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27PROMILITARES.COM.BR ELETROQUÍMICA I ELETROQUÍMICA É a parte da Química que estuda as transformações químicas que são capazes de gerar energia elétrica, como também as reações químicas que ocorrem através do consumo da mesma. PILHAS PILHAS E BATERIAS As pilhas são dispositivos capazes de aproveitar a transferência de elétrons verificadas nas reações de oxirredução, convertendo em corrente elétrica capaz de alimentar um determinado circuito. Temos uma bateria quando reunimos duas ou mais pilhas geralmente ligadas em série para aumentar a diferença de potencial (voltagem). a) Eletrodo: É também conhecido como meia – célula eletroquímica. É o menor dispositivo que permite um funcionamento de uma pilha, consiste numa pequena placa metálica mergulhada numa solução salina. Exemplo: ELETRODO DE HIDROGÊNIO b) Pilha de Daniell: Em funcionamento Após o Funcionamento ELEMENTOS DE UMA PILHA: • ANODO OU ÂNODO (POLO NEGATIVO) - Eletrodo pelo qual se verifica o fenômeno de oxidação. Após o funcionamento da pilha observa-se uma corrosão da placa metálica e um aumento da concentração catiônica da solução. • CATODO OU CÁTODO (POLO POSITIVO) - Eletrodo pelo qual se verifica o fenômeno de redução. Após o funcionamento da pilha observa-se um aumento da massa da placa metálica e uma redução da concentração catiônica da solução. • PONTE SALINA - Nela os íons se deslocam para reequilibrar as concentrações das espécies. O catodo recebe cátions para compensar a perda catiônica provocada pelo fenômeno de redução e o anodo recebe ânions para neutralizar o excesso de cátions produzidos pelo fenômeno de oxidação. • Diferença de Potencial de Eletrodos aplicada a uma Reação Redox - Os fenômenos eletroquímicos ocorrem devido às reações de oxirredução. Para se estudar a espontaneidade dessas reações e suas aplicações é necessário o conhecimento dos potenciais de eletrodo (E) e da diferença de potencial deles (∆E). 28 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR Para uma reação de oxirredução temos: ∆E = E (sofre redução) – E (sofre oxidação) ∆E > 0 Reação Espontânea Produz Energia Pilha em funcionamento, reações de oxirredução em geral. ∆E = 0 Reação em Equilíbrio – Pilha Descarregada ∆E < 0 Reação Não Espontânea Só ocorrem com consumo de energia de uma fonte externa Pilha em recarga, eletrólise. TABELA DE POTENCIAL – PADRÃO DE ELETRODO (EO) São valores que usam o eletrodo padrão de hidrogênio como eletrodo de referência. Cu2+ (aq)+ 2 e - Cu0(s) E 0 =+0,34 volt Numa Pilha: E(catodo) > E(anodo) Exercício Resolvido 01. Uma funciona com eletrodos padrão de cobre a alumínio, esquematizada abaixo: Al Al3+ NO3 - Cu Cu2+ K+ Cl- NO3 - Considere os potenciais padrão fornecidos na tabela acima. a) Indique os polos positivos e negativos. b) Escreva as semirreações do anodo e do catodo. c) Escreva a equação global de funcionamento da pilha. d) Determine a diferença de potencial da pilha. e) Represente a pilha segundo a . f) Após a total descarga da pilha, como estarão as massas das placas metálicas em relação às suas massas iniciais? g) Após a total descarga da pilha, como ficarão as concentrações molares dos cátions cobre a alumínio em relação às suas concentrações iniciais? Resolução: B Se EO(Cu) > EO(Al), teremos a redução do Cobre e a oxidação do Alumínio. a) Polo Positivo: eletrodo de cobre; Polo Negativo: eletrodo de alumínio. b) Anodo: Al0(s) Al 3+ (aq) + 3e – ; Catodo: Cu2+(aq) + 2e – Cu0(s). c) 2Al0(s) + e - 2Al3+(aq) 3Cu0(s)e - +3Cu 2+ (aq) 6 6 2Al0(s)+3Cu 2+ (aq) 2Al 3+ (aq)+ 3Cu 0 (s) d) a∆E = (+0,34) – (–1,66) = + 2,00V. e) Al0(s)/Al 3+ (aq)//Cu 2+ (aq)/Cu 0 (s)(2,00V). f) Placa de Cobre com a massa maior devido ao depósito. Placa de Alumínio com a massa menor devido à corrosão. g) [Cu2+] menor (mais diluída); [Al3+] maior (mais concentrada). Exercício Resolvido 02. Consultando os potenciais de redução padrão fornecidos na tabela acima, verifique a espontaneidade das reações representadas pelas equações abaixo: a) 2 Na+(aq) + H2(g) 2Na 0(s) + 2H+(aq) b) Fe0(s) + 2 Ag+(aq) Fe2+(aq) + 2 Ag0(s) c) Hg2+(aq) + Br2(g) Hg 0(l) + 2 Br–(aq) d) Zn(s) + 2 Cl–(aq) Zn2+(aq) + Cl2(g) 29 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR Resolução: Se uma reação genérica xAy+(aq) + yB0(s) xA0(s) + yBx+(s) for espontânea, então E0(Ay+) > E0(Bx+). A tabela de potenciais nos revela os seguintes resultados: a) não espontânea. b) espontânea. c) não Espontânea. d) espontânea. Exercício Resolvido 03. Considere os sistemas representados pelos esquemas desenhados abaixo: recipientes de vidro placa de alumínio placa de prata solução aquosa de nitrato de prata solução aquosa de sulfato de zinco recipiente de cobre recipiente de ferro solução aquosa de nitrato de prata solução aquosa de cloreto de sódio A B C D Consultando os potenciais de redução fornecidos na tabela acima e classificando como estáveis os sistemas em que não ocorra qualquer reação espontânea, indique os sistemas que serão classificados como estáveis. Resolução: B Sistema placa mergulhada em uma solução: A estabilidade é conseguida quando E0(metal da placa) > E0(metal da solução), logo, B será um sistema estável. Sistema solução armazenada em recipiente metálico: A estabilidade é conseguida quando E0 (metal do recipiente) > E0 (metal da solução), logo, D será um sistema estável. Exercício Resolvido 01. Para aumentar a vida útil de determinadas peças metálicas, usamos, frequentemente, a proteção anódica ou anodo de sacrifício. Esse procedimento consiste em colocar preso à peça uma placa metálica que, com o passar do tempo, sofrerá oxidação no lugar do metal que compõe a peça. Para colocar um anodo de sacrifício num navio cujo casco é de aço, onde o metal predominante é o ferro, um químico dispõe das peças metálicas abaixo: I) Prata. II) Cobre. III) Zinco. IV) Chumbo. Consultando os potenciais de redução fornecidos na tabela acima, indique, justificando, a placa metálica que poderá ser usada na proteção do casco do navio. Resolução: O sistema funcionará como uma pilha onde os eletrodos serão o casco do navio, como o catodo, e uma placa metálica, funcionando como anodo de sacrifício. Como potencial de redução do ferro é igual a –0,44V, podemos fazer uso do seguinte raciocínio: ∆E = (–0,44) – E0(metal) > 0 E0 (metal) < –0,44 V. Observando os potenciais de redução, o metal usado para anodo de sacrifício será o Zinco. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UPF 2017) A figura abaixo apresenta a representação de uma célula eletroquímica (pilha) e potenciais de redução das semirreações. 2 (aq) (s) (aq) (s) Mg 2 e Mg Eº 2,37 V Ag e Ag Eº 0,80 V + − + − + → = − + → = + Considerando-se a informação dada, analise as seguintes afirmações: I. O eletrodo de prata é o polo positivo, no qual ocorre a redução. II. O magnésio é o agente oxidante da pilha. III. A diferença de potencial (ddp) da pilha representada na figura é de +3,17 V. IV. O sentido do fluxo dos elétrons se dá do cátodo para o ânodo. É incorreto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. 02. (UEPA 2015) A água oxigenada comercial e 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 semi-reações que descrevem este processo são dadas abaixo: 2(g) (aq) 2 2(aq)O 2H 2e H O + −+ + → 0E 0,682 V= + 2 4(aq) (aq) (aq) 2 ( )MnO 8H 5e Mn 4H O − + − ++ + → + 0E 1,510 V= + 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. d) o potencial padrão da reação é igual a +0,828 V. e) o potencialpadrão da reação e igual a +2,19 V. 30 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR 03. (PUC-RJ) Uma cela galvânica consiste de um dispositivo no qual ocorre a geração espontânea de corrente elétrica a partir de uma reação de oxirredução. Considere a pilha formada por duas meias-pilhas constituídas de alumínio em solução aquosa de seus íons e chumbo em solução aquosa de seus íons e os potenciais de redução abaixo: Al+3(aq) + 3e → Al(s) E0= −1,68 V Pb+2(aq) + 2e → Pb(s) E0= −0,13 V Sobre essa pilha, é correto afirmar que: a) a equação global desta pilha é 2Al+3(aq) + 3Pb(s) → 2 Al(s) + 3Pb+2(aq). b) o metal alumínio atua como agente oxidante. c) a espécie Pb+2(aq) atua como agente redutor. d) a diferença de potencial gerada nesta pilha é de 1,55 V. e) na semiequação de redução balanceada, a espécie Pb+2(aq) recebe um elétron. 04. (UNIRIO) As pilhas galvânicas resultam de reações de oxirredução produzindo corrente elétrica, conforme o esquema a seguir: Os potenciais padrões dos metais indicados são: 2e– + Pb2+ → Pb0 E0 = –0,13V 2e– +Cu2+ → Cu0 E0 = +0,34V Tendo em vista essas informações, o potencial (ddp) dessa pilha, quando a concentração de íons plumboso for 10–4 mol·L–1 e a concentração de íons cúprico for 10–6 mol·L-1, será, aproximadamente: a) 0,41 V b) 0,45 V c) 0,47 V d) 0,51 V e) 0,53 V 05. (UFRGS 2018) Considere as seguintes semirreações de redução. 2 (s) red 2 (s) red 2 (s) red Ca 2e Ca 2,87 V Zn 2e Zn 0,76 V Co 2e Co 0,28 V + − + − + − + ε° = − + ε° = − + ε° = − Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo. ( ) O cálcio, em uma pilha de cálcio e cobalto, é o ânodo. ( ) Uma reação entre cálcio metálico e íons zinco é espontânea. ( ) O metal mais reativo, entre os três, é o cobalto. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) V – V – V. b) V – V – F. c) V – F – V. d) F – F – V. e) F – F – F. 06. (FUVEST) I e II são equações de reações que ocorrem em água, espontaneamente, no sentido indicado, em condições padrão. I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe Analisando tais reações, isoladamente ou em conjunto, pode-se afirmar que, em condições padrão, a) Elétrons são transferidos do Pb2+ para o Fe. b) Reação espontânea deve ocorrer entre Pb e Zn2+. c) Zn2+ deve ser melhor oxidante do que Fe2+. d) Zn deve reduzir espontaneamente Pb2+ a Pb. e) Zn2+ deve ser melhor oxidante do que Pb2+. 07. (UNIRIO) O esquema a seguir representa a pilha ferro-hidrogênio (eletrodo padrão). O voltímetro indica a força eletromotriz em condições-padrão. O anodo desta pilha e o potencial padrão de redução do ferro são, respectivamente: a) eletrodo de ferro e – 0,44 V. b) eletrodo de ferro e + 0,22 V. c) eletrodo de ferro e + 0,44 V. d) eletrodo de hidrogênio e – 0,44 V. e) eletrodo de hidrogênio e + 0,44 V. 08. (UFF) O potencial padrão de redução de uma célula galvânica constituída por um eletrodo de Ag e outro de Cu é 0,46 V. Nesta célula ocorre a seguinte reação: 2 Ag+(aq) + Cu(s) → 2 Ag(s) + Cu2+(aq) Sabendo-se que o potencial de redução do par Cu2+/Cu0 é 0,34 V, pode-se afirmar que o potencial de redução do par Ag+/ Ago é: a) 0,12 V b) 0,24 V c) 0,68 V d) 0,80 V e) 0,92 V 09. (PUCMG 2015) Considere as seguintes reações espontâneas: Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+ Cr + Zn2+ → Cr2+ + Zn Hg2+ + Cu → Cu2+ + Hg A classificação crescente do poder redutor das espécies é: a) Hg, Cu, Zn, Cr b) Cr, Zn, Cu, Hg c) Cu, Hg, Zn, Cr d) Cr, Zn, Hg, Cu 10. (UDESC 2015) A corrosão do ferro metálico tem grande impacto econômico e ocorre espontaneamente na presença de oxigênio e de água acidificada. A principal reação química que descreve o processo é dada abaixo: 2 o (s) 2(g) (aq) 2 ( ) (aq)2 Fe O 4 H 2 H O 2 Fe E 1,67 V + ++ + → + = + Sabendo-se que o potencial padrão de redução do oxigênio, em meio ácido, é +1,23 V e com base nas informações e na reação química, assinale a alternativa correta. a) O potencial padrão da semirreação de redução do ferro metálico é -1,45 V. b) O potencial padrão da semirreação de redução do ferro metálico é -0,22 V. c) O potencial padrão da semirreação de oxidação do ferro metálico é +0,44 V. d) O potencial padrão da semirreação de oxidação do ferro metálico é -0,44 V. e) O potencial padrão da semirreação de oxidação do ferro metálico é +2,90 V. 31 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. (UFRGS 2013) Os potenciais padrão de redução, determinados mediante processos eletroquímicos, podem ser empregados para prever a espontaneidade de reações, mesmo quando essas não constituem pilhas ou baterias. Observe o quadro a seguir. Ag+(aq) + e− ⇔ Ag(s) εo = 0,80V Co2+(aq) + 2e− ⇔ Co(s) εo = -0,28V Al3+(aq) + 3e− ⇔ Al(s) εo = -1,66V Ba2+(aq) + 2e− ⇔ Ba(s) εo = -2,90V Com base no quadro, considere as reações abaixo. I. Ba(NO3)2 + 2Ag → 2AgNO3 + Ba. II. 2Al(NO3)3 + 3Co → 3Co(NO3)2 + 2Al III. 3AgNO3 + Al → Al(NO3)3 + 3Ag. Quais reações serão espontâneas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III. 02. (ENEM PPL 2015) O alumínio é um metal bastante versátil, pois, a partir dele, podem-se confeccionar materiais amplamente utilizados pela sociedade. A obtenção do alumínio ocorre a partir da bauxita, que é purificada e dissolvida em criolita fundida (Na3AlF6) e eletrolisada a cerca de 1.000 ºC. Há liberação do gás dióxido de carbono (CO2), formado a partir da reação de um dos produtos da eletrólise com o material presente nos eletrodos. O ânodo é formado por barras de grafita submergidas na mistura fundida. O cátodo é uma caixa de ferro coberta de grafita. A reação global do processo é: 2 Al2O3(l) + 3 C(s) → 4 Al(l) + 3 CO2(g) Na etapa de obtenção do alumínio líquido, as reações que ocorrem no cátodo e ânodo são: a) 3cátodo: A 3e A+ −+ → 2 2 2 2 2 O O 4eânodo C O CO − − → + + → b) 2 2 2 2 2 O O 4ecátodo C O CO − − → + + → 3ânodo: A 3e A+ −+ → c) 3 2 2 A 3e A cátodo 2 O O 4e + − − − + → → + 2 2ânodo: C O CO+ → d) 3 2 2 A 3e Acátodo C O CO + − + → + → 2 2ânodo: 2O O 4e − −+ + e) 2 2cátodo: 2 O O 4e − −→ + 3 2 2 A 3e Aânodo C O CO + − + → + → 03. (CEFET MG 2014) Considere a reação entre uma palha de aço comercial e uma solução aquosa concentrada de ácido sulfúrico. Tais materiais são inseridos em um kitassato tampado, cuja saída lateral contém um balão de borracha vazio. Com o tempo, o balão é preenchido com um gás combustível e observa-se a formação de um sal esverdeado dentro do recipiente. Dados: 2 2 2 2 2H 2e H O 2H O 4e 4OH Fe 2e Fe + − − − + − + → + + → + → 0 0 0 E 0,00 V E 0,40 V E 0,44 V = = = − Nesse processo eletroquímico, o(os) a) íons H+ perdem elétrons na reação. b) sal formado equivale ao sulfato ferroso. c) gás combustível formado é o oxigênio. d) agente oxidante da reação é o gás hidrogênio. e) ferro, na palha de aço, sofre reação de redução. 04. (UPE 2014) Analise a figura a seguir: Considerando-se que a mulher possuía dentes obturados com amálgama (liga de prata, mercúrio, cobre e estanho), são feitas algumas afirmativas sobre o processo ocorrido. I. Formou-se uma pilha ao se encostar o alumínio no amálgama da obturação, na presença de saliva. II. A saliva é uma solução ácida e está em contato com o alumínio e a liga metálica da obturação. III. O alumínio funciona como ânodo da pilha formada, perdendo elétrons, enquanto o amálgama é o cátodo da pilha. IV. O processo gera uma corrente elétrica, que é conduzida ao cérebro a partir das terminações nervosas do dente. Dados: 3A 3e A+ −+ → oE 1,66 V= − 2Cu 2e Cu+ −+ → oE 0,34 V= + Ag e Ag+ −+ → oE 0,80 V= + 2Hg 2e Hg+ −+ → oE 0,85 V= + 2Sn 2e Sn+ −+ → oE 0,14 V= − Quais das afirmativas podem ser utilizadas para se construir uma explicação cientificamente CORRETA para o choque sentido ao morder o papel-alumínio?a) I, III e IV, apenas. b) I e IV, apenas. c) II e IV, apenas. d) I, II e IV, apenas. e) I, II, III e IV. 05. (UPF 2018) Foram realizados testes mergulhando diferentes placas metálicas dentro de determinadas soluções aquosas (Figura 1), segundo os dados indicados no quadro a seguir. 32 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR TESTE COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA PLACA METÁLICA SOLUÇÃO AQUOSA I Zinco (Zn) FeSO4(aq) II Cobre (Cu) ZnSO4(aq) III Ferro (Fe) AgNO3(aq) IV Prata (Ag) CuSO4(aq) V Estanho (Sn) FeSO4(aq) Considerando os dados a seguir referentes ao potencial padrão de redução (Eored) em volts, a 25 ºC marque a opção que indica corretamente quais os testes nos quais ocorrerá reação espontânea. SEMIRREAÇÃO Eored (V) 2 (aq) (s)Zn 2e Zn + −+ → -0,76 2 (aq) (s)Sn 2e Sn + −+ → -0,14 2 (aq) (s)Fe 2e Fe + −+ → -0,41 2 (aq) (s)Cu 2e Zn + −+ → +0,34 2 (aq) (s)Ag 2e Ag + −+ → +0,80 a) I e III, apenas. b) II e IV, apenas. c) I e V, apenas. d) I, II, III e V, apenas. e) III e V, apenas. 06. (UPE-SSA 3 2017) Para a produção de fios elétricos, o cobre deve possuir 99,9% de pureza. Para tanto, o cobre metalúrgico (impuro) passa por um processo, que gera o cobre eletrolítico, conforme está ilustrado na figura a seguir. Sobre esse processo, são feitas as afirmações a seguir: I. No catodo (-), que é o cobre puro, ocorre depósito de mais cobre em virtude da redução do Cu2+. II. A corrosão faz a solução aumentar a concentração de Cu2+, que é atraído para o catodo, formando cobre metálico livre das impurezas. III. Uma solução aquosa de NiSO4 aumentaria a deposição de cobre puro no catodo. IV. No anodo (+), existe a oxidação do cobre metálico. Está CORRETO, apenas, o que se afirma em: a) I, II e III. b) I, II e IV. c) II, III e IV. d) I e IV. e) III. 07. (UEFS 2017) Desde a antiguidade, o homem utiliza metais para a fabricação de utensílios diversos. A partir do século XVIII, a metalurgia tornou-se uma ciência, em que os processos metalúrgicos passaram a ser estudados e explicados, alavancando a obtenção dos metais a partir de minérios. A metalurgia é uma sequência de processos que visa à obtenção de um elemento metálico a partir de seu minério. Quanto maior a tendência do metal para sofrer corrosão, maior é a dificuldade de obtê-lo a partir do minério. Sobre a obtenção de metais na metalurgia, é correto afirmar: I. O alumínio é um metal de fácil obtenção a partir de seu minério, a bauxita, pois esse, por possuir baixa tendência em oxidar, é facilmente reduzido de Al3+ para Al0, se comparado a outros metais menos nobres, como o ferro e o chumbo. II. Metais, como o ferro e o zinco, para serem obtidos a partir de seus minérios, devem ser aquecidos na presença de uma substância que vai provocar a redução desses metais, como o monóxido de carbono, que é um agente redutor. III. O alumínio possui inúmeras aplicações, mas, por ser um metal pouco nobre, é difícil de ser obtido e sua redução é realizada em um processo denominado eletrólise. IV. A prata é um metal nobre, sua principal fonte é o minério argentita (Ag2S), sendo que o processo de obtenção da prata metálica é realizado pelo aquecimento desse minério, que reage com o oxigênio, provocando a oxidação da prata. A alternativa em que todas as afirmativas indicadas estão corretas é a: a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) III e IV. e) I, II e IV. 08. (MACKENZIE 2017) Um estudante de química colocou, separadamente, barras de chumbo, níquel, ferro e cobre no interior de 4 béqueres, que continham solução aquosa de nitrato de estanho II de concentração 1 mol·L-1 a 25 ºC. As quatro possíveis reações de oxirredução, que ocorreriam espontaneamente, nos béqueres I, II, III e IV foram escritas abaixo: I. 2 2(s) (aq) (aq) (s)Pb Sn Pb Sn + ++ → + II. 2 2(s) (aq) (aq) (s)Ni Sn Ni Sn + ++ → + III. 2 2(s) (aq) (aq) (s)Cu Sn Cu Sn + ++ → + IV. 2 2(s) (aq) (aq) (s)Cu Sn Cu Sn + ++ → + Dados: 2 (aq) (s) 2 (aq) (s) 2 (aq) (s) Eº(Pb Pb ) 0,13 V Eº(Sn Sn ) 0,14 V Eº(Ni Ni ) 0,23 V + + + = − = − = − 2 (aq) (s) 2 (aq) (s) Eº(Fe Fe ) 0,44 V Eº(Cu Cu ) 0,34 V + + = − = + De acordo com as informações acima, os béqueres em que ocorreram, espontaneamente, as reações de oxirredução foram: a) I, II e IV, apenas. b) II e III, apenas. c) I, II e III, apenas. d) I e II, apenas. e) I e IV, apenas. 09. (ENEM 2017) A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. 33 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro. SEMIRREAÇÃO DE REDUÇÃO E0 (V) 4 3 (aq) (aq)Ce e Ce + − ++ → +1,61 2 3 2 7(aq) (aq) (aq) 2 ( )Cr O 14 H 6 e 2 Cr 7 H O − + − ++ + → + +1,33 2 (aq) (s)Ni 2 e Ni + −+ → -0,25 2 (aq) (s)Zn 2 e Zn + −+ → -0,76 Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul? a) b) c) d) e) 10. (FUVEST 2018) Um método largamente aplicado para evitar a corrosão em estruturas de aço enterradas no solo, como tanques e dutos, é a proteção catódica com um metal de sacrifício. Esse método consiste em conectar a estrutura a ser protegida, por meio de um fio condutor, a uma barra de um metal diferente e mais facilmente oxidável, que, com o passar do tempo, vai sendo corroído até que seja necessária sua substituição. Um experimento para identificar quais metais podem ser utilizados como metal de sacrifício consiste na adição de um pedaço de metal a diferentes soluções contendo sais de outros metais, conforme ilustrado, e cujos resultados são mostrados na tabela. O símbolo (+) indica que foi observada uma reação química e o (-) indica que não se observou qualquer reação química. METAL X SOLUÇÕES ESTANHO ALUMÍNIO FERRO ZINCO SnCl2 + + + AlCl3 - - - FeCl3 - + + ZnCl2 - + - Da análise desses resultados, conclui-se que pode(m) ser utilizado(s) como metal(is) de sacrifício para tanques de aço: Note e adote: - o aço é uma liga metálica majoritariamente formada pelo elemento ferro. a) Al e Zn. b) somente Sn. c) Al e Sn. d) somente Al. e) Sn e Zn. 34 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. Uma pilha de zinco e prata pode ser montada com eletrodos de zinco e prata e representada, segundo a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), pela notação: Zn (s) / Zn2+(aq) (1 mol·L–1) // Ag+(aq) (1 mol·L–1) / Ag (s). As equações que representam as semirreações de cada espécie e os respectivos potenciais padrão de redução (25 ºC e 1 atm) são apresentadas a seguir. Ag+(aq) + e– → Ag0 E0red = + 0,80 V Zn2+(aq) + 2e– → Zn0 E0red = - 0,76 V Com base nas informações apresentadas são feitas as afirmativas abaixo. I. No eletrodo de zinco ocorre o processo químico de oxidação. II. O cátodo da pilha será o eletrodo de prata. III. Ocorre o desgaste da placa de zinco devido ao processo químico de redução do zinco. IV. O sentido espontâneo do processo será Zn+2 + 2 Ago → Zno + 2 Ag+ V. Entre os eletrodos de zinco e prata existe uma diferença de potencial padrão de 1,56 V. Estão corretas apenas as afirmativas: a) I e III. b) II, III e IV. c) I, II e V. d) III, IV e V. e) IV e V. 02. Considere o esquema a seguir, que representa uma pilha, no qual foi colocado um voltímetro e uma ponte salina contendo uma solução saturada de cloreto de potássio. No Béquer 1, correspondente ao eletrodo de alumínio, está imersa uma placa de alumínio em uma solução aquosa de sulfato de alumínio (1 mol·L–1) e no Béquer 2, correspondente ao eletrodo de ferro, está imersa uma placa de ferro em uma solução aquosa de sulfato de ferro (1 mol·L–1). Os dois metais, de dimensõesidênticas, estão unidos por um fio metálico. Dados: Potenciais padrão de redução (E0red) a 1 atm e 25 ºC. Al3+ + 3e– → Al E0 = –1,66 V Fe2+ + 2e– → Fe E0 = –0,44 V Considerando esta pilha e os dados abaixo, indique a afirmativa correta. a) A placa de ferro perde massa, isto é, sofre “corrosão”. b) A diferença de potencial registrada pelo voltímetro é de 1,22 V (volts). c) O eletrodo de alumínio é o cátodo. d) O potencial padrão de oxidação do alumínio é menor que o potencial padrão de oxidação do ferro. e) À medida que a reação ocorre, os cátions K+ da ponte salina se dirigem para o béquer que contém a solução de Al2(SO4)3. 03. A energia liberada em uma reação de oxirredução espontânea pode ser usada para realizar trabalho elétrico. O dispositivo químico montado, pautado nesse conceito, é chamado de célula voltaica, célula galvânica ou pilha. Uma pilha envolvendo alumínio e cobre, pode ser montada utilizando como eletrodos metais e soluções das respectivas espécies. As semirreações de redução dessas espécies estão mostradas a seguir: Alumínio: Al3+ + 3e– → Al E0 = –1,66 V Cobre: Cu2+(aq) + 2e– → Cu0 E0 = +0,34 V Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (25 °C e 1 atm) ideal (desprezando-se qualquer efeito dissipativo) e as semirreações de redução fornecidas, a força eletromotriz (fem) dessa pilha montada e o agente redutor, respectivamente, são: a) 2,10 V e o cobre. b) 2,00 V e o alumínio. c) 1,34 V e o cobre. d) 1,32 V e o alumínio. e) 1,00 V e o cobre. 04. Considere as semirreações com os seus respectivos potenciais- padrão de redução dados nesta tabela: PRATA Ag+(aq) + e– → Ag0 E0red = +0,80 V COBRE Cu2+(aq) + 2e– → Cu0 E0red = +0,34 V CHUMBO Pb2+(aq) + 2e– → Pb0 E0red = –0,13 V NÍQUEL Ni2+(aq) + 2e– → Ni0 E0red = –0,24 V ZINCO Zn2+(aq) + 2e– → Zn0 E0red = –0,76 V MAGNÉSIO Mg2+(aq) + 2e– → Mg0 E0red = –2,37 V Baseando-se nos dados fornecidos, são feitas as seguintes afirmações: I. o melhor agente redutor apresentado na tabela é a prata; II. a reação Zn2+(aq) + Cu0(s) → Zn0(s) + Cu2+(aq) não é espontânea; III. pode-se estocar, por tempo indeterminado, uma solução de nitrato de níquel II, em um recipiente revestido de zinco, sem danificá-lo, pois não haverá reação entre a solução estocada e o revestimento de zinco do recipiente; IV. a força eletromotriz de uma pilha eletroquímica formada por chumbo e magnésio é 2,24 V; V. uma pilha eletroquímica montada com eletrodos de cobre e prata possui a equação global: 2 Ag+(aq) + Cu0(s) → 2 Ag0(s) + Cu2+(aq). Das afirmações acima, estão corretas apenas: a) I e II. b) I, II e IV. c) III e V. d) II, IV e V. e) I, III e V. 05. Pilhas a combustível do tipo AFC (Alkalyne Fuel Cell) são dispositivos leves e eficientes, projetados para missões espaciais como a Nave Americana Apollo. Operam em temperaturas de 70 a 140 °C, gerando voltagem de aproximadamente 0,9 V. Nessas células, um dos compartimentos é alimentado por hidrogênio gasoso e o outro por oxigênio gasoso. 35 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR As semirreações que ocorrem são as seguintes: No ânodo: 2H2(g) + 4OH –(aq) → 4H2O(l) + 4e – No cátodo: O2(g) + H2O(l) + 4e – → 4OH–(aq) Com base nas informações acima, marque com V as afirmações verdadeiras e com F as falsas. ( ) Nessas pilhas o hidrogênio é o agente cooxidante. ( ) A reação global da pilha é representada por: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ( ) Nessas pilhas, os elétrons fluem do cátodo para o ânodo. ( ) A utilização de pilhas a combustível não gera emissões poluentes. ( ) Mudanças nos coeficientes estequiométricos das semirreações alteram valores dos potenciais eletroquímicos. A sequência correta, de cima para baixo, é: a) F – V – F – V – F b) V – F – V – V – F c) V – V – F – F – V d) F – F – V – F – V 06. Numa pilha galvânica, um dos eletrodos é composto por uma placa de estanho imerso em uma solução 1,0 mol·L–1 de íons Sn2+ e o outro, composto por uma placa de lítio imerso em uma solução 1,0 mol·L–1 de íons Li+, a 25 ºC. Baseando-se nos potenciais-padrão de redução das semirreações a seguir, são feitas as seguintes afirmativas: Sn2+(aq) + 2e- → Sn(s) E0red = –0,14 V Li+(aq) + 1e- → Li(s) E0red = –3,04 V I. O estanho cede elétrons para o lítio. II. O eletrodo de estanho funciona como cátodo da pilha. III. A reação global é representada pela equação: 2 Li0 (s)+ Sn2+ (aq) → Sn0 (s) + 2 Li+ (aq) IV. No eletrodo de estanho ocorre oxidação. V. A diferença de potencial teórica da pilha é de 2,90 V, (∆E = +2,90V). Das afirmativas apresentadas estão corretas apenas: a) I, II e IV. b) I, III e V. c) I, IV e V. d) II, III e IV. e) II, III e V. 07. Uma das grandes preocupações das entidades esportivas diz respeito ao estado de deterioração dos estádios, provocado pelo fenômeno espontâneo da corrosão. Sabendo-se que entre os fatores que favorecem a velocidade de desgaste dos materiais, como o concreto e os ferros de suas armaduras, podem ser citadas a temperatura, a umidade relativa do ar, o grau de insolação e o teor de cloreto. Analise as afirmativas abaixo e marque a opção correta. a) Num processo espontâneo, a variação de entropia é menor do que zero. b) Quanto maior a temperatura, maior a corrosão, por ser maior a energia de ativação. c) Uma alta umidade relativa do ar favorece a formação de eletrólito de uma célula eletroquímica. d) A célula eletroquímica espontânea da corrosão da armadura do concreto é de natureza eletrolítica. e) Quanto maior a concentração de cloreto, maior é a velocidade de redução do ferro. 08. Dados os seguintes potenciais de redução padrão, a 25 °C, em volts: Al3+ + 3e- Al -1,660 -0,440Fe2e-+Fe2+ Ni2+ + 2e- Ni -0,250 -0,136Sn2e-+Sn2+ +0,337Cu2e-+Cu2+ Hg2++ 2e- Hg +0,789 Relativamente às afirmações a seguir: I. Não se pode armazenar solução de CuSO4 em recipiente de ferro. II. Não se pode usar agitador de níquel para uma solução de HgCl2. III. Tubulações de alumínio são passíveis de corrosão em presença de sais de Cu2+. IV. Na folha de flandres, se ocorrer risco na cobertura de estanho expondo o ferro, as condições de corrosão deste último se agravam. São corretas: a) I, II, III e IV. b) Apenas I e II. c) Apenas II e III. d) Apenas I, III e IV. e) Apenas II e IV. 09. A figura a seguir está representando um ciclo de transformações químicas do cobre. Nesse ciclo, X, Y e Z correspondem, respectivamente, a: Cu CuY2 CuSO4 Cu(OH)2 X Z NaOH H2SO4 SEMIRREAÇÃO E0 (VOLT) Zn2+ + 2e– → Zn –0,76 Cu2+ + 2e– → Cu +0,34 Ag+ + e– → Ag +0,80 NO3 – + 4H+ +3e– → NO + 2H2O +0,96 Cl2 + 2e – → 2Cl– +1,40 a) HNO3, NO3 – e Ag. b) NO, NO3 – e Zn. c) Cl2‚ Cl – e Ag. d) NO, NO3 – e Ag. e) HNO3, NO3 –‚e Zn. 10. Uma espiral feita de cobre, de massa igual a 2,73 g, foi imersa em solução de nitrato de prata, AgNO3, sendo assim mantida por um período de 48 horas. A tabela a seguir contém as observações registradas após ter decorrido esse tempo 36 ELETROQUÍMICA I PROMILITARES.COM.BR SISTEMA ESTADO INICIAL ESTADO FINAL (APÓS 48H) Espiral de cobre (cor característica do metal) Massa da espiral = 2,73g Solução incolor de AgNo3 Espiral recoberta de prata; Massa de prata depositada = 2,56g Massa da espiral após a remoção da prata = 1,96g Solução azul Dados: Massas molares (g/mol): Ag – 108; Cu – 63 E0[Ag+(aq) → Ag(s)] = +0,80V E0[Cu2+(aq) → Cu(s)] = +0,34V A análise dos dados registrados conduz às seguintes afirmações: I. A cor azul da solução final indica presença de íons de cobre (II), provenientes da transformação Cu(s) → Cu2 + (aq) + 2e–. II. O depósito de prata deve-se à oxidação dos íons Ag+ assim representada: Ag+(aq) → Ag(s) +1e–. III. A tendência dos íons prata em se reduzir é maior do que a dos íons cobre (II). IV. A razão molar Cu oxidado / Ag formada é 1 mol de Cu / 2 mol de Ag. É correto o que se afirma apenas em: a) I. b) II e IV. c) I, II e IV. d) IIe III. e) I, III e IV. GABARITO EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. D 02. D 03. D 04. C 05. B 06. D 07. A 08. D 09. A 10. C EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. C 02. A 03. B 04. E 05. A 06. B 07. C 08. B 09. C 10. A EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. C 02. B 03. B 04. D 05. A 06. E 07. C 08. A 09. E 10. E ANOTAÇÕES
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