QB70D_S23_S24_ Lista Eletroquimica_2014

Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Câmpus Curitiba
Lista de Exercícios – Eletroquímica
Nome: ____________________________________________________Turma: S23/24 Data de Entrega: 01/09/2014
Disciplina: Química (QB70D) – Prof. Reinaldo Morita
1) A bateria de chumbo usada em automóvel é constituída de um conjunto de pilhas com eletrodos imersos em uma
solução de H2SO4. As semi-reações e os potenciais padrão de redução a 25ºC são:
PbSO 4 (s) + 2 e - 
 Pb(s) + SO 24- (aq)
Eº = -0,356V
Eº = 1,615V
PbO2 (s) + 4 H (aq) + SO (aq) + 2 e 
 PbSO 4 (s) + 2 H2O(l)
a) Escreva a equação da reação global e calcule o potencial padrão da pilha.
b) Indique os números de oxidação do chumbo e do enxofre nas substâncias da pilha.
+
24
-
2) Uma das vantagens da utilização de reagentes oxidantes na purificação da água, comparando com outros tipos de
tratamento, é que os produtos da oxidação química de compostos orgânicos são apenas o dióxido de carbono e a
água. Na tabela a seguir são listados alguns agentes oxidantes com seus potenciais-padrão de redução.
Considerando apenas os parâmetros apresentados, forneça o nome do
agente que é menos eficiente para a oxidação do material orgânico e
escreva a equação que representa a semi-reação de redução desse
agente.
3) A figura apresenta uma célula voltaica utilizada para medida de potencial de redução a 25°C. O eletrodo padrão de
hidrogênio tem potencial de redução igual a zero. A concentração das soluções de íons H+ e Zn2+ é de 1,00 mol/L.
Utilizando, separadamente, placas de níquel e de cobre e suas
soluções Ni2+ e Cu2+, verificou-se que Ni e Cu apresentam potenciais
padrão de redução respectivamente iguais a –0,25 V e +0,34 V.
a) Escreva as equações de redução, oxidação e global e
determine o valor do potencial padrão de redução do Zn.
b) Para a pilha de Ni e Cu, calcule a ddp (diferença de potencial)
e indique o eletrodo positivo.
4) Células a combustível geram eletricidade usando reagentes que são fornecidos continuamente. Veículos movidos
com essas células são soluções promissoras para a emissão-zero, ou seja, não são produzidos gases poluentes,
uma vez que o único produto é a água. Considere duas células a combustível, sendo uma alcalina, empregando
KOH(aq) como eletrólito, e uma de ácido fosfórico, empregando H3PO4(aq) como eletrólito. Com base nas semi-reações
abaixo, calcule o potencial-padrão de cada célula.
O 2 (g)
 4H  (aq)

4e 

2H 2 O(l)
E 0 /V
 1,23

O 2 (g)
 2H 2 O(l) 
4e
 4OH (aq)  0,40
2H  (aq) 
2e 
 H 2 (g)
0,00


2H 2 O(l) 
2e
 H 2 (g)  2OH (aq)  0,83
5) As equações químicas das semi-reações, que ocorrem em uma pilha utilizada em aparelhos de audição, são:
o
ZnO(s) + H2O(l) + 2 e  Zn(s) + 2OH (aq)
E =  0,76V


HgO(s) + H2O(l) + 2 e  Hg(l) + 2OH (aq)
Eo = + 0,85V
a) Qual a equação global e o potencial-padrão da pilha?
b) Qual dos seguintes óxidos, Ag2O, Al2O3, MgO, poderia substituir o HgO nessa pilha? Justifique.
+
o
3+
2+
o
DADOS: Ag /Ag E = + 0,80V;
Al /Al
Eº =  1,66V
Mg /Mg E = 2,36V
6) Considere as seguintes afirmações sobre células galvânicas.
I.
O eletrodo com potencial de redução maior atua como polo positivo.
II.
Os elétrons circulam do polo positivo para o polo negativo.
III.
No polo negativo ocorrem semi-reações de oxidação.
Das afirmativas acima estão corretas:
a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas III.
d) Apenas I e III.
e) Apenas II e III.
7) A célula a combustível é um dispositivo cujo funcionamento se baseia na reação do oxigênio com o hidrogênio,
formando água e liberando energia. O gás hidrogênio, combustível da célula, pode ser obtido, dentre outros métodos,
a partir do álcool (metanol ou etanol) em um processo chamado reforma. A reforma do etanol, CH3CH2OH, consiste
em seu aquecimento em um reator adequado, com a presença de vapor d’água e de um catalisador, formando-se
como produtos o CO2 e o H2.
A figura representa um esquema simplificado de uma célula a combustível, alcalina, usada para geração de energia
elétrica.
Para a célula alcalina ao lado são dadas as equações das semi-reações de
redução:
2H2O() + 2e-
H2(g) + 2OH-(aq)
O2(g) + 2H2O() + 4e-
E0 = -0,83 V
4OH-(aq) E0 = +0,40 V
Fontes alternativas de energia vêm sendo estudadas por diversos países. No
Brasil, a tecnologia de células a combustível vem sendo desenvolvida com o
apoio do Ministério da Ciência e Tecnologia por meio do Programa Brasileiro
de Sistemas de Células a Combustível. Num futuro não distante, elas poderão
ser utilizadas em escala comercial para gerar energia para domicílios,
hospitais e bancos, no funcionamento de telefones celulares e até mesmo em
substituição aos combustíveis fósseis nas frotas de ônibus, automóveis, etc.
a) Escreva a equação da reação global da célula a combustível alcalina e apresente os cálculos da diferença de
potencial dessa pilha.
b) Compare os produtos gerados na utilização de combustíveis derivados do petróleo e na célula a combustível.
c) Com base nessa comparação, qual é a vantagem ambiental da utilização da célula a combustível na produção
de energia?
8) Qual dos solutos abaixo pode ser utilizado em uma reação de eletrólise da água para se obter gás hidrogênio (H2)
e gás oxigênio (O2)?
a) Al(NO3)3
b) AgNO3
c) LiNO3
d) KCl
e) NiCl2
9) Considere o processo de obtenção do fluoreto de potássio representado a seguir e responda ao que se pede.
KMnO4  HF  KF  MnF2  H 2 O  F2
a) Pelo método de oxidação e redução, obtenha os coeficientes para os compostos da reação, de forma que ela
fique devidamente balanceada.
b) Indique os agentes oxidante e redutor na reação.
10) Calcule a massa de prata depositada no cátodo de uma eletrólise de AgNO 3, em que a carga elétrica utilizada foi
6
de 1,93.10 C. (Dado: Massa atômica da Ag = 108g/mol)
11) Numa pilha o ânodo de zinco tem massa igual a 13g. Considerando que o zinco foi totalmente consumido, qual a
quantidade de carga gerada por essa pilha? (Dado: Massa atômica do Zn= 65g/mol)
12) Calcule a massa de metal produzida no cátodo pela eletrólise do KCl durante 3horas, com uso de corrente
elétrica de 20 ampéres.
13) 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)  2H 2O()  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.
14) Dados:
Mg 2  2e   Mg
Cu 2  2e   Cu
E 0  2,37V
E 0  0,34V
Determine:
a) o valor do potencial padrão da cela para uma pilha galvânica na qual um eletrodo é de cobre imerso numa
solução de Cu2+ 1,0 M e o outro é magnésio imerso numa solução de Mg2+ 1,0 M;
b) o eletrodo que é o catodo;
c) a equação global para o processo espontâneo da pilha;
15) Represente, para cada uma das substâncias listadas, as reações envolvidas no processo de eletrólise ígnea,
nesta ordem:
1º dissociação iônica
2º reação catódica
3º reação anódica
4º reação global
a) NaF
b) CaCl2
c) KBr
d) MgBr2
16) Sabendo que 96500C é a carga relativa a 1mol de elétrons. Na eletrólise ígnea do CaCl 2, com passagem de 8A
de eletricidade, durante 5h qual será a massa a ser depositada no cátodo?
17) Sobre o processo de eletrólise em solução aquosa do Pb(NO3)2, julgue os itens com V ou F, conforme sejam
verdadeiros ou falsos.
(
) Haverá formação de Pb metálico no ânodo
(
) Haverá formação de gás oxigênio no polo positivo
(
) Haverá formação de gás hidrogênio no cátodo
(
) Haverá formação de Pb no polo negativo
(
) O pH da solução resultante será menor do que 7
18) O processo de passivação ocorre quando o metal que sofre oxidação é protegido por filmes ou óxidos metálicos.
Por que a passivação não pode ser utilizada para proteger metais como o Fe?
19) Uma corrente elétrica, de intensidade constante, atravessa uma cuba eletrolítica contendo uma solução 0,1 molar
de AgNO3. Decorridos 10 minutos, teremos formado no cátodo e no ânodo, respectivamente, as seguintes
substâncias:
CÁTODO
ÂNODO
a)
H2(g)
NO2(g)
b)
Ag
c)
0
H2(g)
Ag
0
O2(g)
d)
H2(g)
O2(g)
e)
Ag
0
NO3(aq)
20) A eletrólise em série de uma solução aquosa de sulfato de zinco e de uma solução aquosa de iodeto de potássio
é esquematizada a seguir.
A respeito deste sistema foram feitas as seguintes afirmações.
I. Nos ânodos (pólos +) formam-se zinco metálico e gás hidrogênio.
II. O volume de gás oxigênio (O2) formado no frasco A é a metade do volume
de gás hidrogênio (H2) formado no frasco B.
III. A massa de zinco formada no frasco A é igual à massa de iodo formado
no frasco B.
IV. A solução resultante no frasco B apresenta pH > 7.
Estão corretas as afirmações
a) I e III.
b) I, II e III.
c) II e IV.
d) III e IV.
e) I, II e IV.
21) Considere, NiSO4(aq) e AgNO3(aq). Quando a mesma quantidade de eletricidade passa através das duas soluções,
é depositado 0,1 mol de Ni(s). Com base nesta informação, podemos determinar que a massa, em grama, de Ag(s)
depositada é de, aproximadamente:
a) 2,2
b) 5,4
c) 10,8
d) 21,6
e) 43,2
22) Durante o processo de corrosão há a oxidação do metal fazendo com que este se deteriore com o tempo. Para
minimizar a corrosão, quais são os métodos eletroquímicos que pode ser utilizados? Explique o funcionamento de
cada um deles.
23) Qual a condição indispensável para a ocorrência do processo de corrosão?
24) Com o passar do tempo, objetos de prata geralmente adquirem manchas escuras que são películas de sulfeto de
prata (Ag2S) formadas na reação da prata com compostos que contém enxofre encontrados em vários alimentos. Um
dos processos para limpar o objeto escurecido consiste em colocá-lo em um recipiente de alumínio contendo água e
detergente e aquecer até a fervura. O detergente retira a gordura do objeto facilitando a reação do alumínio da
panela com o sulfeto de prata, regenerando a prata com seu brilho característico.
2 Al(s) + 3 Ag2S(s) → Al2S3(s) + 6 Ag(s)
Sobre o assunto relativo ao texto acima, escreva V para as afirmativas verdadeiras ou F para as afirmativas falsas.
( ) A prata ao adquirir manchas escuras sofre oxidação.
( ) Na reação entre alumínio e o sulfeto de prata, o alumínio é o ânodo do processo.
( ) A prata possui maior potencial de oxidação do que o alumínio.
( ) A presença do detergente na água diminui o potencial de oxidação do alumínio.
( ) O alumínio é menos reativo do que a prata.
25) Qual o processo e o sinal do pólo no ânodo:
a) De uma célula galvânica
b) De uma célula eletrolítica
26) Dados os metais: Zn, Ag, Au, Mg com seus respectivos potenciais de redução (- 0,76V), (+ 0,80V), (+ 1,50V) e (2,73V); e sabendo-se que:
2H+ + 2e– → H2
E0 = 0,00 V
a) indique os dois metais que têm possibilidade de reagir com ácidos para produzir hidrogênio (H2);
b) escreva uma reação de deslocamento, possível, usando o ácido sulfúrico.
27) Considere uma pilha de prata/magnésio e as semi-reações representadas abaixo, com seus respectivos
potenciais de redução.
2+
–
Mg + 2e → Mg
E° = - 2,37 V
1+
–
Ag + e → Ag
E°= + 0,80 V
O oxidante, o redutor e a diferença de potencial da pilha estão indicados, respectivamente, em:
+
+2
+
a) Mg, Ag , + 3,17
b) Mg , Ag, - 3,17
c) Mg, Ag , + 3,97
+
+
d) Ag , Mg, + 3,17
e) Ag , Mg, + 1,57
28) Dados:
 Zn2+ + 2e– → Zn
Eº = – 0,76 V
 Cu2+ + 2e– → Cu
Eº = + 0,34 V
 F = 9,65.104C
R = 8,314 J.mol-1.K-1
a) Desenhe a pilha de Daniell incluindo uma ponte salina de KCl
b) Indique qual metal será o cátodo e qual será o ânodo desta pilha
c) Indique a espécie redutora e a espécie oxidante
d) Indique o fluxo de elétrons nesta pilha
e) Considerando que teremos inicialmente solução de ZnSO4 1 mol/L (solução incolor) e solução de CuSO4 1
mol/L (solução azul), o que se observa quando os dois eletrodos entram em contato com as soluções, após
certo tempo de funcionamento da pilha galvânica?
f) Qual a função da ponte salina neste processo?
g) Qual a fem (d.d.p) desta pilha?
h) Qual o valor de Gº desta pilha?
i) Qual o valor de K para esta pilha?
j) Calcule o potencial desta pilha quando a concentração de ZnSO4 for 1 mol/L e a de CuSO4 for de 0,002 mol/L
29) Observe as afimações abaixo e assinale V (verdadeira) e F (Falsa)
(
) o processo de eletrólise ígnea ocorre espontaneamente estando o eletrólito fundido.
(
) no processo de eletrólise em solução com eletrodos inertes, soluto e solvente podem sofrer eletrólise.
(
) o ânodo de uma célula galvânica é o polo positivo responsável pelo processo de oxidação.
(
) o processo de eletrólise ocorre independente da voltagem cedida pelo gerador.
(
) em uma célula galvânica os eletrodos podem estar no mesmo recipiente e a movimentação dos íons será
feita apenas por um eletrólito.
(
) o diagrama de uma pilha contendo ponte salina e tendo como eletrodos o eletrodo padrão de hidrogênio
+
6+
3+
(EPH) e Cr(VI) reduzido a Cr(III) pode ser representada: Pt(s)|H2(g)|H ||Cr (aq)|Cr (aq)
30) Considerando a reação de eletrólise do H2SO4 em solução aquosa, analisando a tabela de prioridade de descarga
e o esquema abaixo responda:
a) Escreva as reações de ionização
 Da água
 Do H2SO4
b) Escreva as semi-reações envolvidas na eletrólise
c) Escreva a equação global do processo
d) Qual será o gás produzido em A
e) Qual será o gás produzido em B
f) O meio ao final da eletrólise será ácido, básico ou
neutro?
31) Qual a massa de Zn depositada em uma barra de ferro em um processo eletrolítico com duração de 20min e
corrente de 1,5A (Massa atômica do Zn: 65g/mol)
32) Para deposição de um metal X em uma barra de aço foram necessários 38,6.104C. Qual o número de oxidação
do metal X?