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química na abordagem do cotidiano tito canto 1 dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas reVisão Capítulo 19 Eletroquímica: celas galvânicas denominada provocada pela que produz em que ocorre em que ocorre pode ser Cela eletroquímica Cela galvânica Cela eletrolítica Oxirredução não espontânea Corrente elétrica Eletrólise Corrente elétrica Oxirredução espontânea Eletrodo Ânodo Cátodo é chamado é chamado Oxidação Redução se nele ocorrer se nele ocorrer Celas eletroquímicas Pilha de Daniell Nomenclatura dos eletrodos Zn (s) → Zn2 (aq)  2 e Cu2 (aq)  2 e → Cu (s) Placa Vai para Vão para o Solução Vêm do Deposita-se a solução fio metálico fio metálico na placa Lâmina de zinco Lâmina de cobre Solução aquosa de ZnSO41,0 mol/L Solução aquosa de CuSO41,0 mol/L Fio metálico Fio metálico Ponte salina Semicela Zn2/Zn0 Semicela Cu2/Cu0 No ânodo: Zn (s) → Zn2 (aq)  2 e Oxidação No cátodo: Cu2 (aq)  2 e → Cu (s) Redução Equação global: Zn (s)  Cu2 (aq) → Cu (s)  Zn2 (aq) química na abordagem do cotidiano tito canto 2 Voltímetro, diferença de potencial e corrente elétrica • O voltímetro mede a grandeza diferença de potencial elétrico entre dois pontos, grandeza que é expressa, no Sistema Internacional de Uni dades, na unidade volt (V). • Além de medir a diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos, o voltímetro permite concluir qual deles apresenta o maior potencial. • A diferença de potencial elétrico nos terminais (polos) de uma pilha ou bateria, medida quando ela não esteja em uso para produzir corrente elétrica, é denominada força eletro- motriz (fem) dessa pilha ou bateria. • Corrente elétrica é o nome dado a um fluxo ordenado de cargas elétricas. • Elétrons movimentam-se em um fio metálico de um ponto de menor potencial elétrico em direção a um ponto de maior potencial elétrico. Potencial-padrão de semicela O valor de E° para o eletrodo-padrão de hidrogênio foi conven cionado como 0 V (zero volt), quer ele atue como ânodo, quer como cátodo. O potencial-padrão de uma semicela é o valor de diferença de potencial elétrico, nas condições-padrão (1,0 mol/L e 100 kPa) e numa tempe- ratura de interesse (geralmente 25 °C), entre o eletrodo dessa semicela e o eletrodo-padrão de hidrogênio. Força eletromotriz de uma pilha ∆E°  E°espécie que recebe elétrons  E°espécie que perde elétrons Representação IUPAC para a pilha de Daniell Zn (s)  Zn2 (aq)  Cu2 (aq)  Cu (s) Interpretação da representação: Oxidação (ânodo) Redução (cátodo) Semicela de zinco Semicela de cobre Ponte salina Fluxo de elétrons pela parte do circuito externa à pilha Polo !Polo @ Zn (s)  Zn 2 (aq)  Cu2 (aq)  Cu (s) dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas Maior potencial elétrico Menor potencial elétrico Pilha comum e2 e2 e2 e2 e2 � – química na abordagem do cotidiano tito canto 3 Comparação da força de oxidantes e redutores Zn2  2 e B Zn (s) E°  0,76 V Fe2  2 e B Fe (s) E°  0,44 V Cu2  2 e B Cu (s) E°  0,34 V Cu2 é melhor agente oxidante que Fe2 e Zn2 C re sc e te n dê n ci a pa ra s of re r re du çã o C re sc e ca rá te r ox id an te C re sc e te n dê n ci a pa ra s of re r ox id aç ão C re sc e ca rá te r re du to r C re sc e E ° Zn é melhor agente redutor que Fe e Cu Alto E° Alta tendência de sofrer redução (receber elétrons) Alta tendência para atuar como agente oxidante Alta tendência para atuar como agente redutor Alta tendência de sofrer oxidação (perder elétrons) Baixo E° Baixa tendência de sofrer redução (receber elétrons) Assim, de modo geral, podemos dizer que: Espontaneidade de reações de oxirredução Reação de oxirredução espontânea: E°espécie que recebe elétrons  E°espécie que perde elétrons  0 Reação de oxirredução não espontânea: E°espécie que recebe elétrons  E°espécie que perde elétrons  0 dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas química na abordagem do cotidiano tito canto 4 a) b) c) d) e) dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas Exercícios 1. (Fuvest-SP) Considere três metais, A, B e C, dos quais apenas A reage com ácido clorídrico diluído, liberando hidrogênio. Varetas de A, B e C foram espetadas em uma laranja, cujo suco é uma solução aquosa de pH  4. A e B foram ligados externamente por um resistor (formação da pilha 1). Após alguns instantes, removeu-se o resistor, que foi então utilizado para ligar A e C (formação da pilha 2). Nesse experimento, o polo positivo e o metal corroído na pi lha 1 e o polo positivo e o metal corroído na pilha 2 são, respectivamente, pilha 1 pilha 2 polo positivo metal corroído polo positivo metal corroído B A A C B A C A B B C C A A C A A B A C 2. (Feevale-RS) Com base na representação da Pilha de Daniel Zn0 | Zn2 || Cu2 | Cu0, afirma-se que: I. o eletrodo de zinco é o ânodo e o de cobre é o cátodo. II. no eletrodo de zinco ocorre oxidação e no de cobre ocorre redução. III. o fluxo de elétrons vai do cobre para o zinco. Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s): a) I, somente. b) II, somente. c) III, somente. d) I, II e III. e) I e II, somente. 3. (Unifesp) Ferro metálico reage espontaneamente com íons Pb2, em solução aquosa. Essa reação pode ser representada por: Fe  Pb2 → Fe2  Pb Na pilha, representada pela figura, Pb solução aquosa contendo Fe21 solução aquosa contendo Pb21 Fe ponte salina em que ocorre aquela reação global, a) os cátions devem migrar para o eletrodo de ferro. b) ocorre deposição de chumbo metálico sobre o ele trodo de ferro. c) ocorre diminuição da massa do eletrodo de ferro. d) os elétrons migram através da ponte salina do ferro para o chumbo. e) o eletrodo de chumbo atua como anodo. 4. (UFSM-RS) Observe a série de atividade dos metais: Li, Cs, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Ni, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Ag, Pd, Pt, Au (ordem crescente da reatividade dos metais) Ânodo (2) Cátodo (1) Voltímetro Ponte salina Zn2+ 1 mol/L Ag+ 1 mol/L Zn Ag Considere o desenho que apresenta uma pilha galvânica constituída de um cátodo de prata metálica e de um ânodo de zinco metálico. As semirreações de oxirredução que ocorrem na superfície dos eletrodos são I. Ag  e → Ag II. Zn2  2 e → Zn III. Zn2  Ag  3 e → Zn  Ag IV. Ag → Ag  e V. Zn → Zn2  2 e Estão corretas a) apenas I e II. b) apenas II e III. c) apenas III e IV. d) apenas I e V. e) apenas IV e V. 5. (Mackenzie-SP) Nas semirreações: Ni2 (aq)  2 e → Ni0 (s) Ag (aq)  1 e → Ag0 (s) O DE da pilha, o cátodo e o ânodo são, respecti- vamente: Dados: E°red.Ag   0,80 V; E°red.Ni  0,24 V (a 25 °C e 1 atm) a) 1,04 V, níquel, prata. b) 1,04 V, prata, níquel. c) 0,56 V, prata, níquel. química na abordagem do cotidiano tito canto 5 d) 0,56 V, prata, níquel. e) 1,04 V, níquel, prata. 6. (Ufes) O esquema abaixo representa uma célula galvânica. Voltímetro Zn21Mg21 Mg Zn Dados: Mg2  2 e → Mg E°  2,37 V Zn2  2 e → Zn E°  0,76 V Sobre essa célula, são feitasas seguintes afirmações: I. Deixando a pilha funcionar haverá fluxo de elé- trons do eletrodo de Zn para o eletrodo de Mg. II. A reação global da pilha é Zn  Mg2 → Zn2  Mg, e a diferen- ça de potencial da pilha é 3,13 V. III. Na pilha, o eletrodo de Mg perde massa. IV. O eletrodo de Zn é denominado cátodo. Das afirmações acima: a) todas são corretas. b) somente I e II são corretas. c) somente II e III são corretas. d) somente III e IV são corretas. e) somente II é correta. 7. (FEI-SP) São conhecidos os seguintes potenciais- -padrão (redução) a 25 °C, das semirreações: Ag  1 e → Ag E°  0,80 volt Pb2  2 e → Pb E°  0,13 volt E as seguintes reações: I. 2 Ag  Pb2 → 2 Ag  Pb II. 2 Ag  Pb → 2 Ag  Pb2 É correto afirmar: a) A reação I é espontânea. b) A diferença de potencial-padrão entre os ele- trodos é 0,93 volt. c) A massa do eletrodo de chumbo aumenta com o tempo. d) O eletrodo de chumbo é cátodo. e) Os elétrons se deslocam no circuito externo do eletrodo de prata para o eletrodo de chumbo. 8. (Esam-RN) Com base nos potenciais normais de redução abaixo: Zn2  2 e B Zn0 E°  0,76 V Cu2  2 e B Cu0 E°  0,34 V Ag  1 e B Ag0 E°  0,80 V Indique o melhor agente oxidante. a) Zn2 b) Cu0 c) Cu2 d) Ag0 e) Ag 9. (UFPel-RS) A dor que sentimos, ao morder um pedaço de alumínio metálico (usado como in- vólucro de doces e balas), é devida ao choque elétrico produzido pela formação de uma pilha entre o alumínio metálico da embalagem e o amálgama (liga metálica entre o Hg e outros metais, tais como Ag e Sn) das obturações, tendo a saliva como eletrólito. Sabendo que E°redução médio para o amálgama  0,67 V E°redução Al  / Al0  1,66 V E°reação  E°cátodo  E°ânodo marque a alternativa que responde às perguntas abaixo. I. Qual é o agente redutor da reação? II. Qual é a ddp gerada pela pilha formada pelo alumínio e pelo amálgama? a) alumínio metálico; ddp  2,33 V b) amálgama; ddp  2,33 V c) alumínio metálico; ddp  2,33 V d) alumínio metálico; ddp  0,99 V e) amálgama; ddp  0,99 V 10. (Estácio-RJ) Encontram-se disponíveis no mercado pilhas alcalinas de diferentes tamanhos (palito, pequena, média e grande), que são adquiridas de acordo com o equipamento no qual se pretende adaptá-las. Esses diferentes tamanhos implicam que: a) diferentes aparelhos exigem, para funcionar, voltagens di ferentes. b) uma pilha menor desenvolve voltagem menor c) a voltagem da pilha não depende do seu tama- nho, sendo igual desde que possuam a mesma composição química. d) esses tamanhos diferentes somente são comer- cialmente possíveis nas pilhas alcalinas, pois são mais duradouras. e) a voltagem dessas pilhas é inversamente pro- porcional aos seus tamanhos. 11. (PUC-SP) Dados: E° Cd2 (aq)  2 e A Cd (s) 0,40 V Cd(OH)2 (s)  2 e  A Cd (s)  2 OH (aq) 0,81 V Ni2 (aq)  2 e A Ni (s) 0,23 V Ni(OH)3 (s)  e  A Ni(OH)2 (s)  OH (aq) 0,49 V As baterias de níquel-cádmio (“ni-cad”) são le- ves e recarregáveis, sendo utilizadas em muitos aparelhos portáteis, como telefones e câmaras de vídeo. Essas baterias têm como característica o fato de os produtos formados durante a descarga serem insolúveis e ficarem aderidos nos eletro- dos, permitindo a recarga quando ligada a uma fonte externa de energia elétrica. Com base no texto e nas semirreações de redução fornecidas, a equação que melhor representa o processo de descarga de uma bateria de níquel-cádmio é dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas química na abordagem do cotidiano tito canto 6 solução incolor solução azul Analisando o que está acontecendo na so- lução, e sabendo que E° Ag/Ag  0,80 V e E° Cu2/Cu  0,34 V, é possível afirmar que esse fenômeno ocorre porque I. os íons Ag, por serem oxidantes, provocam a oxidação do cobre para Cu2. II. o cobre, por ser agente redutor, reduz os íons Ag presentes em solução. III. os íons Ag, por serem redutores, levam à redução do cobre para Cu2. IV. o cobre, por ser oxidante, se oxida, e os íons Ag, por serem redutores, se reduzem. Das afirmativas, está(ão) correta(s) apenas a) I b) III c) I e II d) IV e) III e IV 15. (Fuvest-SP) O cientista e escritor Oliver Sacks, em seu livro Tio Tungstênio, nos conta a seguinte passagem de sua infância: “Ler sobre [Humphry] Davy e seus experimentos estimulou-me a fazer diversos outros experimentos eletroquímicos... Devolvi o brilho às colheres de prata de minha mãe colocando-as em um prato de alumínio com uma solução morna de bicarbonato de sódio [NaHCO3]”. Pode-se compreender o experimento descrito, sabendo-se que: • objetos de prata, quando expostos ao ar, ene- grecem devido à formação de Ag2O e Ag2S (compostos iônicos). • as espécies químicas Na, Al3 e Ag têm, nessa ordem, tendência crescente para receber elétrons. Assim sendo, a reação de oxirredução, responsá- vel pela devolução do brilho às colheres, pode ser representada por: a) 3 Ag  Al0 → 3 Ag0  Al3 b) Al3  3 Ag0 → Al0  3 Ag c) Ag0  Na → Ag  Na0 d) Al0  3 Na → Al3  3 Na0 e) 3 Na0  Al3 → 3 Na  Al0 dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas a) Cd (s)  2 Ni(OH)3 (s) → → Cd(OH)2 (s)  2 Ni(OH)2 (s) b) Cd (s)  Ni (s) → Cd2 (aq)  Ni2 (aq) c) Cd(OH)2 (s)  2 Ni(OH)2 (s) → → Cd (s)  2 Ni(OH)3 (s) d) Cd2 (aq)  Ni2 (aq) → Cd (s)  Ni (s) e) Cd (s)  Ni (s)  2 OH (aq) → → Cd(OH)2 (s)  Ni2 (aq) 12. (Ceeteps-SP) Marca-passo é um dispositivo de emergência para estimular o coração. A pilha utilizada nesse dispositivo é constituída por ele- trodos de lítio e iodo. A partir dos valores dos potenciais de redução padrão, afirma-se: I. O fluxo eletrônico da pilha irá do lítio para o iodo, pois o lítio tem o menor potencial de redução. II. A semirreação de oxidação pode ser repre- sentada pela equação 2 Li  2 e → 2 Li III. A diferença de potencial da pilha é de 3,05 V IV. O iodo, por ter maior potencial de redução que o Li, tende a sofrer redução, formando o polo positivo da pilha. Dados: Li (aq)  e → Li (s) E°  3,05 V I2 (s)  2 e  → 2 I (aq) E°  0,54 V Quanto a essas afirmações, deve-se dizer que apenas a) I, II e III são verdadeiras. b) I, II e IV são verdadeiras. c) I e III são verdadeiras. d) II é verdadeira. e) I e IV são verdadeiras. 13. (Uerj) Os objetos metálicos perdem o brilho quando os átomos da superfície reagem com outras substâncias formando um revestimento embaçado. A prata, por exemplo, perde o bri- lho quando reage com enxofre, formando uma mancha de sulfeto de prata. A mancha pode ser removida colo cando-se o objeto em uma panela de alumínio contendo água quente e um pouco de detergente, por alguns minutos. Nesse processo, a reação química que correspon- de à remoção das manchas é: a) AgS  Al → AlS  Ag b) AgSO4  Al → AlSO4  Ag c) 3 Ag2S  2 Al → Al2S3  6 Ag d) 3 Ag2SO4  2 Al → Al2(SO4)3  6 Ag 14. (UFPB) É possível estudar química de forma in- teressante e atraente. Por exemplo, se num copo contendo uma solução aquosa diluída de nitrato de prata, AgNO3 (aq), for colocada uma árvore de fios de cobre descobertos, será observado que a solução, antes incolor, aos poucos vai ficando azul, conforme figura a seguir. química na abordagem do cotidiano tito canto7 16. (ITA-SP) Considere duas placas, X e Y, de mesma área e espessura. A placa X é constituída de ferro com uma das faces recoberta de zinco. A placa Y é constituída de ferro com uma das faces recoberta de cobre. As duas placas são mergulhadas em béqueres, ambos contendo água destilada aerada. Depois de um certo período, observa-se que as placas passaram por um processo de corrosão, mas não se verifica a corrosão total de nenhuma das faces dos metais. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações a respeito dos íons for- mados em cada um dos béqueres: I. Serão formados íons Zn2 no béquer conten- do a placa X. II. Serão formados íons Fe2 no béquer conten- do a placa X. III. Serão formados íons Fe2 no béquer conten- do a placa Y. IV. Serão formados íons Fe3 no béquer conten- do a placa Y. V. Serão formados íons Cu2 no béquer conten- do a placa Y. Então, das afirmações feitas, estão CORRETAS: a) apenas I, II e IV. b) apenas I, III e IV. c) apenas II, III e IV. d) apenas II, III e V. e) apenas IV e V. 17. (UFG-GO) Células a combustível geram eletricidade usando reagentes que são fornecidos continua- mente. Veículos movidos com essas células são soluções promissoras para a emissão-zero, ou seja, não são produzidos gases poluentes, uma vez que o único produto é a água. Considere duas células a combustível, sendo uma alcalina, empregando KOH (aq) como eletrólito, e uma de ácido fosfórico, empregando H3PO4 (aq) como eletrólito. Com base nas semirreações abaixo, calcule o potencial- -padrão de cada célula. Eo/V O2 (g)  4 H  (aq)  4 e → 2 H2O (l) 1,23 O2 (g)  2 H2O (l)  4 e  → 4 OH (aq) 0,40 2 H (aq)  2 e → H2 (g) 0,00 2 H2O (l)  2 e  → H2 (g)  2 OH (aq) 0,83 dVd do aluno reVisão Físico-Química capítulo 19 eletroquímica: celas galvânicas