3 Lista de Eletroquímica - Angela

Prévia do material em texto

Universidade do Estado do Rio de Janeiro 
Departamento de Físico-Química 
Eletroquímica e Fenômenos de Superfície - QUI 05-09556 
Profa. Angela Sanches Rocha 
 
3a Lista de exercícios 
Questões gerais: 
1) Explicar a diferença entre: 
(a) Pilha galvânica e pilha eletrolítica; 
(b) Condução metálica e condução eletrolítica; 
(c) Oxidação e redução. 
2) Definir ânodo e cátodo. 
3) Como distinguir o ânodo e o cátodo em uma célula eletroquímica? 
4) Como se classificam os eletrodos? Dê exemplos de cada um. 
5) Qual a função da ponte salina na célula galvânica? 
6) Desenhar uma pilha galvânica em que ocorra a reação global 
Ni2+(aq) + Fe(s) → Ni(s) + Fe2+(aq) 
(a) Indicar o ânodo e o cátodo; 
(b) Indicar as cargas nos eletrodos; 
(c) Indicar a direção do fluxo de elétrons; 
(d) Indicar a direção do movimento de ânions e cátions. 
 
Exercícios 
1.1) Escrever as meias-reações e a reação da pilha, identificando o ânodo e o cátodo, e 
calcular o potencial padrão para as seguintes células: 
(a) Zn|ZnSO4(aq)||AgNO3(aq)|Ag 
(b) Cd|CdCl2(aq)||HNO3(aq)|H2(g)|Pt 
(c) Pt|K3[Fe(CN)6](aq),K4[Fe(CN)6](aq)||CrCl3(aq)|Cr 
(d) Pt|Cl2(g)|HCl(aq)||K2CrO4(aq)|Ag2CrO4(s)|Ag 
(e) Pt|Fe3+(aq), Fe2+(aq)||Sn4+(aq), Sn2+(aq)|Pt 
(f) Cu|Cu2+(aq)||Mn2+(aq), H+(aq)|MnO2(s)|Pt 
 
Resp. 
(a) Zn(s) + 2Ag+(aq) → Zn2+(aq) + 2Ag(s); +1,561 V 
(b) Cd(s) + 2H+(aq) → Cd2+(aq) + H2(g); +0,402 V 
(c) 3[Fe(CN)6]4-(aq) + Cr3+(aq) → 3[Fe(CN)6] 3-(aq) + Cr(s); –1,094 V 
(d) 2Cl–(aq) + Ag2CrO4(s) → Cl2(g) + 2Ag(s) + CrO4 2-(aq); –0,913 V 
(e) 2Fe2+(aq) + Sn4+(aq) → 2Fe3+(aq) + Sn2+(aq); –0,621 V 
(f) Cu(s) +MnO2(s) + 4H+(aq) → Cu2+(aq) + Mn2+(aq) + H2O(l); +0,891 V 
 
1.2) Propor um diagrama de pilha e calcular o potencial padrão para as seguintes 
reações: 
(a) Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s) 
(b) 2AgCl(s) + H2(g) → 2HCl(aq) + 2Ag(s) 
(c) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 
(d) 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g) 
(e) H3O+(aq) + OH–(aq) → 2H2O(l) 
 
Resp. 
(a) Zn(s)|ZnSO4(aq)||CuSO4(aq)|Cu(s); +1,101 V 
(b) Pt|H2(g)|HCl(aq)|AgCl(s)|Ag(s); +0,2224 V 
(c) Pt|H2(g)|H+(aq),H2O(l)|O2(g)|Pt; +1,2291 V 
(d) Na(s)|Na+(aq),OH–(aq),H2O(l)|H2(g)|Pt; +1,886 V 
(e) Pt|O2(g)|OH–(aq),H2O(l)||H2O(l),H3O+(aq)|O2(g)|Pt; +0,828 V 
 
1.3) A partir do potencial padrão, calcular a energia de Gibbs padrão, a 25°C, das 
seguintes reações: 
(a) 2Na(s) + 2 H2O (l) → 2NaOH(aq) + H2(g) 
(b) 2K(s) + 2 H2O (l) → 2KOH(aq) + H2(g) 
(c) Pb(s) + Zn(NO3)2(aq) → Pb(NO3)2(aq) + Zn(s) 
 
Resp. (a) –364 kJ/mol; (b) –407 kJ/mol; (c) 123 kJ/mol 
 
1.4) A partir das entalpias de formação e das entropias padrões, estimar (a) o potencial 
padrão e (b) a variação do potencial padrão com a temperatura para a pilha 
Zn(s)|Zn2+(aq)||H+(aq)| H2(g)|Pt(s). 
 
Resp. (a) +0,7628 V; (b) –0,1 mV/K 
 
1.5) A energia de Gibbs padrão da reação: 
K2CrO4(aq) + 2Ag(s) + 2FeCl3(aq) →Ag2CrO4(s) + 2FeCl2(aq) + 2KCl(aq) 
é –62,5 kJ/mol. Calcular: 
(a) O potencial padrão da pilha galvânica correspondente; 
(b) O potencial padrão do par redox Ag2CrO4/Ag, CrO42-. 
 
Resp. (a) 0,324 V; (b) 0,447 V 
 
1.6) Calcular o potencial padrão do par redox Ag2S, H2O /Ag, S2–, O2, H+, a partir dos 
seguintes dados: 
Ag2S(s) + 2e– → 2Ag(s) + S2–(aq) E° = –0,691 V 
O2(g) + 4H+(aq) + 4e– → 2 H2O (l) E° = +1,2291 V 
 
Resp. +1,920 V 
 
1.7). Calcular a constante de equilíbrio, a 25°C, para as seguintes reações: 
(a) Fe(s) + 2Fe3+ (aq) → 3Fe2+(aq) 
(b) Sn(s) + Sn4+(aq) → 2Sn2+(aq) 
(c) Sn(s) + 2AgCl(s) → SnCl2(aq) + 2Ag(s) 
(d) Sn(s) + CuSO4(aq) →Cu(s) + SnSO4(aq) 
(e) Cu2+(aq) + Cu(s) → 2Cu+(aq) 
(f) Cu2+ (aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq) 
(g) 3 H2O (l) + Fe(s) → Fe(OH)3(s) + 3/2 H2(g) 
(h) PbSO4(s) → Pb2+(aq) + SO42-(aq) 
 
Resp. (a) 8,7x1040; (b) 6,9x109; (c) 1,9x1012; (d) 1,7x1016; (e) 9,2x10–7; (f) 1,7 x1037; (g) 
4,7 x10–81; (h) 1,4x10–8 
 
1.8) Qual o valor da constante de equilíbrio de uma reação para a qual E° = 0? 
 
Resp. 1 
 
1.9) Com os potenciais padrões dos pares redox Au+|Au (+1,83 V), Au3+|Au (+1,52 V) 
e Fe3+|Fe2+ (+0,771 V), calcular E° e a constante de equilíbrio da reação 
2Fe2+(aq) + Au3+(aq) → 2Fe3+(aq) + Au+(aq). 
 
Resp. 0,594 V; 1,2 ´ 1020 
 
1.10) Em uma pilha a reação é Mn(s) + Cl2(g) → MnCl2(aq). O potencial padrão é igual 
a 2,54 V. Deduzir o potencial padrão do par Mn2+/Mn. 
 
Resp. –1,18 V 
 
1.11) Deduzir uma expressão para o potencial de um eletrodo no qual a meia-reação é a 
redução dos íons Cr2O72– a íons Cr3+, em solução ácida. 
 
Resp. E = E° – (RT/6F)ln[(aCr3+)2/(aCr2O72–)(aH+)14] 
 
1.12) Demonstrar que a equação de Nernst fornece o mesmo E para as seguintes 
reações: 
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) 
1/2Zn(s) + H+(aq) → 1/2Zn2+(aq) + 1/2H2(g) 
 
1.13) Estimar o potencial da pilha Ag|AgBr(s)|KBr(aq, 0,050 mol/kg)||Cd(NO3)2(aq, 
0,010 mol/kg)|Cd, a 25°C. 
 
Resp. –621 mV 
 
1.14) Um eletrodo de hidrogênio opera a 1,15 atm numa solução de HBr em água a 
25°C. Calcular a variação do potencial do eletrodo quando a concentração do ácido 
passa de 5,0 mmol/kg para 20,0 mmol/kg. 
 
Resp. +33,5 mV 
 
1.16) A solubilidade do AgBr em água, a 25°C, é 2,6 µmol/kg. Qual o potencial de 
corrente nula (fem) da pilha Ag|AgBr(aq)|AgBr(s)|Ag, na temperatura mencionada? 
 
Resp. –67 mV 
 
1.17) O potencial padrão da pilha Ag|AgI(s)|AgI(aq)|Ag é +0,9512 V, a 25°C. Calcular: 
(a) A constante de solubilidade (produto de solubilidade); 
(b) A solubilidade do AgI. 
 
Resp. (a) 8,4x10–17; (b) 9,2x10–9 mol/kg 
 
1.18) Em uma pilha a reação é Pb(s) + Hg2SO4 (s) → PbSO4 (s) + 2Hg(l). Qual o 
potencial desta pilha quando o eletrólito estiver saturado pelos dois sais, a 25°C? As 
constantes de solubilidade de Hg2SO4 e PbSO4 são 6,6x10–7 e 1,6x 10–8, 
respectivamente 
 
Resp. Pb(s)|PbSO4(s)|PbSO4(aq)|Hg2SO4(aq)|Hg2SO4(s)|Hg(l); 0,95 V 
 
1.19) O acumulador de Edison é simbolizado por: 
Fe(s)|FeO(s)|KOH(aq)|Ni2O3(s)|NiO(s)|Ni(s) 
As reações de meia-pilha são 
Ni2O3(s) + H2O(l) + 2e– → 2NiO(s) + 2OH–(aq) E° = 0,40 V 
FeO(s) + H2O(l) + 2e– → Fe(s) + 2OH–(aq) E° = –0,87 V 
(a) Qual a reação da pilha? 
(b) Como varia o potencial da pilha com a atividade do KOH? 
 
Resp. (a) Ni2O3(s) + Fe(s) → 2NiO(s) + FeO(s); (b) Independe 
 
1.20) Calcular o potencial de corrente nula da pilha de concentração Cu(s)|CuSO4(aq, 
0,1 mmol/kg)||CuSO4(aq, 1 mmol/kg)|Cu(s), a 25°C. 
 
Resp. 27 mV