LISTA15-ELETROQUÍMICA

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QUÍMICA GERAL - LISTA DE EXERCÍCIOS 13
Profa Fatima Ventura Pereira Meirelles
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1- Considere a seguinte reação de oxi-redução, a 25oC:
O2(g) + 4 H+(aq) + 4 Br-(aq) ( 
 2 H2O(l) + 2 Br2(l)
a) Em condições-padrão a reação acima é espontânea? Justifique com cálculos.
b) Qual é o novo valor de ΔE no momento em que o pH da solução é 3,6? Nesse pH a reação será espontânea? Justifique com cálculos. (Considere que as demais espécies estejam em condições-padrão). 
c) Calcule a constante de equilíbrio da reação. 
Dados:
 Br2(l) + 2e- ( 2Br-(aq) Eo = +1,07 V
O2(g) + 4H+(aq) + 4e- ( 2H2O(l)	Eo = +1,23 V
2 - As baterias de acumuladores de chumbo têm sido usadas há muitos anos em automóveis para produzir corrente elétrica. São constituídas por um conjunto de seis pilhas de chumbo ligadas em série, como mostrado na figura abaixo: 
As reações envolvidas no processo de oxiredução e seus respectivos potenciais padrões de redução são:
PbSO4(s) + 2 e- ( Pb(s) + SO42-(aq) 
 Eo = - 0,36 V
PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO42-(aq) + 2 e- ( 
 PbSO4(s) + 2 H2O(l) Eo = + 1,64 V
a) Escreva a reação de oxiredução global da pilha.
b) Calcule o valor da variação da energia livre de Gibbs padrão, (Go. Esse resultado é esperado para uma pilha? Por quê? 
c) Calcule (G, a 25 oC quando o pH é 1 e a concentração de sulfato, SO42-(aq), é de 5,0 x 10-3 mol L-1.
d) O que ocorre com a reação de oxiredução quando a pilha perde a sua capacidade de produzir corrente elétrica?
3 - Considere a pilha abaixo operando a 25 0C e a 1 atm.
Pt(Sn2+aq (0,1 mol L-1), Sn4+aq (0,05 mol L-1) (( Fe3+aq (0,01 mol L-1), Fe2+aq (0,2 mol L-1)(Pt
a) Escreva a reação global de oxiredução e calcule o ΔE0.
b) Calcule o ΔG0 da reação.
c) Calcule o ΔG da reação no momento em que as concentrações das espécies químicas são iguais as indicadas na notação da pilha. A pilha funciona nessas condições?
d) Calcule a constante de equilíbrio, K, quando a pilha parar de gerar corrente elétrica.
e) Por que a platina é considerada nessa pilha como um eletrodo inerte?
Dados:
Fe3+aq + e- → Fe2+aq		E0 = 0,77 V
Sn4+aq + 2e- → Sn2+aq	 E0 = 0,15 V
4 - As pilhas de combustível são células galvânicas em que os reagentes são continuamente fornecidos aos eletrodos. São de grande interesse, uma vez que energia química é diretamente transformada em energia elétrica. 
Uma pilha de combustível, na qual os reagentes são oxigênio e hidrogênio, é usada como combustível em viagens espaciais. As semi-equações de redução para essa pilha são dadas abaixo:
2H2O(l) + 2e- ( H2(g) + 2OH-(aq)Eº = -0,828 V
O2(g) + 2H2O(l) + 4e- ( 4OH-(aq)Eº = +0,402 V
a) Qual semi-reação se processa no catodo? 
b) Qual é a única substância produzida na célula? Mostre as equações.
c) Na reação global, preveja se a variação de entropia favorece ou não uma formação dos produtos. Justifique
d) Calcule (Gº e K para a reação global
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Resolução:
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1 - a) Nas condições-padrão ΔE = ΔEo
Como, ΔEo = Eo catodo -Eo anodo
ΔEo = 1,23- 1,07 = 0,16 V
E, como ΔE é 0,16 V (valor maior que zero)
E sabendo que ΔG = - n F ΔE,
Podemos concluir que ΔG é menor que zero, o que caracteriza uma reação espontânea.
b) No momento em que o pH = 3,6
A concentração de H+ na solução será de 2,5 x 10-4 M
Usando a equação de Nernst, a 25oC, podemos calcular o novo valor de ΔE.
Como 
 
n= 4 e ΔEo = 0,16 V
O novo valor de ΔE é de -0,05 V.
Como este novo valor de ΔE é negativo, o ΔG correspondente será positivo, o que significa que a reação nesta nova condição não será espontânea. 
c) Utilizando a seguinte equação:
E, como, n = 4 e ΔEo = 0,16 V
O valor encontrado de K é de 7,1 x 1010
 
2 - a) O sentido da semi-reação com potencial de redução menor tem que ser invertida, assim:
Pb(s) + SO42-(aq)	 ( Pb SO4(s) + 2e- E° = + 0,36 V
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e-( PbSO4(s)+ 2 H2O(l) 
 E° = 1,64 _______________________________________
Pb(s) + PbO2(s)+ 2 SO42-(aq) + 4H+(aq) (
 2 PbSO4(s)+ 2 H2O(l) (E° = 2,00 V
b) (G° = - nF(E° = - 2 . 96500 . 2 = - 386000 J
O resultado negativo para (G° é esperado, pois na pilha a reação de oxiredução deve ser espontânea.
c) (G = (G° + RT ln Q	a 25 °C		onde Q = 
(G = - 386000 + 2477,6 ln 
(G = - 386000 + 2477,6 ln 
(G = - 386000 + 49073 = - 336927 J
d) A reação alcançou o equilíbrio.
3 - a) 	
2 Fe3+ + 2 e- ( 2 Fe2+ 0,77 V 	catodo
Sn2+ ( Sn4+ + 2 e-	 -0,15V	anodo
_______________________________________
2 Fe3+(aq) + Sn2+(aq) ( 2 Fe2+(aq) + Sn4+(aq)	
 (E° = 0,62V
b) (G° = -nF (E° = - 2 mol . 96500 C mol-1 . 0,62 = - 119660 J
c) (G = (G° + RT lnQ onde Q = 
(G = -119600 + 8,314 . 298.ln 
	
(G = -119600 + 8,314 . 298 . ln (200)
(G = - 119600 + (+13127) = - 106533 J
Sim, a pilha está produzindo corrente elétrica nessas condições (G <0.
d) (G° = - RT lnk
K = e48,3 = 9,47 x 1020
e) Porque a platina não participa efetivamente da reação de oxiredução. Ela apenas carreia elétrons para o meio eletrolítico.
4 - 
a) O2(g) + 2H2O(l) + 4e- ( 4OH-(aq)
b) 2H2O(l) + 2e- ( H2(g) + 2OH-(aq)	 Eº = -0,828 V 	[x(-2)]
 2H2(g) + 4OH-(aq) ( 
H2O(l) + 4e- Eº = +0,828 V
 O2(g) + 2H2O(l) + 4e- ( 4OH-		Eº = +0,402 V
 2H2(g) + O2(g) ( 2H2O(l)	 	(Eº = 1,23 V
A única substância produzida na célula é a água.
c) A variação de entropia não favorece a formação dos produtos, pois o número de mol de substâncias gasosas diminui.
d) (G° = -nF(E°
(G° = -4 x 96500 x 1,23 = - 474,8 kJ mol-1
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