3 Lista 1 de Fiquim III - pilhas-questoes_analitica

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Lista 1 de Fisico-química III – Prof Makoto – UNICSUL-SM – 2020/2 
 
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1. (Ufrrj 2008) "O que é feito com as baterias usadas de celular? 
Quase nada - cerca de 1 % - vai para a reciclagem, graças aos poucos consumidores que 
depositam as baterias usadas nos escassos postos de coleta apropriados." 
 HAKIME, Raphael. Lixo telefônico. In: "Revista Superinteressante", edição 243, 
setembro, 2007. 
 
A qualidade de vida das futuras gerações depende de cuidados que as pessoas devem ter no 
presente. Um exemplo é a forma como são descartadas as pilhas e baterias. As baterias de 
celulares são pilhas de níquel-cádmio, que são muito fáceis de serem recarregadas. O ânodo 
desta pilha é constituído de cádmio metálico (Cd), o cátodo apresenta óxido de níquel IV (NiO2) 
e o eletrólito é uma solução de hidróxido de potássio (KOH). 
Dados: 
Cd(OH)2 (s) + 2e- ⎯⎯→⎯⎯ Cd(s) + 2OH
-(aq) 
NiO2(s) + 2H2O + 2e- ⎯⎯→⎯⎯ Ni(OH)2 (s) + 2OH
-(aq) 
 
a) Quais são os agentes redutor e oxidante existentes nessa pilha? 
b) Qual é a reação global dessa pilha? 
 
2. (Ufrrj 2007) Em 1866, Geoge Lenclanché inventou a pilha seca (pilha comum) que é 
atualmente utilizada em brinquedos, relógios, lanternas etc. 
As pilhas alcalinas são mais utilizadas, hoje em dia, devido ao seu rendimento ser de cinco a 
oito vezes maior que a pilha comum. 
 
 
Na pilha alcalina de níquel-cádmio, ocorrem as seguintes reações: 
Cd(s) + 2OH-(aq) →Cd(OH)2(aq) + 2e-. 
NiO2(aq) + 2H2O(ℓ) + 2e- →Ni(OH)2(aq) + 2OH-(aq) 
A partir das equações da pilha de níquel-cádmio, escreva a equação global e identifique a 
reação anódica. 
 
 
3. (Ufal 2006) A reação que ocorre em um acumulador de chumbo (3 pilhas ou 6 pilhas ligadas 
em série) no processo de descarga é representada por: 
 
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2 S
2
4O
− → 2 Pb SO4 (s) + 2H2O(ℓ) 
 
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Com a associação de três pilhas resulta uma força eletromotriz (f.e.m.) de 6 volts. 
 
a) Dê as equações das reações que ocorrem em cada eletrodo, na descarga. 
b) Indique os polos negativo e positivo. 
c) Faca um esboço da associação em série dessas três pilhas, indicando a F.E.M. de cada 
pilha. 
d) Dê a equação da reação que ocorre no processo de recarga do acumulador. 
 
4. (Fuvest 2006) Constroi-se uma pilha formada por: 
- um eletrodo, constituído de uma placa de prata metálica, mergulhada em uma solução 
aquosa de nitrato de prata de concentração 0,1 mol / L. 
- outro eletrodo, constituído de uma placa de prata metálica, recoberta de cloreto de prata 
sólido, imersa em uma solução aquosa de cloreto de sódio de concentração 0,1 mol / L. 
- uma ponte salina de nitrato de potássio aquoso, conectando esses dois eletrodos. Constrói-se 
outra pilha, semelhante à primeira, apenas substituindo-se AgCℓ (s) por AgBr (s) e NaCℓ (aq, 
0,1 mol/L) por NaBr (aq, 0,1 mol / L). Em ambas as pilhas, quando o circuito elétrico é fechado, 
ocorre produção de energia. 
a) Dê a equação global da reação da primeira pilha. Justifique o sentido em que a 
transformação se dá. 
b) Dê a equação da semi-reação que ocorre no polo positivo da primeira pilha. 
c) Qual das pilhas tem maior força eletromotriz? Justifique sua resposta com base nas 
concentrações iônicas iniciais presentes na montagem dessas pilhas e na tendência de a 
reação da pilha atingir o equilíbrio. Para a primeira pilha, as equações das semi-reações de 
redução, em meio aquoso, são: 
Ag+ (aq) + e- → Ag(s) 
AgCℓ(s) + e- → Ag(s) + Cℓ-(aq) 
Produtos de solubilidade: 
AgCℓ = 1,8 × 10-10; 
AgBr = 5,4 × 10-13. 
 
5. (Unicamp 2005) Câmeras fotográficas, celulares e computadores, todos veículos de 
comunicação, têm algo em comum: pilhas (baterias). Uma boa pilha deve ser econômica, 
estável, segura e leve. A pilha perfeita ainda não existe. 
Simplificadamente, pode-se considerar que uma pilha seja constituída por dois eletrodos, 
sendo um deles o ânodo, formado por um metal facilmente oxidável, como ilustrado pela 
equação envolvendo o par íon / metal: 
 
 M = Mn+ + n e- 
 
A capacidade eletroquímica de um eletrodo é definida como a quantidade teórica de carga 
elétrica produzida por grama de material consumido. A tabela a seguir mostra o potencial 
padrão de redução de cinco metais que poderiam ser utilizados, como anodos, em pilhas: 
 
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a) Considere para todas as possíveis pilhas que: o catodo seja sempre o mesmo, a carga total 
seja fixada num mesmo valor e que a prioridade seja dada para o peso da pilha. Qual seria o 
metal escolhido como ânodo? Justifique. 
b) Considerando-se um mesmo catodo, qual seria o metal escolhido como anodo, se o 
potencial da pilha deve ser o mais elevado possível? Justifique. 
 
6. (Unesp 2005) Pilhas recarregáveis, também denominadas células secundárias, substituem, 
com vantagens para o meio ambiente, as pilhas comuns descartáveis. Um exemplo comercial 
são as pilhas de níquel-cádmio (Nicad), nas quais, para a produção de energia elétrica, 
ocorrem os seguintes processos: 
 
I. O cádmio metálico, imerso em uma pasta básica contendo íons OH- (aq), reage produzindo 
hidróxido de cádmio (II), um composto insolúvel. 
II. O hidróxido de níquel (III) reage produzindo hidróxido de níquel (II), ambos insolúveis e 
imersos numa pasta básica contendo íons OH- (aq). 
 
a) Escreva a semi-reação que ocorre no ânodo de uma pilha de Nicad. 
b) Uma TV portátil funciona adequadamente quando as pilhas instaladas fornecem uma 
diferença de potencial entre 12,0 e 14,0 V. Sabendo-se que E0 (Cd2+, Cd) = - 0,81 V e E0 (Ni3+, 
Ni2+) = + 0,49 V, nas condições de operação descritas, calcule a diferença de potencial em uma 
pilha de níquel-cádmio e a quantidade de pilhas, associadas em série, necessárias para que a 
TV funcione adequadamente. 
 
7. (Unesp 2003) As baterias dos automóveis são cheias com solução aquosa de ácido 
sulfúrico. Sabendo-se que essa solução contém 38% de ácido sulfúrico em massa e densidade 
igual a 1,29g/cm3, pergunta-se: 
 
a) Qual é a concentração do ácido sulfúrico em mol por litro [massa molar do H2SO4 = 98 
g/mol]? 
b) Uma bateria é formada pela ligação em série de 6 pilhas eletroquímicas internas, onde 
ocorrem as semireações representadas a seguir: 
 
polo negativo (-): 
Pb + SO4 → PbSO4 + 2e- 
E = +0,34 V 
 
polo positivo (+): 
PbSO4 + 2H2O → PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- 
E = -1,66V 
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Qual a diferença de potencial (voltagem) dessa bateria? 
 
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: 
Um experimento utilizado no estudo de eletroquímica consiste em empilhar uma placa de cobre 
e uma placa de zinco, e duas placas de feltro, uma embebida em solução padrão de sulfato de 
cobre, e outra em solução padrão de sulfato de zinco. Esse experimento tem o objetivo de 
produzir energia para acender uma lâmpada de baixa voltagem. 
 
Potenciais padrão de redução 
 
Cu+2/Cu0 E0= + 0,34 V 
Zn+2/Zn0 E0= - 0,76 V 
 
 
8. (Ufrj 2003) Para que uma lâmpada de 1,5 V seja acesa, é necessário repetir o 
empilhamento sugerido no experimento, constituindo duas pilhas em série. Justifique esse 
procedimento com base nos potenciais padrões de redução. 
 
 
 
9. (Ufu 1999) Reações eletroquímicas estão presentes em nosso cotidiano, como nas baterias 
de carros, nas pilhas de relógios, na corrosão de metais etc... Em relação a estas reações, 
responda: 
 
a) O que é um eletrólito? Dê um exemplo. 
b) O que é oxidação? Dê um exemplo empregando o metal ferro (Fe). 
c) É possível ocorrer uma reação de oxidação sem que a ela esteja associada uma reação de 
redução? Justifique. 
 
10. (Ufrj 1997) Duas pilhas são apresentadas esquematicamente a seguir; os metais X e Y são 
desconhecidos. 
 
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A tabela a seguir apresenta alguns potenciais-padrão de redução: 
 
Potenciais-Padrão de Redução / Volts 
 
Zn++ + 2e → Zn0 -0,76 
Fe++ + 2e → Fe0 -0,44 
Ni++ + 2e → Ni0 -0,23 
Pb++ + 2e → Pb0 -0,13 
Cu++ + 2e → Cu0 +0,34 
Ag+ + 1e → Ag0 +0,80 
 
a) Utilizando as informações da tabela, identifique o metal Y da pilha 2. Justifique sua resposta. 
b) De acordo com os potenciais de redução apresentados verifica-se que a reação 
Zn + CuCℓ2 → ZnCℓ2 + Cu é espontânea. 
Indique o agente oxidante dessa reação. Justifique sua resposta. 
 
11. (Unicamp 1996) Em um determinado processo eletrolítico, uma pilha mostrou-se capaz de 
fornecer 5,0×10-3 moles de elétrons, esgotando-se depois. 
a) Quantas pilhas seriam necessárias para se depositar 0,05 moles de cobre metálico, a partir 
de uma solução de Cu2+, mantendo-se as mesmas condições do processo eletrolítico? 
b) Quantos gramas de cobre seriam depositados nesse caso? 
 
12. (Ufrj 1995) As pilhas alcalinas têm sido largamente utilizadas devido à sua durabilidade. 
Um exemplo desse tipo de pilha é a de Níquel-Cádmio, que pode ser representada pela 
reação: 
 
Cd(s) + 2Ni(OH)3(s) → CdO(s) + 2Ni(OH)2(s) + H2O(ℓ) 
 
em solução de KOH 
 
a) Escreva a semi-reação que ocorre no ânodo dessa pilha. 
b) Determine a massa de hidróxido de níquel II produzida quando reagem 6 × 1023 átomos de 
cádmio. 
 
Dados: 
Massas Atômicas 
Ni = 58,7 u 
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O = 16 u 
H = 1 u 
 
13. (Unesp 1989) A bateria de chumbo usada em automóvel é constituída de um conjunto de 
pilhas com os eletrodos imersos em solução de ácido sulfúrico. As semirreações e os 
potenciais padrões de redução a 25°C são: 
 
PbSO4 + 2e- → Pb + SO
2
4
−
 
E0 = - 0,356 V 
 
PbO2 + SO
2
4
−
 + 4H+ + 2e- → PbSO4 + 2 H2O 
E0 = 1,615 V 
 
a) Escrever a equação da reação global e calcular o potencial padrão da pilha. 
b) Indicar os números de oxidação do chumbo e do enxofre nas substâncias da pilha. 
 
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Gabarito: 
 
Resposta da questão 1: 
 a) Agente redutor - Cd(s) 
Agente oxidante - NiO2(s) 
 
b) 
Cd(s) + 2OH(aq) ⎯⎯→⎯⎯ Cd(OH)2(s) + 2e 
NiO2(s) + 2H2O + 2e ⎯⎯→⎯⎯ Ni(OH)2(s) + 2OH(aq) 
______________________________________ 
Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O ⎯⎯→⎯⎯ Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s) 
 
Resposta da questão 2: 
 Cd(s) + NiO2 (aq) + 2H2O(ℓ) → Cd(OH)2 (aq) + Ni(OH)2 (aq) 
 
Reação anódica → Cd(s) + 2OH(aq) → Cd(OH)2 (aq) + 2e 
 
Resposta da questão 3: 
 a) Pb + S
2
4O
−
 → PbSO4 + 2e- (Anodo) 
 PbO2 + S
2
4O
−
 + 4H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O (Catodo) 
 
b) Polo (-): anodo. 
 Polo (+): catodo. 
 
c) Observe a figura: 
 
d) 2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 4H+ + 2S
2
4O
−
 
 
Resposta da questão 4: 
 a) Esquema da primeira pilha: 
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AgCℓ (s) → Ag+(aq) + Cℓ (aq) 
K(PS) = [Ag+] . [Cℓ] = [Ag+] . 0,1 = 1,8 . 10-10 
[Ag+] = 1,8 . 10-9 mol/L 
 
A concentração de íons Ag+ é maior na cuba da esquerda (cátodo). 
O fluxo de elétrons será da direita para a esquerda. 
Ag+(aq) + Cℓ(aq) → AgCℓ (s) (equação global) 
 
b) Polo positivo → cátodo 
 Ag+(aq) + e →Ag0(s) 
 
c) ∆E0 (força eletromotriz), então: 
 ∆E0 = E0 (cátodo) - E0 (ânodo). 
 
Quanto maior a [Ag+], maior o potencial de redução. 
 
K(ps) do AgBr(s) < K(ps) do AgCℓ(s). 
 
[Ag+] na solução de NaBr(aq) < [Ag+] na solução de NaCℓ(aq). 
 
O eletrodo revestido por AgBr(s) terá um menor potencial de redução do que o eletrodo 
revestido com AgCℓ(s). 
 
A pilha que contém NaBr(aq) e AgBr(s) possui uma maior diferença de potenciais, o que leva a 
uma força eletromotriz maior. 
 
Resposta da questão 5: 
 a) Para a liberação de 1 mol de elétrons, teremos: 
Ag → Ag+ + e- 
108g ______ 1 mol 
 
Ni → Ni 2+ + 2e- 
58g ______ 2 mol 
29g ______ 1 mol 
 
Cd → Cd2+ + 2e- 
112g ______ 2 mol 
 56g ______ 1 mol 
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Cr → Cr3+ + 3e- 
52g ______ 3 mol 
17,3g ____ 1 mol 
 
Zn → Zn2++ 2e- 
65g ______ 2 mol 
32,5g _____ 1 mol 
 
A menor massa observada é 17,3 g, logo o anodo é o cromo. 
 
b) O metal escolhido deve ser o zinco, pois o potencial da pilha ser o mais elevado possível e o 
zinco apresenta menor potencial de redução: ∆E (pilha) = E (catodo) – E (anodo) = E (catodo) + 
0,76V. 
 
Resposta da questão 6: 
 a) Cd0(s) + 2OH(aq) → Cd2+(OH)2(s) + 2e 
 
b) ∆E = (+ 0,49 V) - (- 0,81 V) = 1,3 V 
Para a TV funcionar com uma d.d.p entre 12,0 e 14,0 V: 12,0 V < 13,0 V < 14,0 V; precisamos 
de 10 × 1,3 V = 13,0 V, ou seja, de dez pilhas associadas em série. 
 
Resposta da questão 7: 
 a) 5,00mol/L 
b) 12,00V 
 
Resposta da questão 8: 
 E = 0,34 V - (- 0,76 V) = 1,1 V. Como E < 1,5 V, deverão ser dispostas, no mínimo, duas pilhas 
em série. 
 
Resposta da questão 9: 
 a) Substância que em solução conduz corrente elétrica 
 
b) Aumento algébrico do número de oxidação devido a perda de elétrons 
 Fe0 → Fe2+ + 2 e- 
c) Não, pois reações de redox envolvem troca de elétrons, ou seja, se um átomo cede elétrons, 
outro deve receber. 
 
Resposta da questão 10: 
 a) X = - 0,23 V 
 Y = - 0,44 V, logo o metal Y é o ferro 
 
b) CuCℓ2 porque o cobre sofre redução 
 
Resposta da questão 11: 
 a) 20 pilhas 
b) m = 3,175 g 
 
Resposta da questão 12: 
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 a) Cd → Cd+2 + 2e 
b) 92,7 g 
 
Resposta da questão 13: 
 a) PbO2 + Pb + 4H+ + 2SO
2
4
−
 → 2PbSO4 + 2H2O 
 ∆V = + 1,971 V 
 
b) Observe a figura a seguir: