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www.quimica10.com.br 25 – ELETROQUÍMICA I I – INTRODUÇÃO. A Eletroquímica é responsável pela explicação dos fenômenos que envolvem a transferência de elétrons. Esses fenômenos são de grande importância cotidiana, pois através de suas aplicações obtemos pilhas, baterias, cumuladores de automóveis, peças galvanizadas e eletro – purificadas, etc. Os fenômenos eletroquímicos que nos interessam são as Pilhas e Eletrólises, sendo o primeiro um evento espontâneo e o segundo não espontâneo. II - PILHAS. Podemos definir pilha como, qualquer dispositivo no qual uma reação de oxi- redução espontânea produz corrente elétrica. Esse fenômeno transforma a energia química em energia elétrica. As pilhas são formadas por um conjunto de metal mergulhado a uma solução salina eletrolítica de íon comum, esse conjunto é denominado eletrodo e nele ocorre a transferência eletrônica necessária para gerar energia elétrica. www.quimica10.com.br Observando o sistema acima, observamos o eletrodo de Zinco ligado externamente ao eletrodo de Cobre através de um fio condutor pelo qual os elétrons migram de um pólo a outro da pilha, e suas soluções entram em contato através de uma ponte salina que permite o fluxo iônico das soluções eletrolíticas. A equação a seguir descreve a pilha esquematizada a cima que é conhecida como pilha de Daniell, pode-se perceber pelas equações que os elétrons partem do zinco em direção ao cobre, ou seja, o eletrodo de zinco oxida, doando elétrons ao eletrodo de cobre o qual é reduzido: Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) , representando os fenômenos em separado, teremos: Semi – reação de oxidação: Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e - Semi – reação de redução: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) . Observe que o Zn (s) doa elétrons e tem seu nox aumentado, fazendo assim o processo de oxidação. O Cu 2+ (aq) recebe elétrons do zinco e tem seu nox diminuído, fazendo o processo de redução.Dessa forma podemos concluir que o Zn (s) é o agente redutor e o Cu 2+ (aq) é o agente oxidante. O eletrodo que sofre oxidação é chamado de Ânodo, dele os elétrons partem em direção ao eletrodo que sofre redução chamado de Cátodo. O eletrodo que recebe os elétrons (cátodo) é dito pólo positivo da pilha e o eletrodo da onde partem os elétrons é dito pólo negativo da pilha. Esquematizando temos: www.quimica10.com.br II – Potenciais de Eletrodo (E°) Como podemos saber quem oxida e quem reduz em um sistema de pilha? Cada eletrodo tem sua característica bem definida, ou seja, existem eletrodos com maior tendência a reduzir e outros a oxidar. A medida dessa característica é observada experimentalmente pelos Potenciais de Eletrodo. A medida de potenciais de eletrodo se baseia em um padrão que é o eletrodo de H 2 /2H + , ao qual é atribuído E° = 0,0V. Quanto maior for o E 0 red , mais fácil será sua redução e mais forte será o oxidante. Quanto menor for o E 0 red , mais fácil será sua oxidação e mais forte será o redutor. Observe a tabela a seguir dos Potencias de Eletrodo. www.quimica10.com.br Total pilha grada uma determinada diferença de potencial (DDP) a qual vem expressa na unidade de volts em sua embalagem. Para calcular a DDP de uma pilha basta aplicarmos a relação a seguir: www.quimica10.com.br ∆E0 = E0maior – E0menor Exemplificando para a pilha de Daniell, estudada anteriormente: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) E 0 red = +0,34V Zn 2+ (aq) + 2e - Zn (s) E 0 red = -0,76V ∆E0 = E0maior – E0menor. ∆E0 = +0,34 – (-0,76) ∆E0 = +1,10V IMPORTANTE. Podemos proteger superfícies metálicas da corrosão através do uso de eletrodos ou metais de sacrifício. Basta recobrirmos a superfície metálica a proteger totalmente ou parcialmente com um metal de menor potencial de redução, ou seja, mais sensível a oxidação. Dessa forma esse metal é oxidado ou “corroído”, protegendo o outro metal que fica no estado reduzido. Exemplos: Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco), Lata (ferro revestido de estanho), Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício. www.quimica10.com.br Curiosidade. Conheça o mecanismo de uma Bateria Automotiva e uma Pilha Seca. PROPOSIÇÕES DE ATIVIDADES 01. (UFSC) Uma pilha a combustível é um dispositivo eletroquímico no qual a reação de um combustível com oxigênio produz energia elétrica. Esse tipo de pilha tem por base as semi-reações apresentadas na tabela a seguir. A outra figura mostra o esquema de uma pilha a combustível. www.quimica10.com.br De acordo com as informações do enunciado e da figura acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) O gás hidrogênio atua na pilha como agente oxidante. (02) A diferença de potencial elétrico padrão da pilha é + 1,23 V. (04) O oxigênio sofre redução. (08) A obtenção de energia elétrica neste dispositivo é um processo espontâneo. (16) A equação global da pilha no estado padrão é 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(liq). (32) A diferença de potencial elétrico padrão da pilha é + 0,43 V. Soma ( ) Resposta: 02 + 04 + 08 + 16 = 30 02. (Puc-MG) Uma pilha foi elaborada a partir das associações das meias pilhas: Fe 2+ /Fe e Al 3+ /Al. E°(Fe 2+ /Fe) = - 0,44V ; E°(Al 3+ /Al) = -1,66V. Qual das montagens a seguir representa CORRETAMENTE a pilha funcionando? www.quimica10.com.br Resposta: letra A 03. (Puc-PR) Dados os seguintes potenciais: K + + e K0 E0= - 2,92 V Ag + + e Ag0 E0= - 0,80 V determine o valor da carga de uma pilha envolvendo estes dois elementos. a) ∆E° = + 3,72 V b) ∆E° = - 2,12 V c) ∆E° = + 2,12 V d) ∆E° = - 3,72 V e) ∆E° = + 1,72 V ∆E° = E° maior – E° menor ∆E° = -0,8 – (-2,92) ∆E° = 2,12V Resposta: letra C 04. (UFPE) Podemos dizer que, na célula eletroquímica Mg(s) | Mg 2+ (aq) || Fe 2+ (aq) | Fe(s): a) o magnésio sofre redução. b) o ferro é o ânodo. c) os elétrons fluem, pelo circuito externo, do magnésio para o ferro. d) há dissolução do eletrodo de ferro. e) a concentração da solução de Mg 2+ diminui com o tempo. Resposta: letra C www.quimica10.com.br 05. (UFPR) Dados os potenciais de oxi-redução a seguir, Ag + + 1e Ag0 E0= +0,80V Fe 2+ + 2e Fe0 E0= -0,44V Ag + + 3e Al0 E0= -1,66V Cu 2+ + 2e Cu0 E0= +0,34V é correto afirmar que; 01) Uma pilha formada por um eletrodo de ferro em contato com uma solução contendo íons Fe 2+ , e um eletrodo de prata em contato com uma solução contendo íons Ag + , ligados por uma ponte salina, apresenta um potencial padrão de +1,24V. 02) Na mesma pilha da alternativa anterior ocorrerá a oxidação da prata com formação de Ag + . 04) A reação 2Ag 0 + Fe 2+ 2Ag+ + Fe0 é espontânea. 08) Uma lâmina de alumínio mergulha em uma solução 1mol/L de CuSO 4 apresentará a formação de um depósito de cobre metálico dobre ela. 16) O alumínio (Al 0 ) é um redutor mais forte do que o ferro (Fe 0 ). Soma ( ) Resposta: 01+08+16 = 25 06. (Vunesp-SP) A corrosão de ferro metálico envolve a formação envolve a formação de íons Fe 2+ . Para evitá-la, chapas de ferro são recobertas por uma camada de outro metal. Em latas de alimentos a camada é de estanho metálico e em canos d'água, de zinco metálico. Explique por que: a) a camada de zinco evita a corrosãode canos d'água; b) quando a camada de estanho é danificada, expondo a camada do ferro, a corrosão acontece mais rapidamente do que quando a referida camada está ausente. Dados: Potenciais padrões de redução a 25°C. Zn 2+ + 2e Zn(s) E0 = - 0,763 V Fe 2+ + 2e Fe(s) E0 = - 0,409 V Sn 2+ + 2e Sn(s) E0 = - 0,136 V Respostas: www.quimica10.com.br a) O zinco por apresentar menor potencial de redução que o cano de ferro, atua como eletrodo de sacrifício, ele é corroído enquanto o ferro está a salvo no estado reduzido. b) Este fato ocorre devido ao estanho ter maior tendência a se reduzir frente ao ferro, este último em contato com o oxigênio atmosférico terá uma rápida oxidação. 07. (Fuvest-SP) Para recuperar prata de soluções aquosas contendo íons Ag + , costuma- se adicionar zinco metálico às soluções, pois a transformação 2Ag + + Zn° 2Ag° + Zn2+ é espontânea. Pode-se concluir então que: a) o potencial de redução do Ag + /Ag° é maior do que o do Zn 2+ /Zn°. b) ocorre transferência de elétrons do Ag + para Zn°. c) O Zn° atua como oxidante e o Ag + como redutor. d) o Zn° é menos redutor do que Ag°. e) ocorre a eletrólise do Ag + e do Zn°. Resposta: letra A 08. Dados os potenciais - padrão de redução: Al 3+ + 3e Al (-1,66 V) Fe 2+ + 2e Fe (-0,44 V), A ddp da pilha Al/Fe, em condições - padrão, é: a) 2,10 V b) 1,32 V c) 1,22 V d) 1,08 V e) 0,88 V ∆E° = E° maior – E° menor ∆E° = -0,44 – (-1,66) ∆E° = 1,22V Resposta: letra C 09. (Cesgranrio-RJ) O esquema adiante representa uma célula voltáica com eletrodos de alumínio e cobalto. www.quimica10.com.br Observe a seguir as semi-reações e seus potenciais-padrão de redução: Al 3+ + 3e Al0 (E° = -1,66V) Co 2+ + 2e Co0 (E° = -0,28V) No caso de a célula estar em funcionamento, pode-se afirmar que: I - A força eletromotriz (F.E.M) da cédula será 1,38 volts. II - O agente redutor da célula será o Al 0 . III - O agente oxidante da cédula será o Co 0 . IV - O fluxo de elétrons na cédula se dará do eletrodo de alumínio para o cobalto. V - A solução de Co(NO 3 ) 2 se concentrará. Assinale a opção que indica apenas as afirmativas corretas: a) I e III. b) II e III. c) IV e V. d) I, II e IV. e) II, IV e V. Resposta: letra D 10. (Uel-PR) Considere a seguinte tabela de potenciais padrão de redução: Zn 2+ + 2e Zn E0 (volts) = -0,76 Cu 2+ + 2e Cu E0 (volts) = +0,34 Na pilha em que ocorre a reação Zn + Cu 2+ Zn2+ + Cu prevê-se força eletromotriz, em volts, de a) +2,20 b) +1,10 c) +0,42 www.quimica10.com.br d) -0,42 e) -1,10 ∆E° = E° maior – E° menor ∆E° = 0,34 – (-0,76) ∆E° = +1,10V Resposta: letra B 11. (UFF) Considere as seguintes semi-reações: Al 3+ (aq) + 3e Al(s) E° = -1,66 V Cu 2+ (aq) + 2e Cu(s) E° = 0,34 V a) Qual deverá ser a reação representativa da célula? b) Qual o potencial da célula galvânica que se utiliza das semi-reações acima? c) Qual das semi-reações deverá ser representativa do ânodo? Respostas: a) 2Al(s) + 3Cu 2+ (aq) 2Al3+(aq) + 3Cu(s) b) ∆E = 0,34 - (-1,66) = 2,00 V c) 2Al(s) 2Al3+(aq) + 6e 12. (Unesp-SP) Uma bateria é formada pela ligação em série de 6 pilhas eletroquímicas internas, onde ocorrem as semireações representadas a seguir: pólo negativo (-): Pb + SO 4 2- PbSO 4 + 2e E = +0,34 V pólo positivo (+): PbSO 4 + 2H 2 O PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e E = -1,66V Qual a diferença de potencial (voltagem) dessa bateria? ∆E° = E° maior – E° menor ∆E° = +0,34 – (-1,66) ∆E° = 2,0V x 6 = 12V Resposta: 12,00V 13. (UFV) A seguir são feitas algumas afirmativas sobre a célula galvânica representada abaixo: www.quimica10.com.br Potenciais padrão de redução (E°): Ag + + e Ag E0 = + 0,79 Volts Pb 2+ + 2 e Pb E° = - 0,13 Volts I - O potencial teórico da pilha (E°) é 0,92 Volts. II - O eletrodo de prata será o ânodo nesta célula. III - Ocorre passagem espontânea de elétrons do eletrodo de chumbo para o de prata. IV - A reação total para esta célula pode ser representada por: 2 Ag + Pb 2+ 2 Ag+ + Pb São afirmativas CORRETAS: a) I, II e IV. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) I e IV. Resposta: letra B 14. (Mackenzie-SP) Nas semi-reações: Ni 2+ (aq.) + 2 e Ni0 (s) Ag + (aq.) + 1 e Ag0 (s) O ∆E da pilha, o cátodo e o ânodo são, respectivamente: Dados: E° red.Ag = + 0,80V; E° red.Ni = - 0,24V (a 25°C e 1 atm.) a) + 1,04 V, prata, níquel. b) + 1,04 V, níquel, prata. c) - 0,56 V, prata, níquel. d) - 1,04 V, níquel, prata. www.quimica10.com.br e) + 0,56 V, prata, níquel. ∆E° = E° maior – E° menor ∆E° = +0,8 – (-0,24) ∆E° = +1,04V Cátodo – Ag Ânodo - Ni Resposta: letra A
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