Química Geral - Exercícios

Prévia do material em texto

CADERNO DE EXERCÍCIOS QUÍMICA GERAL 
AULA TEÓRICA 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dra. Ana Carolina Tedeschi Gomes Abrantes 
EXERCÍCIOS AULA 5 DE QUÍMICA GERAL 
 
CONVERSA INICIAL 
Neste caderno de exercícios serão apresentados exercícios resolvidos passo a passo, visando uma maior sedimentação 
dos conteúdos abordados na Aula Teórica 5 da Rota de Estudos. 
Trataremos tanto dos conceitos da Disciplina de forma aplicada, quanto de conhecimentos básicos necessários as 
resoluções dos exercícios, conceitos esses que, embora não façam parte da disciplina, são vistos em outras disciplinas 
do Curso. 
Com isso acreditamos estar complementando o Material da Rota de Estudo, visando melhorar o desempenho do 
discente no que concerne ao aprendizado do conteúdo e a aplicação de conceitos. 
 
PARA CONSULTA 
 
 
Fonte: https://www.colegioweb.com.br/eletroquimica-i-pilhas/tabela-de-potenciais-padrao-de-reducao.html 
 
 
 
3 
1) Escreva as equações que representam os processos descritos abaixo: 
a) Redução do cobre (metálico) 
b) Oxidação do ferro (metálico) 
 
As equações que representam os processos de oxidação e redução são obtidas conhecendo-se as valências dos átomos 
e/ou pesquisando as tabelas de potencial de redução padrão. 
Na tabela da página anterior observa-se que há uma coluna com os átomos no estado reduzido e outra no estado 
oxidado. Ao se ler a reação da esquerda para a direita, tem-se o processo de oxidação, caracterizada pela liberação de 
elétrons como produto. A reação de redução é representada, portando, da direita para a esquerda, consumindo os 
elétrons. 
Em ambos os itens foi referenciado o estado metálico do cobre e do ferro. Isso porque, em alguns casos, o processo 
de redução ou oxidação pode ocorrer entre íons, não havendo a formação ou o consumo de átomos neutros (que no 
nosso caso são metais). 
a) Para escrever a equação de redução do cobre (Cu) precisamos encontrar na tabela a linha que contem este 
elemento, obtendo: 
 
 
A primeira equação deve ser descartada por envolver somente íons. A segunda e a terceira envolvem a conversão do 
cobre metálico em Cu+ e Cu2+ e vice e versa. Ambas podem ser consideradas, uma vez que não foi especificada a 
valência do íon. 
A redução representa o sentido de consumo dos elétrons, portanto, a resposta é: 
Cu2+ + e  Cu 
e 
Cu+ + e  Cu 
b) O mesmo raciocínio deve ser feito para este item, obtendo: 
 
 
Neste caso, somente a primeira equação possui o ferro metálico. O processo de oxidação é de liberação de elétrons, 
sendo a resposta: Fe  Fe2+ + 2e. 
 
 
 
 
4 
2) Calcule a diferença de potencial (ddp) formada por uma pilha padrão composta por eletrodos de sódio e prata. 
 
A diferença de potencial, também conhecida como força eletromotriz, de uma pilha padrão pode ser calculado a partir 
do potencial padrão de redução dos eletrodos a partir da expressão: 
 
ddp = E = ܧ௖á௧௢ௗ௢଴ - ܧâ௡௢ௗ௢଴ 
 
O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução na célula eletroquímica e o ânodo é o eletrodo que sofre oxidação. Na 
tabela com os potenciais de redução, portanto, o cátodo será o eletrodo de maior valor potencial. 
O exercício diz que a célula é composta pelos eletrodos sódio (Na) e prata (Ag). Utilizando a tabela fornecida no início 
do material, verifica-se que os potenciais de redução para estes eletrodos, em V, são: 
 
 
 
 
Como o maior valor é o da prata, este eletrodo será o cátodo e o sódio será o ânodo. Assim: 
 
E = ܧ௖á௧௢ௗ௢଴ - ܧâ௡௢ௗ௢଴ = 0,80 - (-2,71) = 3,51 V 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
3) Niquelação é o processo de deposição eletrolítica de níquel numa superfície metálica, com a finalidade de protegê-
la contra a corrosão. Esse procedimento consiste em mergulhar, em uma solução contendo íons Ni+2, a peça a ser 
recoberta, e conectá-la, como cátodo, a uma corrente contínua e constante, medindo o tempo. Após a passagem de 
10 mA de corrente elétrica por uma peça, durante 200 segundos, a massa de níquel metálico depositada será: 
Massa Molar: Ni = 58,7 g/mol 
 
A resolução deste exercício envolve o conceito de carga de reação, em coulombs (C), que é proporcional a massa de 
metal a ser depositada. A carga de reação é calculada multiplicando a corrente i (proporcional a quantidade de elétrons 
fornecida aos íons para redução e deposição) pelo tempo t de deposição: Q = i*t. 
O exercício diz que a corrente fornecida é de 10 mA (0,010 A) e o tempo é de 200 s, então: 
Q = i*t = 0,010*200 = 2 C 
1 mol de elétrons (6,02*10-23 elétrons) corresponde a uma carga de 96440 C. Com este dado e realizando uma regra 
de 3, podemos encontrar a quantidade de elétrons envolvida na reação: 
1 mol de elétrons – 96440 C 
x elétrons – 2 C 
2 = 96440x 
x = 2,1*10-5 mol de elétrons 
Na redução do níquel, cada átomo necessita de 2 elétrons para se reduzir à metal, ou seja, cada mol de átomos 
necessita de 2 mols de elétrons. 
Ni2+ + 2e  Ni 
Com uma nova regra de 3, obtemos a quantidade de átomos que está sendo reduzida. 
1 mol de Ni - 2 mols de elétrons 
x mol de Ni - 2,1*10-5 mol de elétrons 
2,1*10-5 = 2x 
x = 1,05*10-5 mols de Ni 
Consultando uma tabela periódica, observamos que a massa atômica do níquel é 58,7 g/mol. Assim: 
1 mol de Ni – 58,7 g 
1,05*10-5 mols de Ni – x g 
x = 1,05*10-5*58,7 
x = 6,2*10-4 g = 0,62 mg 
Resposta: A massa depositada de níquel foi de 0,62 mg. 
 
 
6 
4) Identifique o ânodo e o cátodo, nos pares de eletrodos abaixo, quando presentes em um pilha eletroquímica. 
a) Pb / PbO2 (bateria de automóvel) 
b) Li / I2 (bateria de celular) 
 
a) Esta pilha eletroquímica compõe as baterias dos automóveis, conhecidas como baterias de chumbo. Elas são 
compostas por placas intercaladas de chumbo metálico e de óxido de chumbo IV (PbO2), mergulhadas em 
ácido sulfúrico. 
As placas de chumbo metálico possuem o elemento Pb no seu estado mais reduzido, tendo como única 
alternativa sofrer processo de oxidação. Dessa forma, o eletrodo Pb é o ânodo da pilha eletroquímica. 
Em contrapartida, as placas revertidas com PbO2, possuem o chumbo no seu estado oxidado, sofrendo, 
portando, redução na reação. Assim, o PbO2 é o cátodo da pilha eletroquímica. 
 
b) Esta pilha eletroquímica compõe as baterias dos celulares, conhecidas como baterias de lítio-iodo. Para 
identificar o cátodo e o ânodo desta pilha, utilizaremos a tabela fornecida no início deste material, coletando 
os potenciais de redução padrão dos eletrodos. 
 
 
 
 
Verificamos que o potencial de redução padrão mais positivo é do eletrodo de iodo, portanto este irá se 
reduzir. Por outro lado, o lítio irá se oxidar, pois apresenta menor valor de potencial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
5) O zinco e o magnésio são utilizados com frequência como metais de sacrifico para evitar a corrosão de estruturas 
metálicas construídas com outros elementos. Quais metais a seguir não são protegidos por um ânodo constituído de 
zinco? 
Fe, Co, Ni, Al, Mn, Cu 
 
Quando utilizamos um metal de sacrifício, ele forma uma pilha eletroquímica com a estrutura que queremos proteger, 
com o metal de sacrifício sendo o ânodo e a estrutura, o cátodo. Assim, como o papel do metal de sacrifício é sofrer 
oxidação (corrosão), ele deve ter o potencial de redução menor do que o do material da estrutura (que estará sendo 
reduzido). 
Levantando os potenciais de redução dos metais solicitados, temos: 
 
 
 
 
 
Como o potencial de redução padrão do zinco é -0,76 V, ele somente irá proteger os metais com valores maiores do 
que este, ou seja, o cromo, o ferro, o cobalto e o níquel. Os demais, alumínio e manganês, não serão protegidos 
pelo zinco, pois este terá preferência de redução.