1 Respostas dos exercícios essenciais 1 Alternativa E. I. é incorreta, pois a eletrólise não é espontânea; ela é forçada com o uso de um gerador de corrente apropriado. II. é incorreta, pois o zinco tem maior tendência de se oxidar, atuando como ânodo. III. é correta. Pela equação da semirreação de redução do zinco: Zn 1 1 e # Zn 0 notamos que há uma relação estequiométrica (de proporcionalidade direta) entre a quantidade de elétrons (e sua carga) e a quantidade de zinco depositada. 3 a) Cr 31 (aq) 1 3 e # Cr (s) b) Sobre a peça a ser cromada deve ocorrer a redução dos íons crômio (III). Portanto, a peça deve ser ligada ao polo negativo, pois é esse o polo do gerador que emite elétrons. c) 3 e Cr 0 Proporção 3 mol 1 mol Massa 3? 9,65? 10 4 C 5 g (300? 1.930) C x V x 5 104 g 4 a) Semirreação catódica (redução): Au 31 (aq) 1 3 e # Au 0 (s) (3) Semirreação anódica (oxidação): C, (aq) # C, (g) 1 e (33) Reação global: Au 31 (aq) 1 6 C, (aq) # 3 C, (g) 1 Au 0 (s) b) Au 31 (aq) 1 3 e # Au 0 (s) relação entre carga e massa de ouro. 3 e Au 0 (s) Proporção: 3 mol 1 mol Massa 3? 96.500 C 196,97 g Q 6,0 g Q 5 8.818,60 C Q 5 i? Dt V Dt 5 Q V Dt 5 8.818,60 C/,5 A V i V Dt 5 3.57,44 s 59 min. 5 a) Teremos as seguintes reações: fusão A, O 3 (s) @# 4 A, 31 (,) 1 6 O (,) Cátodo; polo (): 4 A, 31 (,) 1 1 e # 4 A, (,) Ânodo; polo (1): 6 O (,) # 3 O (g) 1 1 e (global) A, O 3 (s) # 4 A, (,) 1 3 O (g)
Como Q 5 i? dt, então: Q 5 1? 10 5?,88? 10 5 5,88? 10 10 C 1 A, 31 1 3 e @@@# 1 A, 0 3 mol e @@@@ 7 g A, 3? 9,6? 10 4 C @@@@ 7 g A,,88? 10 10 C @@@@ m (A,) m A, 5,7? 10 6 g 5,7 t (A,) b) De acordo com o texto, a produção de uma tonelada de alumínio reciclado consome 5% da energia necessária para a obtenção da mesma massa desse metal quando obtido diretamente da bauxita, cujo principal componente é o A, O 3 (alumina). Então, na eletrólise: 1 t (A,) @@@@ 100% de energia m A, @@@@ 5% de energia m A, 5 0,05 t (massa de A, obtido pela mesma quantidade de energia do que o alumínio reciclado) Teremos: 1 t (A, reciclado) 0,05 t (A, eletrólise) 5 0 7 Alternativa E. Na 1 1 e # Na 0 relação entre carga e quantidade de Na 0. Cálculo da carga correspondente a 1 mol de e : Número de elétrons 1,60? 10 19 C 1 e x 6,0? 10 3 e x 96.500 C 1 e 1 Na 0 Grandezas: Carga Quantidade 96.500 C 1 mol Q 5 96.500 C 8 a) 9,65? 10 4 C, pois essa é a constante de Faraday, que corresponde à carga (em módulo) de um mol de elétrons. b) A unidade de corrente no sistema internacional, o ampère (A), equivale a coulomb por segundo. Assim, vamos determinar quantos coulombs de carga atravessam o circuito por segundo. Tempo 9,65? 10 4 C 3.600 s V x 5 6,8 C x 1 s Então, se 6,8 C de carga atravessam o circuito por segundo, a corrente nesse circuito é de 6,8 A.
3 9 A carga envolvida na questão anterior é de um mol de elétrons. Assim, podemos estabelecer uma relação entre quantidade de elétrons e massa de metal, que nos permite concluir que a massa depositada é maior no caso da prata. Deposição de prata: Ag 1 1 e # Ag 0 e Ag 0 Grandezas: Quantidade Massa 1 mol 108 g 1 mol x Deposição de cobre: Cu 1 1 e # Cu 0 V x 5 108 g e Cu 0 Proporção: mol 1 mol Grandezas: Quantidade Massa mol 63,5 g 1 mol y V y 5 63,5 g Deposição de zinco: Zn 1 1 e # Zn 0 e Zn 0 Proporção: mol 1 mol Grandezas: Quantidade Massa mol 65,4 g 1 mol z V z 5 65,4 g Deposição de alumínio: A, 31 1 3 e # A, 0 3 e A, 0 Proporção: 3 mol 1 mol Grandezas: Quantidade Massa 3 mol 7 g 1 mol w V w 5 7 3 g 10 a) CuSO 4 (s) # Cu 1 (aq) 1 SO 4 (aq) De acordo com essa equação, os coeficientes de CuSO 4 (s) e SO 4 (aq) são iguais. Portanto, em uma solução 0,10 mol? L 1, temos: [SO 4 ] 5 0,10 mol? L 1
4 b) Em 1 L de solução 0,10 mol? L 1 há 0,10 mol de íons Cu 1. Assim: Cu 1 1 e # Cu 0 e Cu 0 Proporção: mol 1 mol Quantidade? 96.500 C 1 mol Q 0,10 mol V Q 5 19.300 C Essa é a carga necessária para depositar todo o cobre da solução. Vamos ao cálculo do tempo. Q 5 i? Dt V Dt 5 Q i 5 19.300 C V Dt 5 3.860 s 5 A 11 50 minutos. Zn 0 (s) # Zn 1 (aq) 1 e relação entre carga e massa de zinco. Zn 0 (s) e Proporção: 1 mol mol 65,5 g? 96.500 C 0,375 g Q Q 5 965 C Q 5 i? Dt V Dt 5 Q V Dt 5 965 C V Dt 5 3.000 s 50 min. i 0,316 A 13 Alternativa B. Pb 0 (s) # Pb 1 (aq) 1 e relação entre carga e massa de chumbo. Pb 0 (s) e Proporção: 1 mol mol 16 Alternativa C. 07 g? 96.500 C 0,07 g Q Q 5 193 C Q 5 i? Dt V i 5 Q Dt V i 5 193 C 1 s V i 5 193 A Semirreação envolvida no ânodo na eletrólise do NaC, (aq): C, (aq) # 1 C, (g) 1 e relação entre carga e volume de gás cloro. 1 C, (g) e Proporção: 1 mol mol Grandezas: Volume Carga,4 L F V C, V C, 5 11, L 1 F
5 Semirreação envolvida no ânodo na eletrólise do HBr (aq): Br (aq) # 1 Br (g) 1 e relação entre carga e volume de bromo. 1 Br (g) e Proporção: 1 mol mol Grandezas: Volume Carga,4 L F V Br 1 F V Br 5 11, L 17 A semirreação é: H 1 1 e # H relação entre quantidade de elétrons e quantidade de hidrogênio produzido. e H Proporção: mol 1 mol Grandeza: Quantidade Quantidade mol 1 mol x 0,050 mol V x 5 0,10 mol 19 Alternativa B. 1 X # 1 X 0 1 1 e 1 mol 1 mol 0,6 mol x V x 5 0,6 mol de e passaram pelo circuito Cálculo da quantidade em mol de A, produzida: n 5 m M 5 5,4 7 # n A, 5 0, mol Cálculo do valor de n: 1 A, n1 1 n e # 1 A, 0 n 5 3 0 Alternativa D. n mol e @ 1 mol A, 0,6 mol e @ 0, mol A, Ag 0 (s) # Ag 1 (aq) 1 e relação entre carga e massa de prata. Ag 0 (s) 1 e 108 g 96.500 C 1,08 g Q Q 5 965 C 1 X n1 (aq) 1 n e # 1 X 0 (s)
6 relação entre carga e massa de X. X 0 (s) n e Proporção: 1 mol n mol 197 g n? 96.500 C 0,657 g 965 C n 5 3 1 Alternativa C. Ag 0 (s) # Ag 1 (aq) 1 e relação entre carga e massa de prata. Ag 0 (s) 1 e 107,9 g 96.500 C 1,08 g Q Q 5 965 C 1 Au n1 (aq) 1 n e # 1 Au 0 (s) relação entre carga e massa de ouro. Au 0 (s) n e Proporção: 1 mol n mol 197 g n? 96.500 C 0,65 g 965 C n 5 3 3 Alternativa B. 1 Cd 1 1 e # 1 Cd mol @ 1 mol? 96.500 C @ 1 mol 9.650 C @ x V x 5 0,05 mol de Cd n 5 m M V m 5 n? M 5 0,05? 11 V m Cd 5 5,6 g 5 a) A, 31 1 3 e # A, 0 b) Os coeficientes estequiométricos indicam a relação entre a quantidade de elétrons e quantidade de alumínio metálico, A, 0, depositado. Vamos estabelecer uma regra de três envolvendo carga dos elétrons e massa de alumínio. Nessa regra de três, a carga que atravessa o circuito (em coulombs) aparece indicada como a multiplicação da corrente (9.650 A) pelo tempo (1 h 5 3.600 s). 3 e A, 0 Proporção: 3 mol 1 mol Massa 3? 9,65? 10 4 C 7 g (9.650? 3.600) C x V x 5 3,4? 10 3 g
7 Essa é a massa de alumínio que se deposita em cada uma das cinquenta cubas durante uma hora de funcionamento da indústria. Para descobrir a produção total, multiplicamos esse valor por 50, chegando a 1,6? 10 5 g, ou seja, 16 kg. 6 a) A, O 3 1 NaOH 1 3 H O # NaA,(OH) 4 b) Fe O 3 e A, O 3. Fe O 3 1 6 HC, # FeC, 3 1 3 H O A, O 3 1 6 HC, # A,C, 3 1 3 H O c) Em uma cuba, teremos uma corrente igual a n?, para produzir a mesma quantidade de A,. 7 Alternativa B. Cuba A que contém ZnSO 4 (aq) Semirreação do cátodo (polo ): Zn 1 (aq) 1 e # Zn 0 (s) Semirreação do ânodo (polo 1): OH (aq) # 1 O (g) 1 H O (,) 1 e Cuba A que contém KI (aq) Semirreação do cátodo (polo ): H 1 (aq) 1 e # H (g) Semirreação do ânodo (polo 1): I (aq) # I (s) 1 e I. INCORRETA: Zn 0 (s) e H (g) formam-se no cátodo (polo 1). II. CORRETA: Como a quantidade em mols de elétrons que circula nas duas cubas é a mesma, ambos se encontram nas mesmas condições de pressão e temperatura e pelas semirreações de obtenção de H (g) e O (g), constatamos que o volume obtido de H (g) é o dobro do volume obtido de O (g). III. INCORRETA: A massa de zinco produzida na cuba A corresponde a 1 mol de zinco, ou seja, 65,3 g; já a massa de iodo produzida na cuba B corresponde a 1 mol de iodo, ou seja, 54 g; IV. CORRETA: na cuba B, ocorreu a descarga da água, segundo a equação: H O (,) 1 e # H (g) 1 OH (aq) Assim o excesso de íons OH torna o meio alcalino. 8 Alternativa D. Célula contendo Ag 1 (aq): Ag 1 (aq) 1 e # Ag 0 (s) relação entre carga e massa de prata. Ag 0 (s) 1 e 108 g 96.500 C 3,68 g Q Q 5 3.88 C Como as três células eletrolíticas estão conectadas em série, a carga que circula é a mesma. Assim, podemos escrever: Célula contendo Cu 1 (aq): Cu 1 (aq) 1 e # Cu 0 (s) relação entre carga e massa de cobre. Cu 0 (s) e Proporção: 1 mol mol 63,5 g? 96.500 C m Cu 0 m Cu 0 5 1,08 g 3.88 C
8 Célula contendo Au 31 (aq): Au 31 (aq) 1 3 e # Au 0 (s) relação entre carga e massa de cobre. Au 0 (s) 3 e Proporção: 1 mol 3 mol 197 g 3? 96.500 C m Au 0 m Au 0 5,4 g 3.88 C