uso desse metal. Sobre a produção de alumínio, pode-se afirmar que: a) Ocorre oxidação do alumínio no cátodo. b) Ocorre desprendimento de hidrogênio. c) A formação de alumínio ocorre no ânodo. d) Ocorre redução de alumínio no cátodo. e) Ocorre liberação de O 2 no ânodo e H 2 no cátodo. 08. (Faap-SP) Industrialmente, a NaOH (soda cáustica) é obtida por eletrólise de uma solução aquosa de NaCl (aq) (cloreto de sódio). Durante essa eletrólise, obtém-se como subprodutos: a) hidrogênio e cloro no ânodo b) somente hidrogênio no ânodo c) somente cloro no cátodo d) hidrogênio e cloro no cátodo e) somente cloro no ânodo 09. (Faap-SP) Uma das grandes aplicações do cobre reside na sua utilização como condutor elétrico. Para tal deve apresentar uma pureza maior do que a por ele apresentada, quando obtido na metalurgia. Sua pureza pode ser aumentada através do seu "refino eletrólito". Este processo consiste na eletrólise de uma solução aquosa de CuSO 4(aq), utilizando como polo positivo o cobre metalúrgico a refinar. Então, podemos afirmar que no processo acima, temos: a) a reação no ânodo é: Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e - b) a reação no ânodo é: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) c) a reação no cátodo é: Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e - d) o pólo positivo na eletrólise é o cátodo e) o cobre se reduz no ânodo

7 10. (Fuvest-SP) Uma solução aquosa de KI (iodeto de potássio) foi eletrolisada, usando-se a aparelhagem esquematizada na figura. Após algum tempo de eletrólise, adicionaram-se algumas gotas de solução de fenolftaleína na região do eletrodo A e algumas gotas de solução de amido na região de eletrodo B. Verificou-se o aparecimento da cor rosa na região A e da cor azul (formação de iodo) na região B. Nessa eletrólise: I. No pólo negativo, ocorre redução da água com formação de OH - e de H 2. II. No pólo positivo, o íon I - (iodeto) ganha elétrons e forma I (iodo). III. A grafite atua como condutora de elétrons. Dessas afirmações, apenas a a) I é correta b) II é correta c) III é correta d) I e a III são corretas e) II e a III são corretas 11. (Puccamp-SP) Se, na aula sobre eletrólise, um educando tiver que exemplificar um produto que é, industrialmente, obtido por tal processo, poderá citar. I. a soda cáustica II. o ferro III. o alumínio Desses exemplos, SOMENTE: a) I é correto b) II é correto c) III é correto d) I e III são corretos e) II e III são corretos 12. (Puc-PR) A figura ao lado ilustra a eletrólise aquosa do Na 2 SO 4(aq), com eletrodos inertes, podemos indicar a obtenção no ânodo e no cátodo, respectivamente de: a) H 2(g) e SO 2(g) b) Na (s) e SO 2(g) c) O 2(g) e Na (s) d) Na (s) e O 2(g) e) O 2(g) e H 2(g) 13. (FGV) Sobre o funcionamento da célula a combustível, são feitas as seguintes afirmações: 2H + (aq) + 2e - H 2(g) Eº = 0,0V ½O 2(g) + 2H + (aq) H 2 O (g) Eº = +1,23V

8 I. Forma-se água no ânodo. II. O gás oxigênio é o agente redutor. III. Os elétrons transitam do ânodo para o cátodo. IV. O hidrogênio é introduzido no pólo negativo. Estão CORRETAS: a) I e IV b) II e III c) III e IV d) I, II e IV e) I, III e IV 14. (Puc-SP) Considerando a eletrólise da salmoura, equacione as semireações que ocorrem no cátodo e no ânodo, bem como a equação global do processo, representando a formação do NaOH(aq). Identifique os polos de cada eletrodo e indique em qual deles ocorre o processo de oxidação e em qual ocorre o processo de redução.

9 Respostas Resposta: D 2. Resposta: C 3. a) Cloro a temperatura ambiente é gasoso. b) Migração de íons H + e Na + OH - e Cl - Facilidade de descarga H + > Na + Cl - > OH - Semi-reação Redução 2H + (aq) + 2e - H 2(g) (III) Oxidação 2Cl - (aq) Cl 2(g) + 2e - Íons presentes na solução Na + (aq) OH - (aq) (IV) NaCl (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) : H + (aq) + e - ½ H 2(g) : Cl - (aq) e - + ½ Cl 2(g) Equação Global NaCl (aq) + H 2 O (l) Na + (aq) + OH - (aq) + ½H 2(g) + ½Cl 2(g) Solução de NaOH (aq) 4. Resposta: D 5. Resposta: B 6. Resposta: V, F, F, V, F 7. Resposta: D 8. Resposta: E 9. Resposta: D 10. Resposta: D 11. Resposta: D 12. Resposta: E 13. Resposta: C 14. Resposta: 2NaCl (aq) 2Na + (aq) + 2Cl - (aq) Pólo positivo (+): 2Cl - (aq) Cl 2(g) + 2e - (oxidação: ânodo) Pólo negativo (-): 2H 2 O (l) + 2e - H 2(g) + 2OH - (aq) (redução: cátodo) Equação Global: 2NaCl (aq) + 2H 2 O (l) H 2(g) + Cl 2(g) + 2Na + (aq) + 2OH - (aq) Somando-se as três equações, temos a equação global :