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© iS to ck p h o to .c o m /T al aj Livro do Professor Volume 8 Livro de atividades Química Carolina de Cristo Bracht Nowacki ©Editora Positivo Ltda., 2017 Proibida a reprodução total ou parcial desta obra, por qualquer meio, sem autorização da Editora. Dados Internacionais para Catalogação na Publicação (CIP) (Maria Teresa A. Gonzati / CRB 9-1584 / Curitiba, PR, Brasil) N935 Nowacki, Carolina de Cristo Bracht. Química : livro de atividades : Carolina de Cristo Bracht Nowacki. – Curitiba : Positivo, 2017. v. 8 : il. ISBN 978-85-467-1906-8 (Livro do aluno) ISBN 978-85-467-1905-1 (Livro do professor) 1. Ensino médio. 2. Química – Estudo e ensino. I. Título. CDD 373.33 Reações de oxirredu ção e processos eletroquímicos espo ntâneos 15 2 Volume 8 Conceito de oxidação e de redução aplicado às reações que envolvem transferências de elétrons Oxidação: processo em que uma espécie química perde elétron(s). Redução: processo em que uma espécie química recebe elétron(s). • Para compostos iônicos, o Nox de cada átomo é numericamente igual à sua carga real, isto é, à carga do íon. Exemplo: ∴ Na+ Cℓ– Nox = +1 Nox = –1 • Para determinar o número de oxidação (Nox) dos átomos envolvidos em uma ligação covalente, é necessário verificar a diferença de ele- tronegatividade existente entre os elementos que participam do compartilhamento de elétrons na ligação – nesse caso, o Nox é conhecido como carga aparente. Química 3 Determinação do número de oxidação médio Nox Metais com Nox fixo • Metais alcalinos (grupo 1): +1 • Metais alcalinoterrosos (grupo 2): +2 • Outros metais: Aℓ3+, Zn2+ e Ag+ Hidrogênio • Normalmente: +1 • Hidretos metálicos: –1 Oxigênio • Normalmente: –2 • Peróxidos: –1 • Superóxidos: –1/2 Nox Átomos isolados (substância simples) O Nox é igual a zero. Exemplos: zero H 2 O 3 zero Íon monoatômico O Nox corresponde à carga do próprio íon. Exemplos: –1 Cℓ–Aℓ3+ +3 Fe2+ +2 Espécie química neutra (composto) A soma do Nox total para todos os átomos participantes é igual a zero. Exemplos: H 3 PO 4 + 3 + 5 – 8 = zero + 6 + 18 – 24 = zero Aℓ 2 (SO 4 ) 3 +1 –2 +5 +3 –2 +6 Íon poliatômico A soma do Nox total para todos os átomos participantes é igual à carga do íon. Exemplos: PO4 3– + 5 – 8 = 3– +12 – 14 = 2– Cr 2O 7 2– +5 –2 +6 –2 Volume 84 Reações de oxirredução As reações químicas que apresentam variações do Nox são denominadas reações de oxirredução. Essas reações estão relacionadas com a transferência de elétrons entre as espécies químicas (átomos e/ou íons) dos reagentes. O aumento do Nox verificado na espécie que perde elétron(s) indica o processo de oxidação; a diminuição do Nox na outra espécie, aquela que recebe elétron(s), o processo de redução. A oxidação e a redução são sempre simultâneas, ou seja, toda vez que ocorrer a perda de elétron(s) por determinada espécie participante, haverá o recebimento de elétron(s) pela outra espécie. Processo envolvido Responsável pela Alteração do Nox Agente oxidante Redução Oxidação de outra espécie química Diminui Agente redutor Oxidação Redução de outra espécie química Aumenta Balanceamento para equações de oxirredução O número de elétrons perdidos pelo redutor (espécie que oxida) deve ser igual ao número de elétrons recebidos pelo oxidante (espécie que reduz). As seguintes etapas facilitam o acerto dos coeficientes de uma equação de oxirredução: 1ª. – Indique o número de oxidação (Nox) de cada elemento presente nos compostos de uma equação. 2ª. – Verifique os elementos que apresentam variação no número de oxidação (Nox). 3ª. – Identifique o processo de oxidação e o processo de redução. 4ª. – Verifique qual composto tem a maior quantidade (maior índice) do elemento que oxida e do que reduz. Caso essa quantidade seja igual (em ambos os lados da equação), escolhe-se o elemento com Nox diferente, se existir. 5ª. – Determine a variação total do Nox das espécies químicas que estão relacionadas com a transferência eletrônica. Essa quantidade é calcu- lada pela multiplicação da variação do Nox do elemento que oxida e/ou reduz pela atomicidade presente no composto escolhido na etapa anterior. O resultado desse cálculo corresponde à quantidade de elétrons perdida e/ou recebida. 6ª. – Indique a variação total do Nox com os coeficientes estequiométricos dos compostos escolhidos na 4ª. etapa para que o número de elétron(s) perdido(s) seja igual ao número de elétron(s) recebido(s) durante o processo de oxirredução. Assim, sempre que possível, simplifique o(s) elétron(s) perdido(s) e recebido(s) para que os coeficientes de uma equação sejam representados pelo menor conjunto possível de números inteiros. 7ª. – Prossiga o balanceamento por tentativa. Para isso, ao final, encontre os coeficientes dos compostos que contêm os elementos hidrogênio e oxigênio, pois esses elementos aparecem, em geral, em várias substâncias em uma equação. Célula eletroquímica O ramo da Química que estuda as reações que produzem corrente elétrica ou que são produzidas pela eletricidade é conhecido como Eletroquímica. Pilhas e baterias são dispositivos que produzem ener- gia elétrica por meio de uma reação espontânea de oxirredução. Representação da pilha de Daniell Di vo . 2 01 2. D ig ita l. Química 5 Ânodo Cátodo Oxidação Perda de elétron(s) Eletrodo negativo Znº(s) → Zn 2+ (aq) + 2 e – Diminuição da massa da placa de Zn Aumento da concentração de íons Zn2+(aq) Redução Ganho de elétron(s) Eletrodo positivo Cu2+(aq) + 2 e – → Cuº(s) Aumento da massa da placa de Cu Diminuição da concentração de íons Cu2+(aq) • Equação iônica global: Redução +2+2 zerozero Oxidação Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu0 (s) • Diagrama para a pilha de Daniell: Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) Potencial de eletrodo O potencial de uma célula ( E), também conhecido como ddp, corresponde à diferença entre dois potenciais-padrão de redução, um asso- ciado ao cátodo e outro ao ânodo. ΔE = Ecátodo – Eânodo Por convenção, o potencial associado a cada eletrodo é escolhido para a redução que ocorre naquele eletrodo. ↑ Eºred ↑ facilidade em receber elétron(s) ↑ tendência à redução (cátodo) ↑ caráter oxidante ↓ Eºred ↑ facilidade em perder elétron(s) ↑ tendência à oxidação (ânodo) ↑ caráter redutor Quanto maior for a diferença de potencial entre os eletrodos, maior será a tendência de ocorrer, espontaneamente, a reação de oxirredução. Classificação de células eletroquímicas Primárias • Pilhas • Reação não reversível Secundárias • Bateria recarregável • Reação reversível Corrosão e proteção catódica • Corrosão: destruição ou deterioração de materiais em decorrência da ação química ou eletroquímica. Provoca alterações estéticas, interfere na resistência mecânica e na vida útil do material. • Proteção catódica: método que requer a utilização de um metal de sacrifício para proteger o material metálico e impedir sua corrosão. Atividades 6 Volume 8 Conceito de oxidação e de redução aplicado às reações que envolvem transferências de elétrons 1. O nitrogênio é um elemento químico fundamental para a biodiversidade, pois está presente na constituição dos ami- noácidos que formam as proteínas e das bases nitrogenadas formadoras dos ácidos nucleicos (DNA e RNA). Apesar de ser muito abundante na atmosfera (aproximadamente 78%), o nitrogênio não se encontra disponível para o uso direto pela maioria dos seres vivos, pois sua estrutura molecular (N2) proporciona grande estabilidade, tornando-o pouco reativo com outros elementos. Para que os seres vivos possam utilizar o nitrogênio e que seja possível seu retorno ao ar atmosférico, é fundamental a participação de micro-organismos que realizam as quatro etapas do ciclo: fixação, decomposição, nitrificação e desnitrificação, conforme apresentado no esquema representativo a seguir: Emissão de gases nitrogenados Fixação do nitrogênioatmosférico N2 atmosférico Descargas elétricas na atmosfera Desnitrificação Bactérias fixadoras de N2 no solo Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de leguminosas Decompositores NH 3 (amônia) NitrosomonasNitrosação Absorção de NH3 por algumas plantas NO 2 − (nitrito) NO 3 − (nitrato) Morte e decomposição Absorção pelas raízes Bactérias desnitrificantes Nitratação Nitrobacter Excreção Alimentação Esquema representativo do ciclo do nitrogênio Determine o número de oxidação do nitrogênio em todos os compostos químicos envolvidos nesse ciclo. N O– 3 +5 –2 N 2 zero N O– 2 +3 –2 N H 3 –3 +1 Di vo . 2 01 2. D ig ita l. Química 7 2. A chuva já é naturalmente ácida em razão da presença do gás carbônico (CO2) na atmosfera. Todavia, a quei- ma de carvão, combustíveis fósseis e poluentes indus- triais contribui para o efeito da chuva ácida devido à produção dos óxidos de enxofre (SO2 e SO3) e óxidos de nitrogênio, como o NO2. Com base nessas informações, indique o Nox de todos os elementos químicos que compõem os óxidos apre- sentados. C O 2 +4 –2 S O 2 +4 –2 S O 3 +6 –2 N O 2 +4 –2 3. As reações químicas que apresentam variações do Nox são denominadas reações de oxirredução. Essas rea- ções estão relacionadas com a transferência de elé- trons entre as espécies químicas (átomos e/ou íons) dos reagentes. Sobre esse assunto, assinale V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas. ( V ) A espécie química que perde elétron(s) está rela- cionada ao fenômeno da oxidação. ( V ) A espécie química que recebe elétron(s) está rela- cionada ao fenômeno da redução. ( V ) A oxidação e a redução são sempre simultâneas, ou seja, toda vez que ocorrer a perda de elétron(s) por determinada espécie participante, haverá o re- cebimento de elétron(s) pela outra espécie química. ( F ) O átomo ou íon que recebe elétron(s) é o agente redutor. ( F ) O átomo ou íon que perde elétron(s) é o agente oxidante. 4. A produção industrial de ácido nítrico ocorre pelo pro- cesso de Ostwald, em que se utiliza amoníaco aque- cido com um catalisador (platina) para a formação do óxido nítrico, que, por sua vez, oxida, formando dióxido de nitrogênio. Esse óxido reage com a água, dando ori- gem, finalmente, a esse ácido. NH3 + O2 catalisador⎯ →⎯⎯⎯ NO + H2O NO + O2 → NO2 NO2 + H2O → HNO3 + NO Em laboratório, é produzido a partir da reação entre o ácido sulfúrico e o nitrato de sódio. De acordo com essas informações, a) faça o balanceamento das equações relacionadas ao processo industrial para a obtenção do ácido ní- trico. Para isso, indique os processos de oxidação e de redução envolvidos em cada uma dessas etapas. NH 3 + O 2 NO + H 2 O Oxidação Δ = 5 · 1 = 5 e– ∴ 4 NH 3 Δ = 2 · 2 = 4 e– ∴ 5 O 2 NH3 O 2 Redução zero +2 –2–3 catalisador 4 NH3 + 5 O2 catalisador⎯ →⎯⎯⎯ 4 NO + 6 H2O NO + O 2 NO 2 Oxidação Δ = 2 · 1 = 2 e– = 1 e– ∴ 2 NO 2 Δ = 2 · 2 = 4 e– = 2 e– ∴ 1 O 2 NO2 O 2 Redução +4zero –2+2 2 NO + O 2 2 NO 2 NO 2 + H 2 O HNO 3 + NO Oxidação Δ = 1 · 1 = 1 e– ∴ 2 HNO 3 Δ = 2 · 1 = 2 e– ∴ 1 NO HNO3 NO Redução +5 +2+4 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO b) escreva a reação de obtenção do ácido nítrico em laboratório e faça seu balanceamento pelo método das tentativas. 2 NaNO3 + H2SO4 Δ⎯→⎯ Na2SO4 + 2 HNO3 3. O átomo ou o íon que perde elétron(s) – que contém o elemento que oxida – é denominado (agente) redutor, pois provoca a redução da outra espécie química. Consequentemente, o átomo ou o íon que recebe elétron(s) – que contém o elemento que reduz – é denominado (agente) oxidante, pois provoca a oxidação da outra espécie. 8 Volume 8 5. (PUC-Rio – RJ) A ocorrência da reação eletrolítica Pb2+(aq) + 2 H2O(ℓ) → PbO2(s) + H2(g) + 2 H + tem como consequência a) a redução do Pb2+. b) a oxidação da água. c) o grande aumento do pH da solução. d) a manutenção do número de oxidação do Pb. X e) a redução da concentração de Pb2+ na solução. 6. (FGV – SP) As fosfinas, PH3, são precursoras de com- postos empregados na indústria petroquímica, de mi- neração e hidrometalurgia. Sua obtenção é feita a partir do fósforo elementar, em meio ácido, sob elevada pres- são, e a reação se processa de acordo com P4 + H2O → PH3 + H3PO4 A soma dos menores valores inteiros dos coeficientes estequiométricos dessa equação corretamente balan- ceada é igual a a) 10 X d) 22 b) 11 e) 24 c) 15 P 4 + H 2 O PH 3 + H 3 PO 4 Oxidação Δ = 3 · 1 = 3 e– ∴ 5 PH 3 Δ = 5 · 1 = 5 e– ∴ 3 H 3 PO 4 PH3 H 3 PO 4 Redução –3 +5zero 2 P 4 + 12 H 2 O 5 PH 3 + 3 H 3 PO 4 • Soma dos coeficientes: 2 + 12 + 5 + 3 = 22 7. (EsPCEx-Aman – RJ) O cobre é uma substância que possui elevado potencial de redução e no seu estado metálico sofre pouco em termos de oxidação frente a ácidos, não sendo oxidado pela maioria deles. Todavia, ele é oxidado na presença de ácido nítrico, conforme mostra a equação não balanceada de uma das possí- veis reações: Cu(s) + HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + NO(g) + H2O(ℓ) Após o balanceamento da equação com os coeficien- tes estequiométricos (menores números inteiros), a soma destes coeficientes será igual a a) 14 d) 24 b) 18 e) 26 X c) 20 Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O • Soma dos coeficientes: 3 + 8 + 3 + 2 + 4 = 20 Oxidação Δ = 2 · 1 = 2 e– ∴ 3 Cu Δ = 3 · 1 = 3 e– ∴ 2 NO Cu NO Redução zero +2 –2+5 8. (UFF – RJ) “Cinco jovens morrem em acidente de carro na Lagoa. Um carro destroçado, pais desespe- rados e corpos no canteiro divisório da Aveni- da Borges de Medeiros. Assim terminou o em- balo de fim de semana de cinco jovens, pela manhã, na Lagoa, depois de deixarem a boate Sky Lounge...” BRITO, Bartolomeu. Acidente na Lagoa. Jornal O Dia. Edição 1695, setembro, 2006. A expectativa de vida do brasileiro é de cerca 72 anos, segundo dados do IBGE, mas, como mostra o texto acima, esse tempo de vida pode ser abruptamente reduzido quando álcool e direção são misturados de maneira irresponsável. O teste do bafômetro é mui- to utilizado na determinação dos níveis de álcool na respiração e, portanto, no sangue dos motoristas suspeitos de intoxicação. Normalmente, pede-se à pessoa que sopre, por alguns segundos, em um tubo que contém dicromato de potássio e ácido sulfúrico. A reação é sinalizada pela mudança da cor, de laranja para verde, ao longo do tubo, conforme a seguinte equação não balanceada: 5. a) O íon Pb2+ oxida a Pb4+. b) A água reduz a H2. c) Devido à formação de H+, o pH diminui, pois a solução é mais ácida. d) O íon Pb2+ tem seu Nox aumentado para Pb4+. e) O íon Pb2+, presente na solução, se oxida a Pb4+ na forma de óxido de chumbo (sólido). Consequentemente, sua concentração diminui. Química 9 K2Cr2O7(aq) + H2SO4(aq) + CH3CH2OH(g) → Cr2(SO4)3(aq) + H2O(ℓ) + CH3CHO(g) + K2SO4(aq) (alaranjado) (verde) Após o balanceamento, os menores coeficientes inteiros do agente oxidante e do agente redutor são, respectivamente: X a) 1 e 3. b) 2 e 3. c) 3 e 2. d) 3 e 1. e) 2 e 2. Oxidação = 3 · 2 = 6 e– = 3 e– ∴ 1 K 2 Cr 2 O 7 (agente oxidante) = 2 · 1 = 2 e– = 1 e– ∴ 3 CH 3 CH 2 OH (agente redutor) K2Cr2O7 CH 3 CH 2 OH Redução +6 +3 +1–1 K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + H 3 C — CH 2 — OH Cr 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O + H 3 C — C + K 2 SO 4 H O 1 K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 + 3 H 3 C — CH 2 — OH 1 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 7 H 2 O + 3 H 3 C — C + 1 K 2 SO 4 O H 9. (ACAFE – SC) Íons Fe2+ podem ser quantificados em uma reação de oxirredução com íons MnO4 – padronizado em meio ácido. Uma vezbalanceada a equação química abaixo, a soma dos menores coeficientes estequiométricos intei- ros dos reagentes é: MnO4 – (aq) + Fe 2+ (aq) + H + (aq) → Mn 2+ (aq) + H2O + Fe 3+ (aq) a) 10 b) 3 X c) 14 d) 5 Oxidação Redução +7 +2 +3+2 1 MnO 4 – + 5 Fe2+ + H+ 1 Mn2+ + H 2 O + 5 Fe3+ 1 MnO 4 – + 5 Fe2+ + x H+ 1 Mn2+ + y H 2 O + 5 Fe3+ • Soma das cargas: 1 (–1) + 5 (+2) + x = 1 (+2) + y (0) + 5 (+3) 9 + x = 17 x = 8 ∴ y = 4 • Soma dos coeficientes estequiométricos: 1 + 5 + 8 = 14 MnO 4 – = 5 · 1 = 5 e– ∴ 1 MnO 4 – Fe2+ = 1 · 1 = 1 e– ∴ 5 Fe2+ MnO 4 – (aq) + Fe2+ (aq) + H+ (aq) Mn2+ (aq) + H 2 O + Fe3+ (aq) 10. (MACKENZIE – SP) A respeito da equação iônica de oxirredução abaixo, não balanceada, são feitas as seguintes afir- mações: IO3 – + HSO3 – → I2 + SO4 2– + H+ + H2O I. a soma dos menores coeficientes inteiros possível para o balanceamento é 17. II. o agente oxidante é o ânion iodato. III. o composto que ganha elétrons sofre oxidação. IV. o Nox do enxofre varia de +5 para +6. Soma dos menores coeficientes inteiros: 2 + 5 + 1 + 5 + 3 + 1 = 17. O ânion iodato é o agente oxidante, pois contém o elemento que reduz e provoca a oxidação da outra espécie. O composto que contém o elemento que recebe elétrons está relacionado ao processo de redução. O Nox do elemento enxofre varia de +4 para +6. 10 Volume 8 Das afirmações acima, estão corretas somente a) II e III. d) II e IV. X b) I e II. e) I e IV. c) I e III. Oxidação = 5 · 2 = 10 e– = 5 e– ∴ 1I 2 = 2 · 1 = 2 e– = 1 e– ∴ 5 HSO 3 – I2 HSO 3 – Redução +5 zero +6+4 IO 3 – + HSO 3 – I 2 + SO 4 2– + H+ + H 2 O 2 IO3 – + 5 HSO3 – → 1 I2 + 5 SO4 2– + x H+ + y H2O • Soma das cargas: 2 (–1) + 5 (–1) = 1 (0) + 5 (–2) + x + y (0) –2 + (–5) = –10 + x x = 3 2 IO3 – + 5 HSO3 – → 1 I2 + 5 SO4 2– + 3 H+ + y H2O 2 IO3 – + 5 HSO3 – → 1 I2 + 5 SO4 2– + 3 H+ + 1 H2O 11. Uma lâmina de zinco (Zn) foi colocada em uma solução de sulfato de cobre II (CuSO4). Após certo tempo, observaram- -se as seguintes alterações. Descreva como ocorre a transferência eletrônica entre a placa de zinco e os íons cobre presentes em solução. Repre- sente a equação química envolvida nesse processo. Ao colocar a lâmina de zinco (Zn) na solução de sulfato de cobre (CuSO4), há transferência eletrônica do metal zinco para os íons Cu 2+ presentes na solução azul. Após certo tempo, verifica-se um depósito de cobre metálico (Cu0) e a solução se torna incolor devido à presença de íons zinco (Zn2+). Equação química: Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(aq) Ge tty Im ag es /C ha rle s D W in te rs Química 11 Célula eletroquímica 12. Encontre no caça-palavras as informações que completam de forma adequada as frases relacionadas à pilha de Daniell. a) A pilha de Daniell é formada por dois compartimentos chamados de células voltaicas . b) No eletrodo negativo, chamado de ânodo , tem-se uma placa de zinco metálico mergulhada em solução aquosa de sulfato de zinco. c) No eletrodo positivo, chamado de cátodo , tem-se uma placa de cobre metálico mergulhada em solução aquosa de sulfato de cobre. d) As duas placas são unidas por um fio metálico externo em que os elétrons se movimentam do ânodo (eletrodo negativo ) para o cátodo (eletrodo positivo ). e) No eletrodo negativo, ocorre a oxidação . f) No eletrodo positivo, ocorre a redução . C Q W O V I T I S O P A N O D O A E A S D O F G H J K L Ç Z X C T C L V B X N M Q W E R T Y U I O I O U P I A O A Ç U D E R S L D D F G L D H J K L Ç Z X C V A O B N M Q A W E R T Y U I O P T A S D F G Ç S H J K L Ç Z X C E V B N M Q A W V E R T Y U I O M P A S D F O G S O H J K L Ç Z O X C V B N M N Q W L E R T E Y I U I O P A O S D F G T H J R K F L Ç Z X R C V B N M Q A W B E R T Y U T I O P A S D F G I O H J K L E Ç Z X C V B N M Q W C E R T L Y U O C N I Z I O P A S A D E F G H N E G A T I V O B N M S Se necessário, oriente os alunos para consultarem, na última página do livro, um quadro com os valores de alguns potenciais-padrão de redução em solução aquosa a 25oC. 12 Volume 8 13. Em nosso dia a dia, é muito comum o uso de pilhas ou baterias para o funcionamento de algum dispositivo eletrônico, como celulares, relógios, tablets, entre outros. Sobre esses dispositivos capazes de converter energia química em energia elétrica, as- sinale V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas. ( V ) As pilhas e as baterias são denominadas células voltaicas ou galvânicas. ( F ) A conversão da energia química em elétrica nas pi- lhas e baterias ocorre por meio de uma reação de oxirredução não espontânea. ( F ) A primeira pilha elétrica foi inventada por John Da- niell, em 1836. A pilha de Daniell, como é conheci- da, é um dispositivo formado por dois metais – zinco e cobre – intercalados e separados por uma solução eletrolítica. ( F ) No ânodo de uma pilha, eletrodo positivo, ocorre a perda de elétron(s) pelo processo conhecido como oxidação. ( F ) No cátodo de uma pilha, eletrodo negativo, ocorre o ganho de elétron(s) pelo processo conhecido como redução. 14. Observe o esquema da pilha de Daniell: Sobre essa pilha, assinale V para as afirmativas verda- deiras e F para as falsas. ( F ) O fluxo de elétrons é do cátodo para o ânodo. ( V ) O zinco é o eletrodo onde ocorre a oxidação, por isso, à medida que o Znº se oxida a Zn2+, a massa da placa de zinco diminui e a concentração dos íons positivos na solução aumenta. ( V ) No eletrodo positivo, à medida que os íons Cu2+(aq) são reduzidos a Cu(s), a placa de cobre tem sua mas- sa aumentada e, consequentemente, há diminuição na concentração dos íons positivos na solução. ( F ) O diagrama da pilha de Daniell é Zn2+(aq) Znº(s) Cuº(s) Cu 2+ (aq). ( F ) A ponte salina é responsável por conduzir os elé- trons entre os eletrodos. 15. O lixo doméstico tem-se alterado significativamente diante do grande consumo de produtos descartáveis em nosso dia a dia. Um dos maiores problemas para o meio ambiente são os metais pesados encontrados em pilhas comuns, baterias para relógios, câmaras, calculadoras, lanternas, telefones celulares e outros equipamentos. Atualmente, são utilizadas baterias de lítio-cádmio, cujos potenciais de redução são represen- tados a seguir: Cd2+ + 2 e– → Cd Ered = –0,40 ↑ Ered ∴ redução Li+ + e– → Li Ered = –3,04 ↓ Ered ∴ oxidação De acordo com as informações, responda: a) qual espécie química se oxida? Li b) qual espécie química reduz? Cd2+ c) escreva a semirreação catódica. Cd2+ + 2 e– → Cd d) escreva a semirreação anódica. 2 Li → 2 Li+ + 2 e– e) escreva a equação global dessa pilha. Cd2+ + 2 Li → Cd + 2 Li+ f ) qual metal é corroído? Li g) qual metal tem sua massa aumentada? Cd h) calcule a diferença de potencial da pilha. ΔE = Ecátodo – Eânodo ΔE = –0,40 – (–3,04) ΔE = +2,64 V A função da ponte salina é estabelecer o equilíbrio dos íons entre as soluções. © Sh ut te rs to ck /O le ks iy M ar k O fluxo de elétrons é do ânodo para o cátodo. Zn0(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu 0 (s) Pilhas e baterias são dispositivos que produzem energia elé- trica por meio de uma reação espontânea de oxirredução. A primeira pilha elétrica comercial foi inventada em 1800 por Alessandro Volta. No ânodo, onde ocorre a oxidação (perda de elé- trons), o eletrodo da pilha é negativo. No cátodo, onde ocorre a redução (ganho de elé- trons), o eletrodo da pilha é positivo. Química 13 16. Uma maneira comumente utilizada para representar uma célula galvânica é por notação simplificada, cha- mada de diagramada célula. Em relação ao diagrama da seguinte pilha Mg(s) Mg 2+ (aq) Ni 2+ (aq) Ni(s) responda: a) qual é a semirreação anódica? Mg(s) → Mg 2+ (aq) + 2 e – b) qual é a semirreação catódica? Ni2+(aq) + 2 e – → Ni(s) c) qual é a equação global? Mg(s) + Ni 2+ (aq) → Mg 2+ (aq) + Ni(s) d) qual é o sentido do fluxo de elétrons pelo circuito externo? Os elétrons fluem pelo circuito externo do ânodo para o cátodo. Nessa pilha, do magnésio para o níquel. e) em qual placa metálica há desgaste durante o pro- cesso? Justifique. Há desgaste na placa de magnésio, pois no eletrodo correspondente a essa placa ocorre a oxidação. f) em qual solução a concentração dos íons diminui? Justifique. Há diminuição na concentração dos íons Ni2+, pois no eletrodo relacionado a essa solução ocorre a redução. 17. (PUC-Rio – RJ) A partir dos valores de potencial padrão de redução apresentados abaixo, o potencial padrão do sistema formado por um ânodo de Zn/Zn2+ e um cáto- do de Ag/AgCℓ seria: Zn2+(aq) + 2 e – → Zn(s) E º = −0,76 V AgCℓ(s) + e – → Ag(s) + Cℓ − (aq) E º = +0,20 V a) −1,32 V d) +0,56 V b) −1,16 V X e) +0,96 V c) −0,36 V Zn2+(aq) + 2 e – → Zn(s) E º = −0,76 V (↓ Ered ∴ oxida – ânodo) AgCℓ(s) + e – → Ag(s) + Cℓ − (aq) E º = +0,20 V (↑ Ered ∴ reduz – cátodo) ΔE = Ecátodo – Eânodo ΔE = +0,20 – (–0,76) = +0,96 V 18. (UEMG) Pilhas são dispositivos que produzem corrente elétrica, explorando as diferentes capacidades das es- pécies de perderem ou de ganharem elétrons. A figura abaixo mostra a montagem de uma dessas pilhas: A seguir, estão representadas algumas semirreações e seus respectivos potenciais de redução, a 25 ºC: Aℓ3+(aq) + 3 e – → Aℓ(s) Eº = –1,66 V Ni2+(aq) + 2 e – → Ni(s) Eº = –0,25 V Mg2+(aq) + 2 e – → Mg(s) Eº = –2,37 V Fe2+(aq) + 2 e – → Fe(s) Eº = –0,44 V A pilha de maior diferença de potencial (ddp) pode ser constituída no ânodo e no cátodo, respectivamente, pe- los eletrodos de a) alumínio e magnésio. c) alumínio e ferro. X b) magnésio e níquel. d) ferro e níquel. versus eletrodo padrão de hidrogênio versus eletrodo padrão de hidrogênio (↑ Eredução) (↓ Eredução) 14 Volume 8 19. (FGV – SP) Fontes alternativas de energia têm sido foco de interesse global como a solução viável para cres- centes problemas do uso de combustíveis fósseis. Um exemplo é a célula a combustível microbioló- gica que emprega como combustível a urina. Em seu interior, compostos contidos na urina, como ureia e resíduos de proteínas, são transfor- mados por micro-organismos que constituem um biofilme no ânodo de uma célula eletroquímica que produz corrente elétrica. célula a combustível microbiológica bomba 2 bomba 1 águaurina ânodo cátodo (http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/October/31101103.asp. Adaptado) Sobre essa célula eletroquímica, é correto afirmar que, quando ela entra em operação com a geração de energia elétrica, o biofilme promove a X a) oxidação, os elétrons transitam do ânodo para o cátodo, e o cátodo é o polo positivo da célula. b) oxidação, os elétrons transitam do cátodo para o ânodo, e o cátodo é o polo positivo da célula. c) oxidação, os elétrons transitam do ânodo para o cátodo, e o cátodo é o polo negativo da célula. d) redução, os elétrons transitam do ânodo para o cátodo, e o cátodo é o polo positivo da célula. e) redução, os elétrons transitam do cátodo para o ânodo, e o cátodo é o polo negativo da célula. 20. (UDESC) Analise as proposições em relação a um experimento de eletroquímica. I. Em uma reação de oxidorredução que ocorre espontaneamente, os elétrons são transferidos de uma espécie química com maior potencial de redução para outra com menor potencial de redução. Portanto, ao calcularmos a diferença de potencial da célula, chega-se a um valor positivo. II. Uma medida de potencial eletroquímico considera o uso de um eletrodo padrão de hidrogênio (EPH). Se a semicela H+/H2 atuar como ânodo, a semirreação será a de oxidação de H2 a H + e, se atuar como cátodo, será a de redução de H+ a H2. III. Uma das formas de evitar o acúmulo de cargas elétricas nas soluções catódicas e anôdicas é o uso de uma ponte salina. O excesso de ânions ou cátions gerados nas reações eletroquímicas é compensado pela migração de íons provenientes da ponte salina. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa II é verdadeira. X d) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são verdadeiras c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. 21. (UEPA) A água oxigenada comercial é bastante utilizada para assepsia de ferimentos e descolorir cabelos, dependendo da concentração na qual é vendida. Para fins de controle de qualidade, esta solução é investigada através da reação do peróxido de hidrogênio (H2O2) com o permanganato de potássio (KMnO4) em meio ácido. As semirreações que descrevem este processo são dadas abaixo: O2(g) + 2 H + (aq) + 2 e – → H2O2(aq) Eº = +0,682 V MnO4 – (aq) + 8 H + (aq) + 5 e – → Mn2+(aq) + 4 H2O(ℓ) Eº = +1,510 V (↓ Ered) (↑ Ered) De acordo com o enun- ciado, o biofilme constitui o ânodo da célula eletro- química. Portanto, o bio- filme promove a oxida- ção (perda de elétrons). Ou seja, faz com que os elétrons migrem do âno- do (polo negativo) para o cátodo (polo positivo). I. Falsa. Em uma reação de oxirredução espontânea, os elétrons são transferidos do ânodo para o cátodo. Portanto, da espécie química com menor potencial de redução para a es- pécie química com maior potencial de redução. Química 15 Em relação a este processo, é correto afirmar que: a) o permanganato é o agente redutor. b) a reação libera 2 mols de oxigênio gasoso. c) a água oxigenada é um agente oxidante. X d) o potencial padrão da reação é igual a +0,828 V. e) o potencial padrão da reação é igual a + 2,19 V. 22. (ACAFE – SC) Considere as semirreações abaixo e assinale a alternativa que contém os agentes oxidantes em ordem de força decrescente. Cr2O7 2– (aq) + 14 H + (aq) + 6 e – → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(ℓ) Eº = 1,33 V MnO4 – (aq) + 8 H + (aq) + 5 e– → Mn2+(aq) + 4 H2O(ℓ) Eº = 1,49 V Pb2+(aq) + 2 e – → Pb(s) Eº = –0,13 V a) Pb < Cr3+ < Mn2+ b) MnO4 – < Cr2O7 2– < Pb2+ c) Pb > Cr3+ > Mn2+ X d) MnO4 – > Cr2O7 2– > Pb2+ 23. Por meio do cálculo da diferença de potencial de uma célula eletroquímica, é possível verificar a espontaneidade de uma reação. Um valor positivo de potencial (Ecélula > 0) indica que o processo é espontâneo, e um valor negativo (Ecélula < 0), um processo não espontâneo. De acordo com as semirreações apresentadas, determine a reação global e indique se é ou não espontânea. Justifi- que sua resposta pela diferença de potencial da pilha. a) Li+(aq) + e – → Li(s) Eºred = –3,04 V Ag(s) → Ag + (aq) + e – Eºoxi = –0,80 V( ) ( q) Ag(s) + Li + (aq) → Ag + (aq) + Li(s) ΔE = Ecátodo – Eânodo ΔE = –3,04 – (+,080) ΔE = –3,84 V (reação não espontânea) b) Co2+(aq) + 2 e – → Co(s) Eºred = –0,28 V Ba(s) → Ba 2+ (aq) + 2 e – Eºoxi = +2,91 V( ) ( q) Ba(s) + Co 2+ (aq) → Ba 2+ (aq) + Co(s) ΔE = Ecátodo – Eânodo ΔE = –0,28 – (–2,91) ΔE = +2,63 V (reação espontânea) (↑ Ered) (↓ Ered) O permanganato é reduzido ao íon Mn2+, portanto é o agente oxidante. A reação produz 5 mols de gás oxigênio. A água oxigenada oxida, portanto é o agente redutor. ΔE = Ecátodo – Eânodo ΔE = +1,510 – (+0,682) ΔE = +0,828 V 5 H2O2(aq) → 5 O2(g) + 10 H + (aq) + 10 e – 2 MnO4 – (aq) + 16 H + (aq) + 10 e – → 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(ℓ) __________________________________________________ 5 H2O2(aq) + 2 MnO4 – (aq) + 6 H + (aq) → 5 O2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H2O(ℓ) O caráter oxidante está relacionado à espécie química que tem tendência a reduzir. Portanto, quanto maior o potencial de redução, maior a facilidade de receber elétrons e, consequentemente, maior o caráter oxidan-te da espécie. ∴ Ered = +0,80 V ∴ Ered = –2,91 V 16 Volume 8 24. Você já deve ter notado a imensa diversidade de modelos e preços de pilhas e baterias disponíveis no mercado para atender a uma grande variedade de dispositivos eletrônicos encontrados no cotidiano. Relacione as colunas das pilhas e baterias comumente comercializadas e algumas de suas características. 1. Pilha comum ou seca 2. Pilha alcalina 3. Pilha de óxido de prata 4. Bateria níquel-cádmio 5. Bateria de íon lítio 6. Células combustíveis ( 5 ) É uma das melhores opções de sistemas recarregáveis. ( 4 ) Apresenta cádmio em sua composição, um metal tóxico para o meio ambiente. ( 2 ) O meio básico faz com que seu eletrodo tenha um desgaste mais lento compa- rado às pilhas comuns. ( 6 ) O hidrogênio é seu principal combustível. ( 1 ) Conhecida como pilha de Leclanché, é formada por um invólucro externo de zinco. ( 5 ) É formada por um ânodo de grafita e um cátodo de óxido de cobalto litiado. ( 2 ) O meio básico aumenta em até cinco vezes sua durabilidade. ( 4 ) O ânodo é formado por cádmio metálico (Cd); o cátodo, por óxido de níquel IV (NiO2), e o meio eletrolítico é fortemente alcalino (KOH). ( 3 ) É leve, pequena e tem grande capacidade de energia para seu tamanho. ( 3 ) O eletrodo negativo é constituído por zinco (Zn); o eletrodo positivo, por óxido de prata (Ag2O). 25. (UNICAMP – SP) Uma proposta para obter energia limpa é a utilização de dispositivos eletroquímicos que não gerem produtos poluentes, e que utilizem materiais disponíveis em grande quantidade ou renová- veis. O esquema abaixo mostra, parcialmente, um dispositivo que pode ser utilizado com essa finalidade. Nesse esquema, os círculos podem representar átomos, moléculas ou íons. De acordo com essas informações e o conhecimento de ele- troquímica, pode-se afirmar que nesse dispositivo a corrente elétrica flui de X a) A para B e o círculo • representa o íon O2–. b) B para A e o círculo • representa o íon O2+. c) B para A e o círculo • representa o íon O2–. d) A para B e o círculo • representa o íon O2+. 26. A corrosão de muitos metais, como o ferro, causa grandes prejuízos econômicos e sociais. Assim, há métodos de proteção que impedem esse tipo de deterioração. Uma forma de proteger o ferro contra a corrosão é conectá-lo ele- tricamente a um metal de sacrifício. Entre as opções apresentadas, assinale o metal mais indicado para essa finalidade. (Dado: Fe2+/Fe = –0,44 V) a) Cd2+(aq) + 2 e – → Cd(s) Eº (V) = –0,40 V b) Co2+(aq) + 2 e – → Co(s) Eº (V) = –0,28 V c) Ni2+(aq) + 2 e – → Ni(s) Eº (V) = –0,25 V d) Cu2+(aq) + 2 e – → Cu(s) Eº (V) = +0,34 V X e) Zn2+(aq) + 2 e – → Zn(s) Eº (V) = –0,76 V De acordo com o esquema, é possível verificar que em B ocorre a oxidação de H2 (H2 → 2 H + + 2 e–). Portanto, corresponde ao ânodo, de onde saem os elé- trons. Em A ocorre a redução do O2 (1/2 O2 + 2 e – → O2– ). Ou seja, correspon- de ao cátodo, eletrodo aonde chegam os elétrons. Pode-se concluir que o fluxo de elétrons é de B para A e a corrente elétrica, contrária ao fluxo, de A para B. O zinco é o único dos metais apresentados que tem potencial de redu- ção (–0,76 V) menor que o do ferro (–0,44 V). Dessa maneira, o zinco tende a se oxidar no lugar do ferro, agindo como um metal de sacrifício. 16 Processos eletroquím icos não espontâneos: eletró lise Química 17 Eletrólise é um processo eletroquímico não espontâneo de oxirredução em que a energia elétrica é convertida em energia química. Ânodo (+) e–e – Cátodo (–) Cátion (+) Ânion (–) Fonte geradora de corrente elétrica direta Representação genérica do processo eletrolítico. Cátodo (–) Ânodo (+) Redução C+ + e– → Cº Oxidação A– → e– + Aº Eletrólise ígnea e aquosa ELETRÓLISE ÍGNEA Características • A obtenção de íons ocorre na ausência de água; • a substância iônica é fundida; • é necessária a presença de eletrodos inertes e cubas eletrolíticas que resistam a elevadas temperaturas; • é um processo industrial importante para a produção de metais ativos, como sódio e alumínio. Representação da descarga por equações Na eletrólise ígnea do NaCℓ, por exemplo, os íons Na+ são atraídos pelo eletrodo negativo (cátodo), enquanto os íons Cℓ–, pelo eletrodo positivo (ânodo). Assim, os íons Na+ livres, ao receberem elétrons, formam o sódio metálico; já os íons Cℓ– perdem elétrons, produzindo gás cloro. Dissociação por fusão: 2 NaCℓ(s) Δ⎯→⎯ 2 Na + (ℓ) + 2 Cℓ – (ℓ) Semirreação catódica (–): 2 Na+(ℓ) + 2 e – → 2 Na(s) Semirreação anódica (+): 2 Cℓ–(ℓ) → Cℓ2(g) + 2 e – __________________________________________ Equação global: 2 NaCℓ(s) Δ⎯→⎯ 2 Na(s) + Cℓ2(g) Di vo . 2 01 2. D ig ita l. 18 Volume 8 ELETRÓLISE AQUOSA Características • A obtenção de íons ocorre na presença de água; • os íons livres são provenientes da ionização ou da dissociação do eletrólito e da autoionização da água; • é um processo industrial importante, pois, em geral, utiliza-se matéria-prima de baixo custo para a produção de substâncias comerciais importantes, como soda cáustica (NaOH), gás hidrogênio (H2) e gás cloro (Cℓ2). Representação da descarga por equações Para cada par de íons (positivo ou negativo), é necessário verificar qual será preferencialmente descarregado em seu respectivo eletrodo. < <H+ Demais metais (Mn2+, Zn2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+, Ag+, Hg2+, Au3+, etc.) Metais alcalinos (Li+, Na+, K+, etc.) Metais alcalinoterrosos (Be2+, Mg2+, Ca2+, etc.) Alumínio (Aℓ3+) Facilidade de descarga crescente < <OH– Ânions não oxigenados(Cℓ–, Br–, I–)Ânions oxigenados (NO–3, SO42–, CℓO–3, etc.)Fluoreto (F–) Facilidade de descarga crescente Prioridade de descarga de cátions e de ânions Dissociação do eletrólito: 2 NaCℓ(aq) → 2 Na + (aq) + 2 Cℓ – (aq) Autoionização da água: 2 H2O(ℓ) 2 H + (aq) + 2 OH – (aq) Semirreação catódica (–): 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g) Semirreação anódica (+): 2 Cℓ–(aq) → Cℓ2(g) + 2 e – _______________________________________________________ Equação global: 2 NaCℓ(aq) + 2 H2O(ℓ) → 2 Na + (aq) + 2 OH – (aq) + H2(g) + Cℓ2(g) Eletrólise com eletrodos ativos Normalmente, essa situação ocorre no ânodo, pois os metais, em geral, apresentam tendência natural ao processo de oxidação. Quando o eletrodo, constituído pelo metal, participa da reação de eletrólise, em vez de ocorrer o descarregamento do ânion livre presente na solução, o próprio metal colocado como ânodo (eletrodo positivo) perde elétrons e é corroído. Esquema da eletrólise aquosa do sulfato de cobre (CuSO4(aq)) com eletrodo ativo Aspectos quantitativos das reações eletroquímicas Lei de Faraday A quantidade de uma substância eletrolisada é diretamente pro- porcional à quantidade de carga elétrica utilizada no processo. Q = i · Δt em que: Q = quantidade de carga elétrica (coulomb) i = intensidade de corrente elétrica (ampère) Δt = tempo (segundos) Carga do elétron ≅ –1,6 · 10–19 C Constante de Faraday (F) 1 mol de elétrons (6,02 · 1023 elétrons) — 96 500 C — 1 F Atividades Química 19 Eletrólise ígnea e aquosa 1. A eletrólise é um processo químico de grande importância para a Química em geral, pois possibilita a produção de metais puros, de não metais, além de outros produtos, como soda cáustica e água oxigenada. Sobre o processo ele- trolítico, analise as afirmativas a seguir e marque V para as verdadeiras e F para as falsas. ( V ) A eletrólise converte energia elétrica em energia química, num processo não espontâneo de oxirredução. ( V ) A eletrólise ocorre em células ou em cubas eletrolíticas a partir de uma fonte externa de energia elétrica. ( F ) Na eletrólise, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação. ( F ) No ânodo, eletrodo negativo, ocorre a oxidação. ( F ) Na eletrólise, os elétrons se movem do terminal positivo (cátodo) para o negativo (ânodo). 2. O alumínio, em virtude de suas propriedades – boa resistência à corrosão, baixa densidade e elevada resistência mecânica –, éum metal muito utilizado em vários setores da sociedade, como na construção civil, nos meios de transporte, na eletroeletrônica, nas indústrias petroquímica e metalúrgica. Porém, esse metal não é encontrado na natureza em sua forma elementar (Aℓ(s)), apenas combinado com outros elementos que juntos formam minérios. In- dustrialmente, o alumínio metálico é obtido pela eletrólise ígnea da alumina – óxido de alumínio. Para esse processo eletrolítico, relacione corretamente as equações com suas respectivas etapas. ( 1 ) 2 Aℓ2O3(s) Δ⎯→⎯ 4 Aℓ 3+ (ℓ) + 6 O 2– (ℓ) ( 2 ) Semirreação anódica ( 2 ) 6 O2–(ℓ) ⎯→⎯ 3 O2(g) + 12 e – ( 1 ) Dissociação por fusão ( 3 ) 4 Aℓ3+(ℓ) + 12 e – ⎯→⎯ 4 Aℓº(s) ( 3 ) Semirreação catódica ( 4 ) 2 Aℓ2O3(s) Δ⎯→⎯ 4 Aℓ º (s) + 3 O2(g) ( 4 ) Equação global 3. O potássio, sétimo elemento químico mais abundante na crosta terrestre, foi o primeiro metal isolado por eletrólise. A maior parte do potássio está presente em minerais que são insolúveis em água, o que dificulta a produção do metal puro a partir deles. Comercialmente, pode ser obtido pela eletrólise de sais fundidos. Represente as equações envolvidas na eletrólise ígnea do cloreto de potássio (KCℓ). Dissociação por fusão: KCℓ(s) Δ⎯→⎯ K + (ℓ) + Cℓ – (ℓ) Semirreação catódica: K+(ℓ) + e – ⎯→⎯ K(s) Semirreação anódica: Cℓ–(ℓ) ⎯→⎯ 1/2 Cℓ2(g) + e – _____________________________________ Equação global: KCℓ(s) Δ⎯→⎯ K(s) + 1/2 Cℓ2(g) Na eletrólise, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução. Na eletrólise, o ânodo (eletrodo positivo) é onde ocorre a oxidação. Na eletrólise, os elétrons se movem do terminal positivo (ânodo) para o negativo (cátodo). 20 Volume 8 4. (MACKENZIE – SP) A eletrólise é uma reação química não espontânea de oxirredução provocada pela passa- gem de corrente elétrica através de um composto iôni- co fundido (eletrólise ígnea) ou em uma solução aquosa de um eletrólito (eletrólise aquosa). O processo eletro- químico ígneo é amplamente utilizado na obtenção de alumínio a partir da alumina (Aℓ2O3), que é fundida em presença de criolita (3 NaF·AℓF3), para diminuir o seu ponto de fusão. A respeito do processo de eletrólise ígnea, é incorreto afirmar que a) a equação global do processo de obtenção do alu- mínio é 2 Aℓ2O3 → 4 Aℓº + 3 O2. b) a semirreação Aℓ3+ + 3 e– → Aℓº ocorre no cátodo da célula eletrolítica. X c) no ânodo ocorre o processo de redução. d) há um elevado consumo de energia na realização desse processo. e) os eletrodos mais utilizados são os de grafita e platina. 5. A preparação industrial da soda cáustica (NaOH) ocorre pela eletrólise do cloreto de sódio em solução aquosa. Em relação a esse processo eletrolítico, responda: a) qual é a semirreação catódica? 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g) b) qual é a semirreação anódica? 2 Cℓ–(aq) → Cℓ2(g) + 2 e – c) qual é a equação global dessa eletrólise? 2 NaCℓ(aq) + 2 H2O(ℓ) → 2 Na + (aq) + 2 OH – (aq) + H2(g) + Cℓ2(g) d) qual é o caráter da solução – ácido, básico ou neu- tro? Justifique. A solução final é básica, devido à presença de hidróxido de sódio na solução (2 Na+(aq) + 2 OH – (aq)). 6. (UNICAMP – SP) O uso mais popular do cloreto de sódio é na cozinha, onde é utilizado para acrescentar sabor a uma infinidade de alimentos e também como conservan- te e material de limpeza. É na indústria química, no entan- to, que ele é mais consumido. São inúmeros os processos que fazem uso de produtos do processamento desse sal. O uso industrial do cloreto de sódio se dá principalmente no processo de obtenção de alguns importantes produ- tos de sua eletrólise em meio aquoso. Simplificadamente, esse processo é feito pela passagem de uma corrente elétrica em uma solução aquosa desse sal. Pode-se afir- mar que, a partir desse processo, seriam obtidos: a) gás hidrogênio, gás oxigênio e ácido clorídrico. b) gás hidrogênio, gás cloro e ácido clorídrico. X c) gás hidrogênio, gás cloro e hidróxido de sódio em solução. d) gás hidrogênio, gás oxigênio e hidróxido de sódio em solução. 7. (MACKENZIE – SP) O fluoreto de sódio é um sal inor- gânico derivado do fluoreto de hidrogênio, usado na prevenção de cáries, na fabricação de defensivos agrí- colas e pastas de dentes. Nessa última aplicação, esse sal inibe a desmineralização dos dentes, prevenindo, por isso, as cáries. Em condições e cuidados adequa- dos para tal, foram realizadas as eletrólises ígnea e aquosa dessa substância, resultando em uma série de informações, as quais constam da tabela a seguir: Eletrólise ígnea Eletrólise aquosa Descarga do ânodo íon F– íon OH– Substância produzida no ânodo gás flúor vapor-d'água Descarga no cátodo íon Na+ íon H+ Substância produzida no cátodo sódio metálico gás hidrogênio 4. c) Incorreta. No ânodo, eletrodo positivo, ocorre o processo de oxidação. Semirreação anódica: 6 O2–(ℓ) → 3 O2(g) + 12 e – 6. Dissociação do eletrólito: 2 NaCℓ(aq) → 2 Na + (aq) + 2 Cℓ – (aq) Autoionização da água: 2 H2O(ℓ) 2 H + (aq) + 2 OH – (aq) Semirreação catódica (–): 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g) Semirreação anódica (+): 2 Cℓ–(aq) → Cℓ2(g) + 2 e – I. Correta. No eletrodo 1, ânodo (polo +), ocorre a oxidação dos íons Cℓ–(aq) com a produção de gás cloro, conforme a equação: 2 Cℓ–(ℓ) → Cℓ2(g) + 2 e –. II. Correta. No eletrodo 2, cátodo (polo –), ocorre a redução dos íons H+ com a produção de gás hidrogênio, conforme a equação: 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g). Como os íons OH –, provenientes da autoionização da água, continuam em so- lução, o indicador fenolftaleína adquire coloração rosada. III. Incorreta. No eletrodo 1, ânodo (polo +), ocorre a oxida- ção dos íons Cℓ–(aq). 8. Na eletrólise, o polo negativo é o cátodo – eletrodo onde ocorre a redução. C + 2 O2 – → CO2 + 4 e – (x 3/4) ∴ 3/4 C + 3/2 O2 – → 3/4 CO2 + 3 e – Aℓ3+ + 3 e– → Aℓ Química 21 7. • Eletrólise ígnea Catódo: 2 Na+(ℓ) + 2 e – → 2 Naº(s) (sódio metálico) Ânodo: 2 F–(ℓ) → F2(g) + 2 e – (gás flúor) • Eletrólise aquosa Catódo: 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g) (gás hidrogênio) Ânodo: 2 OH–(aq) → H2O(ℓ) + 1/2 O2(g) + 2 e – (gás oxigênio) De acordo com seus conhecimentos eletroquímicos, pode-se afirmar que, na tabela preenchida com infor- mações dos processos eletrolíticos, a) não há informações incorretas. b) todas as informações estão incorretas. X c) há apenas uma informação incorreta. d) há duas informações incorretas. e) há três informações incorretas. 8. (FGV – SP) O Brasil é o sexto principal país produtor de alumínio. Sua produção é feita a partir da bauxita, mineral que apresenta o óxido Aℓ2O3. Após o proces- samento químico da bauxita, o óxido é transferido para uma cuba eletrolítica na qual o alumínio é obtido por processo de eletrólise ígnea. Os eletrodos da cuba ele- trolítica são as suas paredes de aço, polo negativo, e barras de carbono, polo positivo. O processo ocorre em alta temperatura, de forma que o óxido se funde e seus íons se dissociam. O alumínio metálico é formado e escoado na forma líquida. As se- mirreações que ocorrem na cuba eletrolítica são Polo + C + 2 O2– → CO2 + 4 e – Polo – Aℓ3+ + 3 e– → Aℓ A quantidade em mols de CO2 que se forma para cada um mol de Aℓ e o polo negativo da cuba eletrolítica são respectivamente a) 4/3 e ânodo, onde ocorre a redução. b) 3/4 e ânodo, onde ocorre a oxidação. c) 4/3 e cátodo, onde ocorre a redução. X d) 3/4 e cátodo, onde ocorre a redução. e) 3/4 e cátodo, onde ocorre a oxidação. 9. (IBMEC – RJ) Um experimento de eletrólise foi apresen- tado por um estudante na feira de ciências da escola. O esquema foi apresentado como a figura abaixo: O estudante listou três observações que realizou em sua experiência: I. Houve liberação de gás cloro no eletrodo 1. II. Formou-se uma coloração rosada na solução próxi- ma ao eletrodo 2 quando se adicionaram gotas de fenolftaleína. III. Ocorreu uma reação de redução do cloro no eletro- do 1. Assinale aalternativa que indica as observações corre- tas quanto à experiência: a) I e III b) II X c) I e II d) I, II e III e) III 10. (UPF – RS) O uso de cloro na desinfecção de águas foi iniciado com a aplicação do hipoclorito de sódio (NaCℓO(aq)) e, primeiramente, era empregado somente em casos de epidemias. A partir de 1902, a cloração foi adotada de maneira contínua na Bélgica, e, a partir de 1909, passou a ser utilizado o gás cloro (Cℓ2(g)), ar- mazenado em cilindros revestidos com chumbo. O gás cloro (Cℓ2(g)) pode ser obtido por dois processos de ele- trólise: eletrólise da água do mar ou de uma salmoura e eletrólise ígnea de cloreto de sódio fundido. Na+(ℓ) + e – → Na(ℓ) E º red = –2,71 V Cℓ2(g) + 2 e –→ 2 Cℓ–(aq) E º red = –1,36 V Considerando os processos de eletrólise e as substân- cias químicas relacionadas no quadro acima, analise as afirmativas e assinale a correta. 22 Volume 8 a) Eletrólise é um processo de oxirredução espontâneo no qual ocorre conversão de energia química em energia elétrica. b) A substância química NaCℓ(s) conduz a corrente elétrica, mesmo no estado sólido, pois apresenta íons em sua estrutura cristalina. c) A decomposição do cloreto de sódio é um processo espontâneo e sua reação pode ser descrita como: 2 NaCℓ(ℓ) → 2 Na(ℓ) + Cℓ2(g), sendo o potencial da célula negativo. d) Para o preparo de 1 L de uma solução de NaCℓO(aq) com concentração em quantidade de matéria de 0,6 mol L–1 , devem ser dissolvidos 4,466 g do soluto. X e) No processo de eletrólise do NaCℓ(ℓ), ocorre redução no compartimento do cátodo, sendo este ligado ao polo negativo. 11. (UNESP – SP) O silício metalúrgico, purificado até atingir 99,99% de pureza, é conhe- cido como silício eletrônico. Quando cortado em fatias finas, recobertas com cobre por um processo eletrolítico e montadas de maneira interco- nectada, o silício eletrônico transforma-se em microchips. A figura reproduz uma das últimas etapas da preparação de um microchip. As fatias de silício são colocadas numa solução de sulfato de cobre. Nesse processo, íons de cobre deslocam-se para a superfície da fatia (cá- todo), aumentando a sua condutividade elétrica. (http://umumble.com. Adaptado.) O processo de recobrimento das fatias de silício é conhecido como a) eletrocoagulação b) eletrólise ígnea c) eletrodeformação X d) galvanoplastia e) anodização 12. O que é cobre e qual sua principal utilização? [...] Mesmo possuindo diversas propriedades importantes, nem sempre vemos o cobre em nosso dia a dia, mas uma de suas principais utilizações (porque ele é tão usado que fica difí- cil dizer onde não é importante) está a nossa volta e nos traz benefícios inigualáveis: condução de energia elétrica. Isso mesmo. O cobre está presente nos fios de rede elétrica que vemos na rua. Mas porque a cor diferenciada? Pois os fios são revestidos de outro material para que se torne segura a utili- zação do cobre e sejam evitados acidentes diversos, já que ele pode propagar calor e energia facilmente. [...] ALVES, Fábio. O que é Cobre e qual sua principal utilização. Disponível em: <http://www.industriahoje.com.br/o-que-e-cobre-e-qual-sua- principal-utilizacao>. Acesso em: 6 jan. 2016. O processo citado corresponde à galvanoplastia, que consiste no revestimento de peças com determinado metal por meio de eletrólise. Nesse caso, as fatias de silício estão sendo recobertas pelo metal cobre. © Sh ut te rs to ck /L ov e Si lh ou et te a) Incorreta. Eletrólise é um processo de oxirredução não espontâneo no qual ocorre conversão de energia elétrica em energia química. b) Incorreta. Para uma substância conduzir corrente elétrica, é necessária a presença de cargas (íons) em movi- mento. No estado sólido, os íons estão unidos no retículo cristalino, por isso a substância não conduz eletricidade. c) Incorreta. A eletrólise é um processo não espontâneo com ΔE < 0. d) Incorreta. 1 mol de NaCℓO — 74,5 g 0,6 mol de NaCℓO — x x = 44,7 g Química 23 O cobre usado para a fabricação de fios elétricos deve ter uma pureza muito elevada, pois a presença de impurezas pode diminuir significativamente sua capacidade para a condução de corrente elétrica. Dessa forma, para garantir a condutividade elétrica do metal, os fios de cobre são purificados com o auxílio da eletrólise com eletrodos ativos. Sobre a eletrólise de uma solução aquosa de sulfato de cobre (CuSO4) com ânodo de cobre ativo, assinale a alternativa correta. a) A semirreação catódica é representada pela equação 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g). b) O cobre do ânodo, ao sofrer redução, produz íons cobre (Cu2+(aq)). c) No cátodo, os íons cobre (Cu2+(aq)) se oxidam a cobre metálico. X d) A semirreação anódica é representada pela equação: Cu(s) → Cu 2+ (aq) + 2 e –. e) O ânodo, eletrodo positivo, é uma placa de cobre puro. 13. Galvanização e outros processos [...] A galvanoplastia é um processo químico ou eletroquímico de deposição de uma fina camada de um metal sobre uma superfície, que pode ser metálica ou não. O objetivo deste processo é embelezar as peças, e também protegê-las contra a corrosão, aumentar sua durabilidade, melhorar as proprieda- des superficiais e características de resistência, espessura, condutividade e capacidade de estampar. A galvanoplastia é aplicada em vários ramos da atividade econômica: na indústria automobilística, na indústria de bijuterias, na construção civil, na indústria de utensílios domésticos, na informática, na indústria de telefonia e na recuperação de objetos decorativos. Para ganhar uma camada externa metálica, as peças são submetidas a um ou mais banhos, que podem ser de cromo, níquel, ouro, prata, cobre, zinco ou estanho. [...] Disponível em: <http://www.crq4.org.br/quimicavivatratamento_de_superficies>. Acesso em: 7 jan. 2016. Considere o processo de galvanização de uma chave: + – C R O M A Ç Ã O Cr 2 (SO 4 ) 3(aq) Com base nas informações, assinale V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas: ( F ) O ânodo, eletrodo positivo, é constituído pela chave. ( V ) No cátodo, ocorre a redução do cátion Cr3+(aq) com deposição de cromo metálico sobre a chave. ( V ) Há transporte de elétrons do ânodo (polo positivo) para o cátodo (polo negativo). ( V ) Átomos de cromo metálico, no ânodo, se transformam em íons Cr3+(aq), que passam para a solução. ( F ) No polo negativo, ocorre a reação: Crº(s) → Cr 3+ (aq) + 3 e –. 12. a) Incorreta. A semirreação catódica é representada pela equação: Cu2+(aq) + 2 e – → Cu(s). b) Incorreta. No ânodo, o cobre se oxida a íons cobre (Cu2+(aq)). c) Incorreta. Os íons cobre (Cu2+(aq)), no cátodo, se reduzem a cobre metálico. e) Incorreta. O ânodo, eletrodo positivo, é uma placa de cobre metalúrgico que será purificado. O ânodo, eletrodo positivo, é constituído de uma placa de cromo. Semirreação catódica (–): Cr3+(aq) + 3 e – → Cr(s) No cátodo, polo negativo, ocorre a reação: Cr3+(aq) + 3 e – → Crº(s). 24 Volume 8 14. As relações quantitativas entre a energia elétrica e as quantidades das substâncias nas eletrólises foram es- tabelecidas por Michael Faraday (1791-1869). Julgue os itens a seguir em relação a esse assunto e assinale V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas. ( V ) Por meio de um grande número de experimentos, Faraday chegou à conclusão de que a massa de uma substância, formada ou transformada durante a eletrólise, é diretamente proporcional à quantida- de de carga elétrica (Q) que atravessa o sistema de um eletrodo a outro. ( F ) A quantidade de eletricidade transportada por um mol de elétrons é chamada faraday e é igual a aproximadamente 1,6 · 10–19 C. ( F ) O quociente 96 500 6 02 10 1 23 1 C mol mol ⋅ ⋅ − −, corresponde ao va- lor da carga de um próton. ( V ) Conhecendo-se a intensidade de corrente e o tempo de funcionamento do dispositivo durante a eletrólise, pode-se determinar a carga elétrica queatravessou o circuito. 15. A magnesita é uma matéria-prima nobre, largamente utilizada na obtenção de magné- sio metálico. [...] com um campo de aplicação bastante diversificado, tendo na indústria de refratário a sua principal área de concentração. É considerada, em geral, de interesse econô- mico quando o teor mínimo de MgO na base calcinada atinge patamar de 65%, além, na- turalmente, de outras exigências relativas à sílica, ferro, cal e alumina que não devem ex- ceder, em média, a faixa de 2,5% a 3,0%. [...] COSTA, A. C. M; CORREIA, D. M. B. Magnesita. Disponível em: <https://sistemas.dnpm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp?ID BancoArquivoArquivo=3996>. Acesso em: 7 jan. 2016. Outras fontes não menos importantes para a obtenção de magnésio são as olivinas e salmouras provenientes de lagos salgados e da própria água do mar. Ao passar uma carga elétrica de 2 A durante 9 650 segundos na eletrólise ígnea do cloreto de magnésio, pode-se afir- mar que: (Dados: MMg = 24 g/mol e MCℓ = 35,5 g/mol) a) foram produzidos 24 g de magnésio metálico e 35,5 g de gás cloro. b) foram produzidos 24 g de magnésio metálico e 71 g de gás cloro. X c) foram produzidos 2,4 g de magnésio metálico e 7,1 g de gás cloro. d) foram produzidos 4,8 g de magnésio metálico e 7,1 g de gás cloro. e) foram produzidos 48 g de magnésio metálico e 71 g de gás cloro. Q = i · Δt Q = 2 · 9 650 Q = 19 300 C Mg2+ + 2 e – → Mg(s) 2 mol de e– 1 mol de Mg 2 · 96 500 C — 24 g 19 300 C — x x = 2,4 g de Mg(s) 2 Cℓ– → Cℓ2(g) + 2 e – 1 mol de Cℓ2 2 mol de e – 71 g — 2 · 96 500 C x — 19 300 C x = 7,1 g de Cℓ2(g) 16. Uma célula eletroquímica contém uma solução de clo- reto de ouro III (AuCℓ3). Durante 30 minutos, uma cor- rente elétrica de 5 A atravessa essa solução. Determine a massa de ouro depositada no cátodo. (Dado: MAu = 197 g/mol) Q = i · Δt Q = 5 · 1 800 Q = 9 000 C Au3+ + 3 e– → Auº 3 mol de e– 1 mol de Au 3 · 96 500 C — 197 g 9 000 C — x x ≅ 6,12 g de Au Aspectos quantitativos das reações eletroquímicas 14. ( F ) A quantidade de eletricidade transportada por um mol de elétrons é chamada faraday e é igual a aproximadamente 96 500 C. ( F ) A relação entre a constante de Faraday e 1 mol de elétrons corresponde ao valor da carga de um elétron. ( V ) Multiplicando a intensidade de corrente elétrica (i) pelo tempo (Δt), obtém-se a quantidade de carga elétrica: Q = i · Δt. Química 25 17. Uma indústria de eletrodeposição depositou 29,5 g de níquel em uma peça metálica. Para isso, foram utiliza- das uma solução de sulfato de níquel II e uma corrente elétrica igual a 1 930 A. Em relação a esse revestimen- to, calcule: (Dado: MNi = 59 g/mol) a) a quantidade de carga elétrica envolvida. Ni2+ + 2 e– → Ni(s) 2 mol de e– 1 mol de Ni 2 · 96 500 C — 59 g x — 29,5 g x = 96 500 C b) o tempo de eletrólise necessário para depositar a massa de níquel. Q = i · Δt 96 500 = 1 930 · Δt Δt = 50 s 18. Fontes de hidrogênio A água deverá ser uma das principais fon- tes de hidrogênio no futuro. Companhias de energia no Brasil estão começando a pesquisar a viabilidade econômica de se produzir hidro- gênio a partir da água utilizando os reservató- rios das grandes usinas hidrelétricas brasilei- ras. A ideia é produzir durante a madrugada, período em que a demanda por energia é baixa e de menor custo. Para extrair o hidrogênio da molécula de água (H2O), utiliza-se o método por eletró- lise. A eletrólise faz uso da eletricidade para romper a água em átomos de hidrogênio e oxigênio, passando por ela uma corrente elétrica. Este processo existe há mais de 100 anos. Seu funcionamento consiste de dois ele- trodos, um negativo (ânodo) e outro positivo (cátodo) que são submersos em água pura, à qual se deu maior condutibilidade pela apli- cação de um eletrólito, tal como um sal, me- lhorando a eficiência do processo. [...] Disponível em: <http://ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/ celula_combustivel/fontes_de_hidrogenio.html>. Acesso em: 7 jan. 2015. Com base nessas informações, assinale a alternativa correta. a) Durante a eletrólise da água, além do gás hidrogê- nio, é produzido gás oxigênio no cátodo. b) A semirreação que se processa no cátodo pode ser representada pela equação: H2(g) → 2 H + + 2 e–. c) Ao aplicar uma corrente de 5 A durante 3 860 se- gundos, é produzido 1 mol de H2. d) Para produzir 1 mol de H2, são necessários 96 500 C. X e) Para cada mol de gás oxigênio produzido no ânodo, formam-se 2 mols de gás hidrogênio no cátodo. a) Incorreta. Na eletrólise da água, é formado gás hidrogênio no cátodo e gás oxigênio no ânodo, con- forme as semirreações: 2 H+ + 2 e– → H2(g) 2 OH–(aq) → H2O(ℓ) + 1/2 O2(g) + 2 e – b) Incorreta. No cátodo, ocorre a redução do íon H+ proveniente da água, conforme representado pela semirreação: 2 H+ + 2 e– → H2(g). c) Incorreta. Q = i · Δt Q = 5 · 3 860 Q = 19 300 C 2 H+ + 2 e– → H2(g) 2 mol de e– 1 mol de H2 2 · 96 500 C — 1 mol de H2 19 300 C — x x = 0,1 mol de H2 d) Incorreta. Para produzir 1 mol de H2, são necessá- rios 2 · 96 500 C. e) Correta. 2 H+(aq) + 2 e – → H2(g) 2 OH–(aq) → H2O(ℓ) + 1/2 O2(g) + 2 e – ________________________________ 2 H+(aq) + 2 OH – (aq) → H2(g) + 1/2 O2(g) + H2O(ℓ) 1 mol de H2 — 0,5 mol de O2 x — 1 mol de O2 x = 2 mols de H2 26 Volume 8 19. (PUCPR) Baterias são dispositivos capazes de transfor- mar energia química em energia elétrica por meio de reações eletroquímicas. Atualmente, com o avanço na produção e consumo de equipamentos portáteis, um dos grandes desafios é fazer com que as baterias con- sigam acompanhar as novas tecnologias, tornando-se cada vez menores e apresentando um tempo maior de duração de descarga, além de aumentar, também, o número de ciclos de utilização. Neste panorama, as baterias de íon lítio representam o que temos de mais moderno, pois conseguem combinar alta performance com baixo peso. Supondo que um smartphone apresente um consumo de 50 mA de energia e funcione por um período de tempo de 3 860 segundos, qual a massa de íon de lítio que participou das reações eletroquímicas envol- vidas? Dado: Constante de Faraday = 96 500 C · mol–1. a) 7,0 · 10–2 g d) 7,0 ∙ 10–1 g b) 1,4 ∙ 10–1 g e) 2,8 ∙ 10–2 g X c) 1,4 ∙ 10–2 g i = 50 mA = 0,05 A Δt = 3 860 s Q = i · Δt Q = 0,05 · 3 860 Q = 193 C Li+ + 1 e– → Li 1 mol de Li+ 1 mol de e– 7 g de Li+ — 96 500 C x — 193 C x = 0,014 = 1,4 · 10–2 g de Li + 20. (UEPA) Um artesão de joias utiliza resíduos de peças de ouro para fazer novos modelos. O procedimento empre- gado pelo artesão é um processo eletrolítico para recu- peração desse tipo de metal. Supondo que este artesão, trabalhando com resíduos de peças de ouro, solubiliza- dos em solventes adequados, formando uma solução contendo íons Au3+, utilizou uma cuba eletrolítica na qual aplicou uma corrente elétrica de 10 A por 482,5 minutos, obtendo como resultado ouro purificado. (Dados: Au = 197 g/mol; constante de Faraday = 96 500 C/mol) O resultado obtido foi: a) 0,197 gramas de Au b) 1,97 gramas de Au c) 3,28 gramas de Au X d) 197 gramas de Au e) 591 gramas de Au Δt = 482,5 min = 28 950 s Q = i · Δt Q = 10 · 28 950 Q = 289 500 C Au3+(aq) + 3 e– → Au(s) 3 mol de e– 1 mol de Au 3 ∙ 96 500 C — 197 g 289 500 C — x x = 197 g de Au 21. (UECE) Duas células galvânicas ligadas em série contêm, respectivamente, íons Cu2+ e Au3+. No cátodo da primei- ra são depositados 0,0686 g de cobre. A massa de ouro que será depositada, ao mesmo tempo, no cátodo da outra célula, em gramas, será, aproximadamente, X a) 0,140 c) 0,430 b) 0,280 d) 0,520 Cu2+ + 2 e– → Cu 2 mol de e– 1 mol de Cu 2 · 96 500 C — 63,5g x — 0,0686 g x ≅ 208,5 C Au3+ + 3 e– → Au 3 mol de e– 1 mol de Au 3 ∙ 96 500 C — 197 g 208, 5 C — x x ≅ 0,140 g Química 27 22. (UERN) Para cromar uma chave, foi necessário montar uma célula eletrolítica contendo uma solução aquosa de íon de cromo (Cr2+) e passar pela célula uma corrente elétrica de 15,2 A. Para que seja depositada na chave uma camada de cromo de massa igual a 0,52 grama, o tempo, em minutos, gasto foi de, aproximadamente: (Considere a massa atômica do Cr = 52 g/mol) a) 1 c) 63 X b) 2 d) 127 Cr2+ + 2 e– → Cr 2 mol de e– 1 mol de Cr 2 · 96 500 C — 52 g x — 0,52 g x = 1 930 C Q = i · Δt 1 930 = 15,2 · Δt Δt ≅ 126,97 s ≅ 2 min 23. (EsPCEx-Aman – RJ) Algumas peças de motocicletas, bicicletas e automóveis são cromadas. Uma peça au- tomotiva recebeu um “banho de cromo”, cujo proces- so denominado cromagem consiste na deposição de uma camada de cromo metálico sobre a superfície da peça. Sabe-se que a cuba eletrolítica empregada nesse processo (conforme a figura abaixo), é composta pela peça automotiva ligada ao cátodo (polo negativo), um eletrodo inerte ligado ao ânodo e uma solução aquosa de 1 mol · L–1 de CrCℓ3. Supondo que a solução esteja completamente disso- ciada e que o processo eletrolítico durou 96,5 min sob uma corrente de 2 A, a massa de cromo depositada nessa peça foi de Dados: massas atômicas Cr = 52 u e Cℓ = 35,5 u. 1 Faraday = 96 500 C/mol de e– a) 0,19 g X d) 2,08 g b) 0,45 g e) 5,40 g c) 1,00 g Δt = 96,5 min = 5 790 s Q = i · Δt Q = 2 · 5 790 Q = 11 580 C Cr3+ + 3 e– → Cr 3 mol de e– 1 mol de Cr 3 ∙ 96 500 C — 52 g 11 580 C — x x = 2,08 g de Cr 24. (MACKENZIE – SP) Utilizando eletrodos inertes, foram submetidas a uma eletrólise aquosa em série, duas so- luções aquosas de nitrato, uma de níquel (II) e outra de um metal Z, cuja carga catiônica é desconhecida. Após, 1 hora, 20 minutos e 25 segundos, utilizando uma cor- rente de 10 A, foram obtidos 14,500 g de níquel (II) e 25,875 g do metal Z. Dados: massas molares (g/mol) Ni = 58 e Z = 207 1 Faraday = 96 500 C De acordo com essas informações, é correto afirmar que a carga iônica do elemento químico Z é igual a a) +1 X d) +4 b) +2 e) +5 c) +3 Δt = 1 hora, 20 minutos e 25 segundos = 4 825 s Q = i · Δt Q = 10 ∙ 4 825 = 48 250 C Zx+ + x e– → Z x mol de e– 1 mol de Z x ∙ 96 500 C — 207 g 48 250 C — 25,875 g x = 4 mol de e– ∴ carga do metal Z é igual a +4 28 Volume 8 25. (EsPCEx-Aman – RJ) Duas cubas eletrolíticas distintas, uma contendo eletrodos de níquel (Ni) e solução aquo- sa de NiSO4 e outra contendo eletrodos de prata (Ag) e solução aquosa de AgNO3, estão ligadas em série, conforme mostra a figura a seguir. Dados: Constante de Faraday = 96 500 Coulomb/mol de elétrons Massa molar do níquel = 59 g/mol Massa molar da prata = 108 g/mol Esse conjunto de cubas em série é ligado a uma bateria durante um certo intervalo de tempo, sendo observado um incremento de 54 g de massa de prata em um dos eletrodos de prata. Desse modo, o incremento da mas- sa de níquel em um dos eletrodos de níquel é de a) 59,32 g d) 13,89 g b) 36,25 g e) 12,45 g X c) 14,75 g Cubas ligadas em série apresentam a mesma corrente elétrica num mesmo intervalo de tempo. Ag+ + 1 e– → Agº 1 mol de e– 1 mol de Ag 96 500 C — 108 g x — 54 g x = 48 250 C Ni2+ + 2 e– → Niº 2 mol de e– 1 mol de Ni 2 · 96 500 C — 59 g 48 250 C — x x = 14,75 g de Ni Semirreação de redução Potencial de redução Eoredução (V) Li+(aq) + e – Li(s) –3,04 K+(aq) + e – K(s) –2,93 Rb+(aq) + e – Rb(s) –2,98 Cs+(aq) + e – Cs(s) –3,03 Ba2+(aq) + 2 e – Ba(s) –2,91 Sr2+(aq) + 2 e – Sr(s) –2,90 Ca2+(aq) + 2 e – Ca(s) –3,80 Na+(aq) + e – Na(s) –2,71 Mg2+(aq) + 2 e – Mg(s) –2,37 Aℓ3+(aq) + 3 e – Aℓ(s) –1,66 Mn2+(aq) + 2 e – Mn(s) –1,18 Zn2+(aq) + 2 e – Zn(s) –0,76 Fe2+(aq) + 2 e – Fe(s) –0, 45 Co2+(aq) + 2 e – Co(s) –0,28 Ni2+(aq) + 2 e – Ni(s) –0,26 Sn2+(aq) + 2 e – Sn(s) –0,14 Pb2+(aq) + 2 e – Pb(s) –0,13 2 H+(aq) + 2 e – H2(g) 0,00 Cu2+(aq) + 2 e – Cu(s) +0,34 Ag+(aq) + e – Ag(s) +0,80 Pt2+(aq) + 2 e – Pt(s) +1,18 Au+(aq) + e – Au(s) +1,69 Fonte: LIDE, David R. Handbook of Chemistry and Physics. 84 ed. Boca Raton: Florida; CRC Press, 2003. p. 1 218. Potenciais-padrão de redução em solução aquosa a 25 ºC
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