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ELETRÓLISE Apresentação 1. OBJETIVO Este experimento investiga reações não espontâneas provocadas por uma corrente elétrica, num processo inverso ao das pilhas eletroquímicas. A eletrólise representa a conversão de energia elétrica em energia química, através de descarga de íons. Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de: identificar o processo de eletrólise;• • compreender o comportamento dos eletrodos inertes de grafite. 2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS? O processo de eletrólise é amplamente utilizado na indústria, pois através dele torna-se viável isolar substâncias, além de facilitar a deposição de finas películas de metais em peças metálicas ou plásticas, técnica denominada como galvanização. Além disso, através do processo de eletrólise é possível a obtenção de alguns metais, como por exemplo, o metal sódio (Na), que é obtido pela eletrólise ígnea do cloreto de sódio (NaCl). 3. O EXPERIMENTO Este experimento utilizará a placa de Petri e bastão de vidro com a solução de Cloreto de sódio (NaCl), onde será adicionado o indicador de cor azul de bromotimol. Eletrodos ativos e inertes de grafite acoplados a uma bateria serão inseridos na placa de Petri para induzir o fenômeno da eletrólise. 4. SEGURANÇA Nesta prática serão utlizados luvas e jaleco. 5. CENÁRIO O experimento é realizado na mesa de trabalho do laboratório, onde as vidrarias utilizadas estarão dentro das gavetas e armário. E a solução na estante para ser selecionada. Bons estudos. Sumário teórico Acesse o sumário: 1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE ELETRÓLISE A eletrólise é classificada como sendo um processo físico-químico de uma reação química não espontânea. Essa reação é estimulada pelo fornecimento de energia elétrica contínua, com voltagem suficiente, advinda de um gerador de energia e transformando essa energia elétrica em energia química. É descrita como o inverso das células galvânicas, conhecidas como pilhas e baterias, que transformam energia química em energia elétrica. O processo eletrolítico ocorre com a redução (ganho de elétrons) do cátion no cátodo e a oxidação (perda de elétrons) do ânion no ânodo, constituindo uma reação de oxidação-redução. A eletrólise pode ocorrer por fusão (sem presença de água) ou por dissolução (com presença de água), devido, principalmente, a mobilidade dos íons. O atual experimento irá focar na eletrólise por dissolução. Neste método ocorrerá à dissociação de um composto iônico em solução aquosa, onde o eletrodo utilizado precisa ser inerte, como o eletrodo de grafite, descrito na figura 1. Figura 1 – Eletrodo de grafite em meio a solução aquosa de NaCl 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Na solução aquosa diluída, o composto iônico se dissocia, liberando os íons para o meio. No caso do cloreto de sódio, por exemplo, o sal dissocia e libera o cátion sódio (Na+) e o ânion cloreto (Cl-). Existem também os íons procedente da ionização da água, conforme a reação: H2O → H+ + OH-. Na eletrólise em meio aquoso, existe sempre a presença de, pelo menos, 2 cátions e 2 ânions, devido a dissociação de algumas moléculas de água. No exemplo do NaCl, além do Na+, há também a presença do cátion H+, assim como os ânions Cl- e OH-. É importante salientar que, somente um cátion reduz e somente um ânion oxida. Ou seja, ou o Na+ ou o H+ vai reduzir, da mesma forma que os ânions Cl- e OH-. A forma correta de saber qual dos cátions vai se reduzir ou qual dos ânions vai se oxidar é baseado na tabela de facilidade de descarga elétrica entre íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions). Essa tabela se resume em uma comparação entre os cátions metálicos comparados com o íon H+ e os ânions comparados com o íon OH- provenientes da dissociação de moléculas de água. Neste experimento será possível verificar que, na solução de NaCl, o ânion Cl- por ser um halogênio tem prioridade em relação ao ânion OH- proveniente da dissociação de moléculas de água. O Cl- se oxida no ânodo (polo +) e haverá a produção do gás Cl2, conhecido como gás cloro. Já com relação ao cátion Na+, observa-se que este íon tem menos prioridade que o íon H+ proveniente da dissociação de moléculas de água. Sendo assim, o íon H+ sofrerá redução no cátodo (polo -) e haverá a produção do gás H2, conhecido como gás hidrogênio. Neste experimento é colocado o indicador azul de bromotimol, que tem coloração azul em meio básico e amarelo em meio ácido. Como na reação ocorre a permanência dos íons Na+ e OH-, deixando o meio básico, a solução ficará azul ao redor do eletrodo negativo (cátodo), onde ocorre a liberação do H2 e permanece OH-. Dessa forma, é possível identificar visualmente a reação química acontecendo, conforme figura 2. 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Figura 2 – Eletrólise aquosa de NaCl Tabela 1 – Facilidade de descarga 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHANGE, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. CHANG, Raymond. Química Geral – Conceitos Fundamentais. Porto Alegre: AMGH, 2010. ROSENBERG, Jerome L.; EPSTEIN, Lawrence M.; KRIEGER, Peter J. Química Geral. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. Roteiro Acesse o roteiro: 1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE INSTRUÇÕES GERAIS 1. Neste experimento você irá explorar o fenômeno da eletrólise e a conversão de energia elétrica em energia química. 2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do VirtuaLab. 3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial VirtuaLab” presente neste Roteiro. 4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação de Resultados”. 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE RECOMENDAÇÕES DE ACESSO PARA ACESSAR O VIRTUALAB 1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador; 4. Verifique se o seu navegador está atualizado; 5. Realize teste de velocidade da internet. Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa seção de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://algetec.movidesk.com/kb/pt-br/ Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com nossa central de suporte. Se preferir, utilize os QR CODEs para um contato direto por Whatsapp (8h às 18h) ou para direcionamento para a central de suporte. Conte conosco! ATENÇÃO:O LABORATÓRIO VIRTUAL DEVE SER ACESSADO POR COMPUTADOR. ELE NÃO DEVE SER ACESSADO POR CELULAR OU TABLET. O REQUISITO MÍNIMO PARA O SEU COMPUTADOR É UMA MEMÓRIA RAM DE 4 GB. SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA. 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE PERGUNTAS FREQUENTES 1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer? a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> “Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a opção e reinicie o navegador. b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de máximo desempenho. Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de vídeo instalado na máquina. c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador. d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) -> “Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o computador. 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder? a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> “Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente novamente. b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de máximo desempenho. Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de vídeo instalado na máquina. c) Verifique se o navegador está atualizado. 5 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS • Placa de Petri; • Bastão de vidro; • Ácido clorídrico (HCL); • Azul de Bromotimol (C27H28Br2O5S); • Bateria; • Eletrodos de grafite. PROCEDIMENTOS 1. SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no “Armário de EPIs”. 2. SELECIONANDO AS VIDRARIAS E ACESSÓRIOS Coloque na mesa todos os itens necessários ao experimento, que se encontram na gaveta, no armário e na prateleira de soluções. São eles: placa de Petri, indicador de cor azul de bromotimol, bastão de vidro e ácido clorídrico. 6 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 3. PREPARANDO O EXPERIMENTO Deposite uma amostra de cloreto de sódio na placa de Petri e, em seguida, adicione o azul de bromotimol na mesma placa. Promova a mistura com o bastão de vidro. 4. PROMOVENDO A ELETRÓLISE Ligue o carregador e coloque os eletrodos de grafite na placa de Petri. Observe a ocorrência do fenômeno. 5. AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos. 6. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Faça a limpeza de todos materiais utilizados, guarde-os no armário, gaveta e prateleira, guarde os EPIs e encerre o experimento. 7 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Descreva o fenômeno ocorrido na placa de Petri. 2. Com base nos seus conhecimentos, como você justifica a mudança de coloração da solução de Cloreto de sódio? 3. As “bolhas” liberadas nos eletrodos de grafite representam qual fenômeno? 8 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE TUTORIAL VIRTUALAB 1. SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Visualize o armário de EPI’s, acessando a câmera “EPI”, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o menu lateral esquerdo. Abra o armário, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre suas portas. 9 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Selecione os EPIs necessários para a realização do experimento, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles e selecionando opção “Usar este item”. Nesse experimento serão necessários jaleco e luvas. Note que na parte inferior da tela estão presentes todos os EPIs anteriormente selecionados. Para devolvê-los ao armário, clique com o botão esquerdo do mouse sobre eles. Isso que pode ocasionar a não permissão para a execução do experimento. 10 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 2. SELECIONANDO AS VIDRARIAS E ACESSÓRIOS Visualize as vidrarias e acessórios, acessando a câmera “Gavetas”. Abra a gaveta, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas. 11 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Coloque a placa de Petri sobre a mesa, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a placa e selecionando a opção “Colocar na mesa”. Visualize o armário, acessando a câmera “Armário”. 12 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Abra o armário, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a porta. Coloque o bastão de vidro e o indicador de cor azul de bromotimol sobre a mesa, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles e selecionando a opção “Colocar na mesa”. 13 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Visualize a prateleira de soluções, acessando a câmera “Soluções”. Coloque a solução de cloreto de sódio sobre a mesa, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas e selecionando a opção “Colocar na mesa”. Acesse a câmera “Mesa”, onde estarão todos os itens selecionados e necessários ao experimento. 14 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 3. MONTANDO O EXPERIMENTO Deposite uma amostra de cloreto de sódio na placa de Petri, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a soluçãoe selecionando a opção “Colocar na placa de Petri”. Coloque o indicador de cor azul de bromotimol na placa de Petri, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o indicador de cor e selecionando a opção “Colocar na placa de Petri”. Promova mistura, clicando no bastão de vidro e selecionando a opção “Misturar placa de Petri”. 15 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 4. PROMOVENDO A ELETRÓLISE Ligue o carregador, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele e selecionando a opção “Ligar”. Em seguida, coloque os eletrodos de grafite na placa de Petri, clicando com o botão esquerdo do mouse nos eletrodos e selecionado a opção “Colocar na placa de Petri”. Visualize o fenômeno de perto, acessando a câmera “Placa de Petri”. 16 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE 5. ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento. Caso seja necessário, retorne a câmera “Placa de Petri” para auxiliar a avaliação dos resultados. 6. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Acesse a câmera “Mesa”. Retire os eletrodos da placa de Petri, clicando com o botão esquerdo do mouse nos eletrodos e selecionando a opção “Remover eletrodos”. 17 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE QUIMICA GERAL ELETRÓLISE Desligue a bateria da tomada. Remova a solução da placa de Petri e guarde-a no armário. Faço o mesmo para o indicador de cor e bastão de vidro. Guarde a garrafa de solução na prateleira e encerre o experimento. Pré Teste 1) Assinale a alternativa correta sobre eletrólise: A) A reação que ocorre no cátodo é de oxidação; B) O ânodo recebe elétrons dos ânions do eletrólito e tem sinal positivo; C) O cátodo fornece elétrons dos cátions do eletrólito e tem sinal positivo. 2) Complete as lacunas com a alternativa correta: “A eletrólise é um processo físico-químico de uma reação ___________________. Essa reação é estimulada pelo fornecimento de _________________, advinda de um gerador de energia” A) Espontânea; energia química; B) Não espontânea; energia elétrica; C) Espontânea; energia elétrica. 3) No cátodo de uma célula de eletrólise sempre ocorre: A) Uma semirreação de redução; B) Uma semirreação de oxidação; C) Uma semirreação de oxirredução. 4) Complete as lacunas com a alternativa correta, referente ao processo de eletrólise por dissolução. “O método de eletrólise por dissolução ocorre por__________________ de um composto________________ em solução aquosa, onde o eletrodo utilizado precisa ser ____________ como o eletrodo de grafite. A) Dissociação; iônico; inerte; B) Dissociação; covalente; inerte; C) União; iônico; inerte. 5) Identifique abaixo os equipamentos de proteção individual necessários neste experimento? A) Jaleco e luvas; B) Jaleco e óculos; C) Jaleco e capacete. Experimento Acesse o laboratório: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Pós Teste 1) Com relação ao experimento de eletrólise do cloreto de sódio, qual indicador ácido-base foi adicionado ao sistema? A) O azul de bromotimol; B) A fenolftaleína; C) O alaranjado de metila. 2) O experimento de eletrólise da solução aquosa de cloreto de sódio ocorre com liberação de gases. Qual gás é liberado no cátodo? A) Cl2 (Gás Cloro); B) H2 (Gás Hidrogênio); C) O2 (Gás Oxigênio). 3) Represente a reação química que ocorreu na eletrólise do cloreto de sódio. A) 2NaCl(aq) + 2 H2O(l) --> 2 NaOH(aq) + H2(g)↑ + Cl2(g)↑; B) NaCl(aq) + H2O(l) --> NaOH(aq) + H2(g)↑ + Cl2(g)↑; C) Na+(l) + 2 Cl-(l) --> Na(s) + Cl2(g). 4) Complete as lacunas com a alternativa correta: “A eletrólise é uma reação química não espontânea. Essa reação é estimulada pela transformação de energia ____________ em energia _________________.” A) elétrica; química; B) química; elétrica; C) elétrica; mecânica. 5) Um aluno realizando o experimento de eletrólise aquosa do cloreto de sódio, utilizou o azul de bromotimol como indicador ácido-base e percebeu que a solução final da placa de petri estava: A) ácida; B) básica; C) neutra.
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