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LISTA 6 EQUILÍBRIO DE FORMAÇÃO DE COMPLEXOS E REDOX EXERCÍCIOS DA LISTA 6 – Professora Anna 1) Uma solução contém AgNO3 0,10M e KCN 1,0M. Calcular a concentração de Ag + no equilíbrio. β3 = 2,4 x 10 21 2) Uma solução contém 0,20 moles de Fe(NO3)3 e 2,0 moles de NaF em 1,0 litro. Calcular as concentrações de todas as espécies no equilíbrio. β3 = 8,5 x 10 11 3) 0,10 moles de K3[Fe(CN)6] e 0,10 moles de KCN são dissolvidos em 200 mL de solução. Calcular a [Fe3+] no equilíbrio. β6 = 1,0 x 10 42 4) Qual deveria ser a [NH3] inicial para reduzir a [Ag +] de uma solução de AgNO3 0,10M para 5,0 x 10-10M. β2 = 1,088 x 10 7 5) Calcular a solubilidade do NiS numa solução que contém CN- 0,10M (no equilíbrio). Compare com a solubilidade absoluta 0 e responda: o precipitado é solúvel neste reagente complexante? Kps = 4,0 x 10 -20 β4 = 1,58 x 10 30 6) Quantos gramas de NH3 deve-se adicionar a 1,00 L de solução contendo 0,940g de AgBr a fim de dissolver o precipitado? Desprezar variações de volume. Kps = 5,00 x 10 -13 Kf1 = 1,60 x 10 3 Kf2 = 6,80 x 10 3 PM(AgBr) = 187,8 PM(NH3) = 17,0 7) Calcular o volume de solução de acetato de sódio 15,0M necessário para dissolver 0,10mol de PbI2 em suspensão em 1,0L de solução. Kps = 7,1 x 10 -9 β4 = 1,0 x 10 8 8) Calcular a concentração de NH3 necessária para evitar a precipitação de AgCl quando 1,0mL de NaCl 0,10M é adicionado a 10,0mL de [Ag(NH3)2] + 0,050M. Kps = 1,8 x 10 -10 Kf1 = 1,6 x 10 3 Kf2 = 6,8 x 10 3 9) O AgCl é solúvel em excesso de cloreto devido à formação do complexo [AgCl2] -. Calcular a Keq para a reação de dissolução do AgCl. Kps = 1,80 x 10 -10 Kf = 1,10 x 10 5 10) Determine a solubilidade do AgCl numa solução que contém NaCl 0,50M. use os dados do problema anterior e despreze o efeito do íon comum. Qual seria a solubilidade se apenas o efeito do íon comum fosse considerado? 11) DADOS: UO2 2+ (0,200M) + 4H+ (pH = 2,00) + 2e- ⇌ U4+ (0,200M) + 2H2O E 0 = 0,334V V3+ (0,100M) + e- ⇌ V2+ (0,100M) E0 = -0,255V Obtenha a reação redox balanceada, calcule seu potencial padrão e o potencial para as concentrações indicadas. 12) Calcule o valor do potencial para as reações redox abaixo: a) 2Al(s) + 6H + (6,0M) ⇌ 3H2 (0,10atm) + 2Al 3+ (1,0M) b) 3Ag(s) + 4HNO3 (3,0M) ⇌ 3AgNO3 (1,0M) + NO (0,10atm) + 2H2O 13) Qual é a [Cu2+] na célula Ni | Ni2+ (0,20M) ‖ Cu2+ ( M) | Cu se o potencial é 0,60V? 14) Uma solução de Hg2+ é tratada com excesso de Cu. Calcular Keq da reação. 15) Complete e equilibre as reações abaixo e determine Keq. a) Cr2O7 2- + Fe2+ ⇌ Fe3+ + Cr3+ (meio ácido) b) Mn2+ + MnO4 - ⇌ MnO2 (meio ácido) c) Cu2+ + I- ⇌ CuI + I3 - 16) Calcular as concentrações de todas as espécies no equilíbrio quando: a) 5,0mL de solução de Ce4+ 0,10M são adicionados a 5,0mL de solução de Fe2+ 0,30M; b) 10,0mL de solução de Fe2+ 0,20M são adicionados a 10,0mL de solução de Ce4+ 0,20M; 17) Para a célula abaixo, calcule o valor do potencial da célula no início da reação e o potencial de cada semi-célula no equilíbrio. Calcule Keq. Zn(s) | Zn 2+ (0,25M) ‖ Cd2+ (0,010M) | Cd(s) 18) Quais são as concentrações de Cu2+ e Zn2+ quando a célula abaixo não produz mais corrente elétrica, ou seja, Ecel = 0V Zn(s) | Zn 2+ (0,10M) ‖ Cu2+ (2,0M) | Cu(s) QUESTÃO 1 Nesse tipo de problema, o primeiro passo é fazer a reação de precipitação envolvida no primeiro momento. Ag+ + CN- ⇌ AgCN↓ Como KCN está em excesso, temos consumo total do Ag+: Ag+ CN- AgCN↓ Inicial 0,1 1,0 0 Reação -0,1 -0,1 +0,1 Final 0 0,9 0,1 Em seguida, o excesso de CN- age sobre o precipitado fazendo sua complexação. O índice 3 de β3 indica a estequiometria. AgCN↓ + 2CN- ⇌ [Ag(CN)3] 2- Para essa reação, Keq é alto e consideramos reação total. Logo, fazemos: AgCN↓ CN- [Ag(CN)3] 2- Inicial 0,1 0,9 0 Reação -0,1 -0,2 +0,1 Final 0 0,7 0,1 Agora, já que sabemos que [Ag(CN)3] 2- está em equilíbrio com seus componentes, jogamos na fórmula de β3 Como β3 = 1,2 x 10 21, então: ATENÇÃO! Fizemos aqui a reação de precipitação no início do exercício para entender melhor as etapas realmente envolvidas no processo. Note que, como o complexo está sempre em equilíbrio com suas espécies componentes, em caso de excesso suficiente de agente complexante, essa etapa pode ser pulada e o resultado será o mesmo. A partir daqui, não envolveremos essa etapa na resolução dos exercícios. QUESTÃO 2 Se a quantidade de móis vale pra 1,0 L, então temos as concentrações iniciais: [Fe(NO3)3] = 0,20 mol.L -1 ⇒ [Fe3+] = 0,20 mol.L-1 e [NO3 -] = 0,60 mol.L-1. [NaF] = 2,0 mol.L-1 ⇒ [Na+] = [F-] = 2,0 mol.L-1. Como se trata de um problema básico, não nos interessa saber reações envolvidas, mas sim a relação de β com os componentes. Fe3+ + 3F- ⇌ [FeF3] Fe3+ F- [FeF3] Inicial 0,2 2,0 0,00 Reação -0,2 -0,6 +0,2 Final 0 1,4 0,2 Jogamos as concentrações finais na expressão de β e teremos: [Na+] = 2,0 mol.L-1; [NO3 -] = 0,60 mol.L-1 [F-] = 1,4 mol.L-1; [FeF3] = 0,2 mol.L -1; [Fe3+] =8,6 x 10-14 mol.L-1 QUESTÃO 3 Começamos calculando as concentrações iniciais de [Fe(CN)6] 3- e de CN-. O equilíbrio é representado pela equação de dissociação do complexo, cuja constante é Kd : [Fe(CN)6] 3- ⇌ Fe3+ + 6CN- Sabemos que a constante de estabilidade β é o inverso de Kd. Portanto, Com isso, podemos montar a tabela de reação e equilíbrio. [Fe(CN)6] 3- Fe3+ CN- Inicial 0,5 0 0,5 Reação - + +6 Final 0,5- 0,5+6 Então, jogando na expressão de Kd temos: Se é Kd é alto, temos desprezível em relação a 0,5. Nesse caso, tomamos: e QUESTÃO 4 Vamos olhar primeiro para a reação relacionada e a tabela de ração/equilíbrio com os dados que nos são disponíveis. Ag+ + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + Ag+ NH3 [Ag(NH3)2] + Inicial 0,1 0 Reação -0,1 -0,2 +0,1 Final 5x10-10 -0,2 0,1 Observe que, para uma concentração final de prata de 5x10-10 mol.L-1, temos praticamente o consumo de toda prata (0,1 mol.L-1). Então completamos a tabela respeitando a estequiometria. Para encontrar jogamos as concentrações finais na expressão de β. 18,3823529 [NH3] = 4,5 mol.L -1 QUESTÃO 5 Questão envolvendo solubilidadede sal em presença de agente complexante tem um jeito particular de se resolver. Veremos então como é possível pensar para solucionar problemas desse tipo. O primeiro passo é olhar as reações que nos interessam e suas respectivas constantes de equilíbrio. Portanto, temos: NiS↓ ⇌ Ni2+ + S2- Kps = 4 x 10-20 Ni2+ + 4 CN- ⇌ [Ni(CN)4] 2- 4 = 1,58 x 10 30 Observe que podemos somar as duas equações acima para obter uma terceira cuja constante de equilíbrio é igual ao produto Kps x 4. NiS↓ ⇌ Ni2+ + S2- Ni2+ + 4 CN- ⇌ [Ni(CN)4] 2- NiS↓ + 4 CN- ⇌ [Ni(CN)4] 2- + S2- = Kps x 4 = (4x10 -20) x (1,58x1030) = 6,32x1010 Para essa reação, é válido: Atentando à reação, constatamos que: Se chamarmos de a quantidade de NiS solubilizada por litro de solução, teremos que é a solubilidade molar do NiS. Da relação acima entre NiS, [Ni(CN)4] 2- e S2-, fazemos: ⇒ ⇒ = 2513,96 mol.L-1 Então vemos que é bastante solúvel. Vamos agora comparar com a solubilidade absoluta 0. NiS↓ ⇌ Ni2+ + S2- NiS↓ Ni2+ S2- Inicial 0 0 Reação - 0 + 0 + 0 Final - 0 0 0 Sabemos que ][][ 22 SNiKps Substituindo 20104 Kps e ][][ 22 SNi 0 Teremos: 20104 ( 0)2 ⇒ 0 = 11020 .102104 Lmol Vamos comparar a solubilidade (na solução CN- 0,1 mol.L-1) e a solubilidade absoluta 0 tirando a razão entre eles. Logo, Veja que a solubilidade aumenta muito em relação à solubilidade absoluta. O precipitado é, portanto, solúvel no excesso de reagente. SOLUBILIDADE = 2,5 x 103mol.L-1 SIM, é solúvel. QUESTÃO 6 Vamos começar calculando a concentração inicial de AgBr na solução fazendo: Agora adicionaremos amônia ao sistema sem considerar adição de volume. Temos, no problema, as constantes de formação F1 e F2 que correspondem às etapas de complexação da prata pelo efeito da amônia. Etapa1 : Ag+ + NH3 ⇌ [Ag(NH3)] + F1 = 1,6 x 10 3 Etap2: [Ag(NH3)] + + NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + F2 = 6,8 x 10 3 Somamos as duas reações para encontrar a reação geral de complexação. Encontramos 2 fazendo o Ag+ + NH3 ⇌ [Ag(NH3)] + [Ag(NH3)] + + NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + Ag+ + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + 2 = F1 x F2 = (1,6 x 10 3) x (6,8 x 103) = 1,088 x 107 2 = 2 3 23 ]][[ }])([{ NHAg NHAg Agora que temos a reação geral de complexação e sua respectiva constante, vamos olhar para a reação que envolve a dissociação do AgBr. AgBr ⇌ Ag+ + Br- Kps = 5 x 10-13 Assim como na questão anterior, fazemos a reação de solubilização do precipitado somando a reação geral de complexação que encontramos anteriormente e a reação de dissociação do precipitado. Ag+ + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + AgBr ⇌ Ag+ + Br- AgBr + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + + Br- Para essa reação, tomamos a constante de equilíbrio fazendo o produto das constantes correspondentes a cada reação. = 2 3 23 ][ ]][})([{ NH BrNHAg Onde, = 2 x Kps = (5 x 10 -13) x (1,088 x 107 ) = 5,44 x 10-6 13 1 .10005,5 .8,18700,1 940,0 ][ Lmol molgL g molarmassavolume massa AgBr Agora é fácil calcularmos a quantidade de amônia, montando a tabela de reação/equilíbrio. AgBr + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + + Br- AgBr NH3 [Ag(NH3)2] + Br- Inicial 5,005x10-3 0 0 Reação -5,005x10-3 -10,001x10-2 +5,005x10-3 5,005x10-3 Final 0 - 10,001x10-2 5,005x10-3 5,005x10-3 Atribuindo as concentrações de equilíbrio na expressão de , teremos: 6 2 3 23 1044,5 ][ ]][})([{ NH BrNHAg 6 22 33 1044,5 )10001,1( )10005,5)(10005,5( x ⇒ 6 22 23 1044,5 )10001,1( )10005,5( x 1 2 22 .155886,210001,160478,4 60478,4)10001,1( Lmolx x Como estamos falando em 1L de solução, temos 2,135866 mol de amônia. Para encontrar a massa, fazemos: gmolgmolmassa 6,36.0,17155866,2 1 Massa de NH3 = 36,6 g QUESTÃO 7 O raciocínio é similar ao da questão anterior, mas nesse caso já temos a constante . Vamos direto à reação de solubilização, somando a reação de dissociação do PbI2 e a reação de complexação do chumbo pelo acetato. PbI2 ⇌ Pb 2+ + 2I- Kps = 7,1 x 10-9 Pb2+ + 4H3CCOO - ⇌ [Pb(H3CCOO)4] 2- 4 = 1 x 10 8 PbI2 + 4H3CCOO - ⇌ [Pb(H3CCOO)4] 2- + 2I- = Kps x 4 = 7,1 x 10 -1 Agora que conhecemos a reação, montamos a tabela reação/equilíbrio consumindo o PbI2 suspenso em solução. Fazemos os cálculos sem levar em consideração a variação volumétrica associada. No equilíbrio, ela é indiferente e aceitamos o erro associado. PbI2 + 4H3CCOO - ⇌ [Pb(H3CCOO)4] 2- + 2I- PbI2 H3CCOO - [Pb(H3CCOO)4] 2- I- Inicial 0,1 0 0 Reação -0,1 -0,4 +0,1 +0,2 Final 0 – 0,4 0,1 10,2 Substituindo na expressão de equilíbrio , = 4 3 22 43 ][ ]][})([{ CCOOH ICCOOHPb e = 7,1 x 10 -1 Então, 1 4 1 2 4 2 1 .6739,04,0273968,0 273968,0 101,7 2,01,0 )4,0( )4,0( 2,01,0 101,7 Lmolxx x Entenda que esse valor não representa a concentração inicial propriamente dita, mas sim da quantidade de mol inicial por litro de solução. Para encontrar o volume, usamos a equação da diluição: 2211 VCVC Nessa questão só chegamos à resultado indicado na apostila desconsiderando a variação de volume e fazemos então: 2211 VCVC mL, VLLmolVLmol 450446670 1.67,0.15 11 1 VOLUME DE NaAc = 45mL ATENÇÃO! NÃO ME RESPONSABILIZO PELO RESULTADO ACIMA. Na apostila da Professora Anna, a resultado indicado é 45 mL e só chegamos a isso desconsiderando a adição de volume no fim do problema. Note que, se a concentração inicial C1 de acetato é 15 mol.L -1, e um volume V1 é adicionado à 1L de solução até atingir concentração final 0,6739 mol.L-1, teremos o volume final V2 = 15 + V1 e ficamos com: )15(67,015 VV Assim, teríamos: )15(67,0.15 1 1 VVLmol De onde acharíamos V = 0,701L = 701 mL Entretanto, vale o resultado da apostila v = 45 mL; QUESTÃO 8 Vejamos primeiro a concentração das espécies imediatamente após a mistura. Sabemos que, para que não se forme precipitado, o produto iônico (PI) deve ser menor que a constante do produto de solubilidade Kps. AgCl↓ ⇌ Ag+ + Cl- Kps = 1,8 x 10-10 Queremos que: [Ag+] x [Cl-] = PI ≤ 1,8 x 10-10 O segredo aqui é variar a concentração de prata livre. Sabemos que o valor de Kps e a concentração de Cl- são constantes. Então devemos encontrar a concentração de amônia que complexe com a prata diminuindo sua concentração para satisfazera condição acima. Então se podemos variar [Ag+], primeiro veremos [Ag+] máxima suportada antes da precipitação. Fazemos: Fixamos [Cl-] = [NaCl] = 0,0090909 mol.L-1 = 9,09 x 10-3 mol.L-1 [Ag+] x [Cl-] ≤ 1,8 x 10-10 [Ag+] x (9,09x10-3) ≤ 1,8 x 10-10 [Ag+] 3 10 1009,9 108,1 ⇒ [Ag +] 81098,1 Logo, temos concentração de prata máxima, [Ag+]máx. = 1,98x10 -8 mol.L-1. Vamos, então, para a reação de complexação da prata. Como não nos interessa as etapas de formação, tiramos a equação final e fazemos 2 = f1 x f2 para encontrar sua constante. [Aplicamos esse mesmo procedimento anteriormente. Para entender melhor, veja a resolução da questão 6]. Ag+ + 2NH3 ⇌ [Ag(NH3)2] + 2 = 1,088x10 7 Volume =10 mL [{Ag(NH3)2 +}] = 0,05 mol.L-1 + 1 mL (NaCl 0,1 mol.L-1) Volume = 11 mL [{Ag(NH3)2 +}] = 1 1 .0454545,0 11 10.05,0 Lmol mL mLLmol [NaCl] = 1 1 .0090909,0 11 1.1,0 Lmol mL mLLmol Substituindo, na expressão de 2, a concentração de [Ag(NH3)2] + e a concentração limite que encontramos para Ag+, temos: 2 ][][ ]})([{ 2 3 23 NHAg NHAg Máx 2 232 3 ][ ]})([{ ][ MáxAg NHAg NH 1 378 1 2 3 .459,0211000,0][ )10(1,088)1098,1( .045454545,0 ][ LmolNH Lmol NH CONCENTRAÇÃO DE NH3 = 0,46 mol.L -1 QUESTÃO 9 Na reação que queremos avaliar, o excesso de Cl- age no precipitado, complexando a prata. AgCl↓ + Cl- ⇌ [AgCl2] - Eq = ? Dividimos as etapas, começando pela dissociação do precipitado AgCl. Etapa 1 : AgCl↓ ⇌ Ag+ + Cl- Kps = 1,8x10-5 A etapa dissociação do precipitado é resultado da reação de formação do complexo. Etapa 2: Ag+ + 2Cl- ⇌ [AgCl2] + = 1,1x105 Somando etapas 1 e 2, temos: AgCl↓ ⇌ Ag+ + Cl- Kps = 1,8x10-5 Ag+ + 2Cl- ⇌ [AgCl2] + = 1,1x105 AgCl↓ + Cl- ⇌ [AgCl2] - K = Kps x Acabamos de encontrar a reação que queríamos. Se essa equação tem sua constante de equilíbrio Eq = K = Kps x , temos 5510 1098,1)101,1()1081( ,βkpsκeq Eq = 1,98 x 10 -5 QUESTÃO 10 Já temos, da questão anterior, a reação e sua respectiva constante de equilíbrio Eq. Vamos montar a tabela de reação/equilíbrio com o dado fornecidos pelo problema, tomando [Cl-] = 0,50 mol.L-1. AgCl↓ + Cl- ⇌ [AgCl2] - AgCl↓ Cl- [AgCl2] - Inicial 0,5 0 Reação - - + Final – 0,5 – Substituindo na expressão de Eq, 510 Com desprezível, aceitamos (0,5 – ) = 0,5 e temos: = (1,98 x 10-5) x 0,5 =9,9 x 10-6 mol.L-1 Como é a concentração de AgCl no equilíbrio (quando PI = Kps), então é a solubilidade de AgCl. Até o momento, não levamos em consideração o efeito íon comum exercido sobre a dissociação do AgCl. O cloreto proveniente do NaCl atua inibindo a dissociação do AgCl. AgCl↓ ⇌ Ag+ + Cl- NaCl↓ ⇌ Na+ + Cl- Se levarmos em consideração apenas o efeito íon comum, a solubilidade é afetada diretamente na expressão de kps: AgCl↓ ⇌ Ag+ + Cl- AgCl↓ Ag+ Cl- Inicial 0 0,5 Reação - ’ + ’ + ’ Final – ’ ’ 0,5+ ’ Jogando na expressão do Kps: Kps = [Ag+] x [Cl-] → 1,8 x 10-10 = ’ x (0,5 + ’) ’ = 3,6 x 10-10 mol.L-1. (SEM E.I.C.)= 9,9x10-6 mol.L-1 ; (COM E.I.C.) = 3,6x10-10 mol.L-1 QUESTÃO 11 Para chegarmos à reação redox, primeiramente analisamos os respectivos potenciais padrões. A semi-reação que tiver o maior potencial de redução, será mantida. A semi- reação com menor potencial deve ser invertida, dessa maneira teremos uma semi-reação de oxidação. UO2 2+ + 4H+ + 2e- ⇌ U4+ + 2H2O E 0 = 0,334 V V3+ + e- ⇌ V2+ E0 = -0,255 V Como 0,334 > -0,255, então a semi-reação de redução da célula é: UO2 2+ + 4H+ + 2e- ⇌ U4+ + 2H2O Logo, a semi-reação de oxidação será: V2+ ⇌ V3+ + e- A equação global é a soma das duas. Multiplicamos a equação da oxidação por 2 para manter a eletroneutralidade. V2+ ⇌ V3+ + e- (x2) UO2 2+ + 4H+ + 2e- ⇌ U4+ + 2H2O UO2 2+ + 4H+ + 2V2+ ⇌ U4+ + 2V3+ + 2H2O A ddp padrão é E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,334V – (–0,255V) = 0,589 V Para encontrar o potencial real da célula, aplicamos a equação de Nernst: ][][][ ]][[ log 0592,0 2 2 422 234 10 0 UOHV VU n EE 2,0)10(1,0 1,02,0 log 2 0592,0 589,0 422 2 10 VE VE 352,0 E0 = 0,589V ; E = 352 V QUESTÃO 12 Nesse exercício, encontraremos E0 usando os potenciais padrão das semi-reações na tabela e jogamos as concentrações direto na equação de Nernst. Observe que, em caso de gases, expressamos a concentração em termos de pressão parcial. A) E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,0V – (–1,660V) = 1,660V 6 23 2 3 10 0 ][ ][ log 0592,0 H AlHp n EE 6 23 10 0,6 0,11,0 log 6 0592,0 66,1 VE VE 7,1 B) E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,96V – 0,80V = 0,16V 4 3 3 3 10 0 ][ ][ log 0592,0 HNO AgNOpNO n EE 4 3 10 0 0,3 0,11,0 log 3 0592,0 EE VE 22,0 A) E = 1,7V B) E = 0,22V QUESTÃO 13 O nosso primeiro passo é identificar catodo e anodo para calcular E0. Cu2+/Cu E0 = 0,337V Ni2+/Ni E0 = -0,246V Como 0,337 > -0,246, então Cu2+/Cu é a reação catódica. Montamos a equação somando as semi-reações de redução e oxidação envolvidas. Cu2+ + 2e- ⇌ Cu0 Ni0 ⇌ Ni2+ + 2e- Cu2+ + Ni0 ⇌ Cu0 + Ni2+ Calculamos E0 fazendo: E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,337V – (– 0,246V) = 0,583V Se o potencial da célula 0,600 V, o potencial padrão é 0,583 V e a concentração de níquel é 0,2 mol.L-1, encontramos a concentração de cobre jogango na equação de Nernst. ][ ][ log 0592,0 2 2 10 0 Cu Ni n EE x VV 2,0 log 2 0592,0 583,0600,0 10 -0,5743 0592,0 017,022,0 log 017,0 2,0 log 2 0592,0 1010 xx Pela propriedade logarítmica, sabemos que )(log)2,0(log 2,0 log 101010 x x Logo, 6990,05743,0)(log )2,0(log5743,0)(log 5743,0)(log)2,0(log 1010101010 xxx Finalmente, = 10-0,1247 = 0,75041 = 0,75 mol.L-1 QUESTÃO 14 Vamos começar identificando a reação envolvida, identificando reação anódica e reação catódica. Hg2+ / Hg0 E0 = 0,854V Cu2+ / Cu0 E0 = 0,337V Observando que 0,854 > 0,337, então Hg2+ / Hg0 é reação catódica. Somando as semi-reações de redução e oxidação envolvidas, montamos a equação geral cuja constante de equilíbrio eq queremos determinar. Hg2+ + 2e- ⇌ Hg0 Cu0 ⇌ Cu2+ + 2e- Hg2+ + Cu0 ⇌ Hg0 + Cu2+ Note que eq = ][ ][ 2 2 Hg Cu Calculamos E0 fazendo: E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,854V – 0,337V = 0,517V Antes de irmos à equação de Nernst, observe que no equilíbrio o potencial da célula é 0,0V e que podemos substituir ][ ][ 2 2 Hg Cu por eq. ][ ][ log 0592,02 2 10 0 Hg Cu n EE No equilíbrio, )(log 2 0592,0 517,00,0 10 eq 1747,17 10 1095,210)( 47,17 0592,0 2517,0 )(log eq eq eq = 2,95 x 10 17 QUESTÃO 15 A) Cr2O7 2- + Fe2+ ⇌ Fe3+ + Cr3+ (meio ácido) Resolvemos o problema somando as semi-reações envolvidas (vide questões anteriores). Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- ⇌ 2Cr3+ + 7H2O Fe2+ ⇌ Fe3+ + e- (x6) Cr2O7 2- + 6Fe2+ + 14H+ ⇌ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Passo seguinte é encontrar E0, onde E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 1,33V – 0,771V = 0,559V Tomando Ecel = 0,0 no equilíbrio, temos: 110 0 log 0592,0 0,0 eqK n E 76,56 0592,0 559,06 loglog 6 0592,0 559,00,0 110110 eqeq KK 5676,56 1 1075,510 eqK B) Mn2+ + MnO4 - ⇌ MnO2 (meio ácido) Novamente, começamos com a soma das semi-reações envolvidas. MnO4 - + 4H+ + 3e- ⇌ MnO2 + 2H2O (x2) Mn2+ + 2H2O ⇌ MnO2 + 4H + + 2e- (x3) 2MnO4 - + 3Mn2+ + 2H2O ⇌ 5MnO2 + 4H + Para calcular E0, E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 1,65V – 1,23V = 0,46V Tomando Ecel = 0,0 no equilíbrio, temos: 210 0 log 0592,0 0,0 eqK n E 62,46 0592,0 46,06 loglog 6 0592,0 46,00,0 210210 eqeq KK 4662,46 2 102,410 eqK Observe que aqui, o número de elétrons n envolvidos é 2 x 3 = 6, que são aqueles valores que usamos para multiplicar as semi-reações. C) Cu2+ + I- ⇌ CuI + I3 - Como nos dois primeiros itens, começamos pela soma das semi-reações. Cu2+ + I- + e- ⇌ CuI (x2) 3I- ⇌ 5I3 - + 2e- 2Cu2+ + 5I- ⇌ 2CuI + 5I3 - Agora fazemos E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 0,86V – 0,54V = 0,32V Com E = 0, 310 0 log 0592,0 0,0 eqK n E 81,10 0592,0 32,02 loglog 2 0592,0 32,00,0 310310 eqeq KK 1081,10 3 105,610 eqK A) Cr2O7 2- + 6Fe2+ + 14H+ ⇌ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O Keq = 6,8 x 10 56 B) 2MnO4 - + 3Mn2+ + 2H2O ⇌ 5MnO2 + 4H + Keq = 4,2 x 1046 C) 2Cu2+ + 5I- ⇌ 2CuI + 5I3 - Keq = 6,5 x 1010 QUESTÃO 16 A) Começamos calculando a concentração das espécies imediatamente após a mistura. Agora montamos a reação correspondente. Fe2+ + Ce4+ ⇌ Fe3+ + Ce3+ Sabemos que as constantes de equilíbrio de reações redox são muito elevadas e, portanto, consideramos reação total na qual o Fe2+ em excesso consome todo o Ce4+. Logo, podemos montar a tabela reação/equilíbrio. Fe2+ Ce4+ Fe3+ Ce3+ Inicial 0,15 0,05 0 0 Reação -0,05 -0,05 +0,05 +0,05 Final 0,10 0 0,05 0,05 Portanto, temos as concentrações finais: [Fe2+] = 0,10 mol.L-1; [Fe3+] = 0,050 mol.L-1; [Ce3+] = 0,050 mol.L-1. Devemos determinar a concentração de Ce4+ remanescente na solução. Para isso, a seguir encontraremos a concertante de equilíbrio . O potencial padrão E0 é: E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = 1,610V – 0,771V = 0,839V Levamos esse resultado à equação de Nernst, fixamos a condição Ecel = 0 (no equilíbrio) e determinamos . 10100 log 1 0592,0 839,00,0 log 0592,0 0,0 n E Volume = 5 mL [Ce4+] = 0,1 mol.L-1 Volume = 10 mL [Ce4+] = 1 1 .05,0 10 5.1,0 Lmol mL mLLmol [Fe2+] = 1 1 .15,0 10 5.3,0 Lmol mL mLLmol Volume = 5 mL [Fe2+] = 0,3 mol.L-1 + Log10 = 17,14 0592,0 839,0 1417,14 1049,110 Temos , [Fe2+], [Fe3+] e [Ce3+]. Para determinar [Ce4+], substituímos na expressão de . ]][[ ]][[ 42 33 CeFe CeFe 116116 14 2 4 4 14 .107,1.1068,1 )1049,1(1,0 05,0 ][ ][1,0 05,005,0 1049,1 LmolLmolCe Ce Acabamos de encontrar a última concentração que faltava. B) Assim como no item A, o primeiro cálculo será das concentrações das espécies imediatamente após a mistura. A reação correspondente é igual à do item A. Montamos, então, a tabela reação/equilíbrio com as concentrações que acabamos de calcular. Como mencionado no item anterior, constantes de equilíbrio de reações redox são muito elevadas e consideramos reação total das espécies. Nesse caso, Fe2+ e Ce4+ estão em proporção estequiométrica e ambos são consumidos completamente. Fe2+ + Ce4+ ⇌ Fe3+ + Ce3+ Fe2+ Ce4+ Fe3+ Ce3+ Inicial 0,1 0,1 0 0 Reação -0,1 -0,1 +0,1 +0,1 Final 0 0 0,1 0,1 Volume = 10 mL [Ce4+] = 0,2 mol.L-1 Volume = 20 mL [Ce4+] = 1 1 .1,0 20 10.2,0 Lmol mL mLLmol [Fe2+] = 1 1 .1,0 20 10.2,0 Lmol mL mLLmol Volume = 10 mL [Fe2+] = 0,2 mol.L-1 + Da tabela, temos [Fe3+] = 0,1 mol.L-1 e [Ce3+] = 0,1 mol.L-1. Encontraremos as concentrações de Fe2+ e Ce4+ remanescente na solução através da expressão da constante de equilíbrio , que já foi determinada no item A ( = 1,49 x 1014). ]][[ ]][[ 1049,1 42 33 14 CeFe CeFe Fazemos xCeFe ][][ 42 e temos: 1919 14 2 2 2 14 .102,8.1019,8 1049,1 1,01,0 )()( )1,0()1,0( 1049,1 LmolLmolx xxx Portanto, [Fe2+] = 8,2 x 10-9 mol.L-1 e [Ce4+] = 8,2 x 10-9 mol.L-1. A) [Fe2+] = 0,10 mol.L-1; [Fe3+] = 0,050 mol.L-1; [Ce3+] = 0,050 mol.L-1; [Ce4+] =1,7 x 10-16mol.L-1 B) [Fe2+] = 8,2 x 10-9 mol.L-1; [Fe3+] = 0,10 mol.L-1; [Ce3+] = 0,10 mol.L-1; [Ce4+] =8,2 x 10-9 mol.L-1 QUESTÃO 17 Identificamos que Zn/Zn2+ é a semi-reação anódica e Cd2+/Cd é a semi-reação catódica. Em seguida, calculamos E0: E0cel = E 0 catodo – E 0 anodo E0cel = (–0,403V) – (–0,763V) = 0,360V Identificamos a reação global pela soma das semi-reações: Zn ⇌ Zn2+ + 2e- Cd2+ + 2e- ⇌ Cd Zn + Cd2+ ⇌ Zn2+ + Cd Pela equação de Nernst, é válido que no início da reação: inicial inicial Cd Zn n EE ][ ][ log 0592,0 2 2 10 0 VVE 32,0318,0 010,0 25,0 log 2 0592,0 360,0 10 Então, no início de reação se tem potencial E = 0,32 V. Agora vamos para o cálculo do potencial de cada semi-célula no equilíbrio. Zn + Cd2+ ⇌ Zn2+ + Cd Zn Cd2+ Zn2+ Cd Inicial -- 0,01 0,25 -- Reação -- -0,01 +0,1 -- Final -- 0 0,26 -- Já estipulamos anteriormente que, no equilíbrio, o potencial da célula é 0,00V. Daí, tiramos que não há diferença de potencial entre catodo e anodo (ddp = 0). Portanto: Ecatodo – Eanodo = 0 ⇒ Ecatodo = Eanodo Basta encontrarmos o potencial de uma das semi-células e teremos o potencial da outra. Escolheremos o zinco (anodo) e jogaremos na expressão de Nernst: ][ 1 log 0592,0 210 0 Znn EE AnodoAnodo Observe que [Zn2+] aparece no denominador da expressão porque estamos calculando seu potencial de redução (Zn2+ + 2e- ⇌ Zn). VVEAnodo 78,07803,0 26,0 1 log 2 0592,0 763,0 10 No equilíbrio, Eanodo = Ecatodo = -0,78V. Calcularemos eq fixando Ecel = 0,00 V e substituindo E 0 = 0,360V na expressão de Nernst. 10100 log 2 0592,0 360,00,0 log 0592,0 0,0 n E Log10 = 16216,12 0592,0 2360,0 121216216,12 104,11045,110 Einicial = 0,32V Equilíbrio,Ecatodo = Eanodo = -0,78V eq = 1,4 x 10 12 QUESTÃO 18 Quando Ecel = 0, o sistema está em equilíbrio e, portanto, para determinar a concentração das espécies determinaremos a constante de equilíbrio . Antes disso, montamos a reação global e preenchemos a tabela reação/equilíbrio. Zn ⇌ Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- ⇌ Cu Zn + Cu2+ ⇌ Cu + Zn2+ Zn Cu2+ Zn2+ Cu Inicial -- 2,0 0,10 -- Reação -- -2,0 +2,1 -- Final -- 0 2,1 -- Temos a concentração de zinco II e queremos determinar a concentração de cobre II remanescente. Agora, de volta ao cálculo da para podermos determinar essa concentração. Potencial padrão da célula E0 = 0,337V – (–0,763V) = 1,10V Fixando E = 0,0 10100 log 2 0592,0 1,10,0 log 0592,0 0,0 n E Log10 = 16216,37 0592,0 21,1 3716216,37 1045,110 Temos e temos [Zn2+], queremos [Cu2+]. Então fazemos: = ][ ][ 2 2 Cu Zn 371045,1 = 1371 37 2 2 1 .105,1. 1045,1 1,2 ][ ][ .1,2 LmolLmolCu Cu Lmol [Cu2+] = 1,5 x 10-37 mol.L-1 [Zn2+] = 2,1 mol.L-1
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