Lista de exercícios 2 - Pilhas.

Departamento de Educação – Química
Físico – Química II – Pilhas
Prof. Ms. Ricardo Honda
Lista de exercícios 2
Pilhas
1. Considere o esquema a seguir e responda:
4. Foi montada uma pilha em que o polo positivo era
constituído por um bastão de paládio, mergulhado numa
solução de cloreto de paládio e o polo negativo, por um
bastão de níquel, mergulhado numa solução de sulfato de
níquel. As semirreações que representam os eletrodos
são:
Pd2+ + 2 e− → Pd
Ni2+ + 2 e− → Ni
a) Escreva a equação que representa a reação química
(reação global) que ocorre quando a pilha está
funcionando (sentido espontâneo).
b) O que acontece com as concentrações de Pd 2+ e Ni2+
durante o funcionamento da pilha? Explique.
a) Qual é o ânodo?
b) Qual é o polo positivo?
c) Em qual eletrodo ocorre corrosão?
d) Qual solução se dilui?
e) Qual é a semirreação de redução?
f) Qual é a semirreação de oxidação?
g) Qual é a reação global?
5. Considere a representação da pilha e responda:
Cr (s) / Cr3+ (aq) // Pb2+ (aq) / Pb (s)
a) Qual é a semireação de oxidação?
b) Qual é a semireação de redução?
c) Qual é a reação global?
d) Qual é o cátodo?
e) Qual é o polo negativo?
f) Em qual eletrodo ocorre deposição?
g) Qual solução se concentra?
h) Qual é o sentido de fluxo dos elétrons?
2. Considere o esquema a seguir e responda:
6. A figura a seguir representa uma pilha com eletrodos
no estado-padrão.
a) Qual é o ânodo?
b) Qual é o polo positivo?
c) Em qual eletrodo ocorre corrosão?
d) Qual solução se dilui?
e) Qual é a semirreação de redução?
f) Qual é a semirreação de oxidação?
g) Qual é a reação global?
Dados os potenciais de redução:
Mg2+ + 2 e- → Mg
Eº = -2,36 V
Au3+ + 3 e- → Au
Eº = +1,50 V
Determine:
3. Na pilha de Daniell, barras de cobre e zinco se
encontram mergulhadas em soluções aquosas de sulfato
de cobre II e sulfato de zinco, respectivamente. As duas
soluções estão separadas por uma ponte salina. Sabendo
que os potenciais-padrão de redução são:
Cu2+ + 2 e– → Cu
E0 = + 0,34 V
2+
–
Zn + 2 e → Zn
E0 = – 0,76 V
a) ΔEº da pilha.
b) qual eletrodo é o polo negativo.
c) o sentido dos elétrons no circuito externo.
d) a reação global da pilha.
7. Dentre os elementos, há alguns com grande tendência
à oxidação, como sódio, enquanto outros, como platina,
a) Escreva a reação espontânea (reação global) que são muito resistentes à oxidação. Um valor que indica a
ocorre na pilha de Daniell.
tendência à oxidação ou à redução é o potencial padrão
b) Calcule a diferença de potencial da pilha.
de redução, E0, que pode ser obtido experimentalmente e
c) Desenhe a pilha de Daniell indicando, através de setas, é representado em semirreações, como exemplificado a
como os elétrons fluem através de um circuito externo seguir:
que conecta os eletrodos.
1
Li+ + e– → Li
+
–
Ag + e → Ag
E0 = – 3,04 V
0
E = + 0,80 V
Em reações de oxidação e redução, há fluxo de elétrons
e, quando isso gera energia, forma-se uma pilha, fonte de
energia bastante comum nos dias de hoje. Considere
uma pilha formada a partir de lítio e prata em seus
estados de oxidação mais comuns.
a) Escreva a equação global da reação dessa pilha.
b) Calcule a diferença de potencial (ΔEº) desta pilha, em As reações que ocorrem nesta pilha são:
2+
−
condições padrão.
Zn (s) → Zn (aq) + 2 e
−
HgO (s) + H2O (l) + 2 e → Hg (l) + 2 OH− (aq)
8. Encanamentos de ferro mergulhados em água sofrem
corrosão, devido principalmente à reação:
a) De qual eletrodo partem os elétrons quando a pilha
Fe (s) + 2 H+ (aq) → Fe2+ (aq) + H2 (aq)
está fornecendo energia? Justifique.
Para proteger encanamentos nessas condições, costuma- b) Cite duas substâncias cujas quantidades aumentam
se liga-los a barras de outros metais, que são corroídos com o funcionamento da pilha. Justifique.
ao invés dos canos de ferro. Conhecendo os potenciais
padrões de redução
12. A reação entre cromo metálico e íons ferro-II em
Cu2+ + 2 e– → Cu (s)
E0 = + 0,34 V
água, produzindo íons cromo-III e ferro metálico, pode ser
Fe2+ + 2 e– → Fe (s)
E0 = – 0,44 V
utilizada para montar uma pilha eletroquímica.
Mg2+ + 2 e– → Mg (s)
E0 = – 2,37 V
2 H+ + 2 e– → H2 (g)
E0 = 0,0 V
a) Escreva as semirreações que ocorrem na pilha,
e dispondo-se de barras de magnésio e cobre, propõe-se: indicando a semirreação de oxidação e a semirreação de
redução.
a) Qual metal deve ser utilizado para proteger o b) Escreva a equação química global correspondente à
encanamento? Justifique.
pilha em funcionamento.
b) Escreva a reação que ocorre (reação global) na
associação do cano de ferro com a barra metálica 13. A ilustração abaixo representa um experimento em
escolhida, indicando o agente oxidante e o agente que foi colocado uma barra metálica de zinco mergulhada
redutor.
em uma solução aquosa de sulfato de cobre (II).
9. Dada a tabela de reatividade:
2+
Cu
Mg2+
Pb2+
Cu0
--não reage
não reage
Mg0
reage
--reage
Pb0
reage
não reage
---
De acordo com os valores dos E0 de redução abaixo,
pode-se afirmar que
2+
0
E = ‒ 0,76 V
a) Disponha os metais em ordem crescente dos Zn (aq) / Zn(s)
2+
Cu (aq) / Cu(s)
E0 = + 0,34 V
potenciais de redução. Justifique sua resposta.
b) Associe dois desses metais, de modo a formar uma
a) o zinco sofre redução.
pilha. Indique os polos positivo e negativo.
b) o processo não é espontâneo.
2+
10. Ferro zincado é ferro que contém pequena quantidade c) ocorre a formação de íons Zn (aq).
d) elétrons são transferidos do Cu2+(aq) para o Zn(s).
de zinco metálico.
A partir dos potenciais-padrão de redução, listados a e) o Zn(s) é um excelente agente oxidante.
seguir, explique os seguintes fatos observados no
14. Insumo essencial na indústria de tintas, o dióxido de
cotidiano:
titânio sólido puro (TiO2) pode ser obtido a partir de
minérios com teor aproximado de 70% em TiO2 que, após
Semirreação de redução
E0 (V)
moagem, é submetido à seguinte sequência de etapas:
Fe2+ + 2 e- → Fe
- 0,440
(Dado: Nox do Cl no TiCl4 = -1)
Zn2+ + 2 e- → Zn
- 0,763
3+
I. aquecimento com carvão sólido
Al + 3 e → Al
- 1,663
TiO2 (s) + C (s) → Ti (s) + CO2 (g)
a) Rebites de ferro em esquadrias de alumínio causam a II. reação do titânio metálico com cloro molecular gasoso
Ti (s) + 2 Cl2 (g) → TiCl4 (l)
corrosão do alumínio.
III. reação do cloreto de titânio líquido com oxigênio
b) Pregos de ferro zincado são resistentes à ferrugem.
molecular gasoso
11. A figura a seguir representa uma pilha de mercúrio TiCl4 (l) + O2 (g) → TiO2 (s) + 2 Cl2 (g)
usada em relógios e cronômetros.
2
No processo global de purificação de TiO2, com relação 18. A obtenção de energia é uma das grandes
aos compostos de titânio envolvidos no processo, é preocupações da sociedade contemporânea e, nesse
correto afirmar que ocorre
aspecto, encontrar maneiras efetivas de gerar eletricidade
por meio de reações químicas é uma contribuição
a) oxidação do titânio apenas nas etapas I e II.
significativa ao desenvolvimento científico e tecnológico.
b) redução do titânio apenas na etapa I.
A figura mostra uma célula eletroquímica inventada por
c) redução do titânio apenas nas etapas II e III.
John Daniell em 1836. Trata-se de um sistema formado
d) redução do titânio em todas as etapas.
por um circuito externo capaz de conduzir a corrente
e) oxidação do titânio em todas as etapas.
elétrica e de interligar dois eletrodos que estejam
separados e mergulhados num eletrólito. Uma reação
15. Um professor de química disponibilizou para um química que ocorre nesse sistema interligado leva à
grupo de alunos equipamentos, reagentes apropriados e produção de corrente elétrica.
os metais titânio e cádmio e eles construíram uma pilha,
usando também informações dos potenciais padrão de
redução dos eletrodos, conforme as semirreações:
Cd2+ + 2 e– → Cd
E0 = –0,40 V
2+
–
Ti + 2 e → Ti
E0 = –1,63 V
Sobre essa pilha, podemos afirmar corretamente que
a) o titânio sofre redução.
b) o cádmio é o cátodo.
c) no sentido indicado, Cd0 + Ti2+ → Cd2+ + Ti0, a reação é
espontânea.
d) a notação da IUPAC para a tal pilha é: Cd 2+/Cd//Ti/Ti2+. Dados: Zn2+ (aq) + 2e– → Zn (s)
2+
–
e) a diferença de potencial é igual a -2,03 V.
Cu (aq) + 2e → Cu (s)
E0 = – 0,76 V
0
E = + 0,34 V
16. Considere os seguintes dados sobre potenciais- Com base nessas informações, afirma-se que:
padrão de redução:
I. Nessa pilha eletroquímica, a energia produzida pela
reação de oxirredução espontânea é transformada em
eletricidade.
II. Os elétrons caminham espontaneamente, pelo fio
metálico, do eletrodo de zinco para o de cobre.
III. A reação de redução do Cu2+ consome elétrons e,
para compensar essa diminuição de carga, os íons K +
migram para o cátodo através da ponte salina.
IV. A ddp gerada por essa pilha eletroquímica a 25 ºC
equivale a –1,1 V.
Uma tubulação de ferro pode ser protegida contra a É correto o que se afirma em
corrosão se a ela for conectada uma peça metálica
a) I, II e III, apenas.
constituída por
b) I, II e IV, apenas.
c) I, III e IV, apenas.
a) zinco ou cobre.
d) magnésio ou prata.
d) II, III e IV, apenas.
b) zinco ou prata.
e) magnésio ou zinco.
e) I, II, III e IV.
c) cobre ou prata.
19. Numa pilha Ni0/Ni2+//Ag+/Ag, sabemos que o níquel
cede elétrons para o eletrodo de prata e, daí, para os
cátions prata (Ag+). Logo:
17. Pilhas e baterias são dispositivos tão comuns em
nossa sociedade que, sem percebermos, carregamos
vários deles junto ao nosso corpo; elas estão presentes
em aparelhos de MP3, relógios, rádios, celulares etc. As
semirreações descritas a seguir ilustram o que ocorre em
uma pilha de óxido de prata.
Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2 eAg2O + H2O + 2 e- → 2 Ag + 2 OH-
a) a equação da reação é: 2 Ag0 + Ni2+ → 2 Ag+ + Ni0.
b) o eletrodo de prata é o polo negativo.
c) o eletrodo de prata será corroído.
d) o eletrodo de níquel irá aumentar.
e) a concentração de Ni 2+ na solução irá aumentar.
Pode-se afirmar que esta pilha
20. O escurecimento de objetos de prata, como baixelas e
talheres,
é
muito
comum.
Ao
se
cozinhar
a) é uma pilha ácida.
demasiadamente
os
ovos,
as
proteínas
da
clara,
que
b) apresenta o óxido de prata como o ânodo.
contêm
átomos
de
enxofre,
liberam
o
ácido
sulfídrico,
que
c) apresenta o zinco como o agente oxidante.
na forma gasosa e na presença de oxigênio, na água de
d) tem como reação global: Zn + Ag2O → ZnO + 2 Ag.
e) apresenta fluxo de elétrons na pilha do eletrodo de cozimento, pode levar à oxidação do objeto de prata, com
formação de uma fina camada insolúvel de sulfeto de
Ag2O para o Zn.
prata (Ag2S). O mesmo ocorre quando se cozinha
3
21. 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 meia-pilhas constituídas de alumínio
em solução aquosa de seus íons e chumbo em solução
aquosa de seus íons e os potenciais de redução a seguir:
alimentos como o repolho, que contém compostos
sulfurados como a cisteína, estrutura representada na
figura, que sofre decomposição durante o cozimento,
liberando o H2S. As principais reações envolvidas nesse
fenômeno são apresentadas nas equações:
Al+3 (aq) + 3 e- → Al (s)
Pb+2 (aq) + 2 e- → Pb (s)
–
2–
Ag2S (s) + 2 e → 2 Ag (s) + S (aq)
O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4 e– → 2 H2O (l)
E0 = −1,68 V
E0 = −0,13 V
Sobre essa pilha, é correto afirmar que:
0
E = – 0,69 V
E0 = + 1,23 V
a) a equação global desta pilha é 2 Al +3 (aq) + 3 Pb (s) →
2 Al (s) + 3 Pb+2 (aq).
b) a diferença de potencial gerada nesta pilha é de 1,55V.
A diferença de potencial (ddp) para a reação global que
c) o metal alumínio atua como agente oxidante.
representa o fenômeno do escurecimento dos objetos de
d) a espécie Pb+2 (aq) atua como agente redutor.
prata tem valor igual a
e) na semirreação de redução balanceada, a espécie Pb+2
(aq) recebe um elétron.
a) – 2,61 V.
d) + 1,92 V.
b) – 1,92 V.
e) + 2,61 V.
Gabarito: 1. a) Cu; b) Ag; c) Cu; d) Ag+; e) Ag+ + e- → Ag; f) Cu → Cu2+
+
2+
2+
c) + 0,54 V.
+ 2 e ; g) Cu + 2 Ag → Cu + 2 Ag; 2. a) Na; b) Pb; c) Na; d) Pb ; e)
(www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc30/11-EEQ-4407.pdf. Adaptado)
Pb2+ + 2 e- → Pb; f) Na → Na+ + e-; g) 2 Na + Pb2+ → 2 Na+ + Pb; 3. a)
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu; b) 1,10 V; 4. a) Ni + Pd2+ → Ni2+ + Pd; b) Pd2+
diminui e Ni2+ aumenta; 5. a) Cr → Cr3+ + 3 e-; b) Pb2+ + 2 e- → Pb; c) 2
Cr + 3 Pb2+ → 2 Cr3+ + 3 Pb; d) Pb; e) Cr; f) Pb; g) Cr3+; h) Cr → Pb; 6. a)
3,86 V; b) Mg; c) Mg → Au; d) 3 Mg + 2 Au3+ → 3 Mg2+ + 2 Au; 7. a) Li +
Ag+ → Li+ + Ag; b) 3,84 V; 8. a) Mg; b) Mg + Fe2+ → Mg2+ + Fe (Agente
oxidante: Fe2+; agente redutor: Mg); 9. a) Mg < Pb < Cu; b)
Mg/Mg2+//Cu2+/Cu (polo negativo: Mg; polo positivo: Cu); 10. a) O
alumínio oxida por ter um potencial de redução menor que o ferro; b) O
zinco funciona como metal de sacrifício do ferro; 11. a) Zn; b) Zn2+, Hg e
OH-; 12. a) semirreação de oxidação: Cr → Cr3+ + 3 e-; semirreação de
2+
2+
3+
redução: Fe + 2 e → Fe; b) 2 Cr + 3 Fe → 2 Cr + 3 Fe; 13. C; 14.
A; 15. B; 16. E; 17. D; 18. A; 19. E; 20. D; 21. B
.
4