Aulas sobre eletrolise, Slides de Química

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ELETRÓLISE

A eletrólise é um processo onde as reações são forçadas a ocorrer por meio de uma corrente elétrica que fornece energia ao sistema. Pilha Eletrólise

ENERGIA

QUÍMICA

ENERGIA

ELÉTRICA

4 𝐻 2 𝑂(𝑙) → 4 𝐻(𝑎𝑞)

• 4 𝑂𝐻(𝑎𝑞) − (autoionização) 4 𝐻(𝑎𝑞)
• 4 𝑒 − → 2 𝐻 2 (𝑔) (cátodo) 4 𝑂𝐻 (𝑎𝑞) − → 2 𝐻 2 𝑂(𝑙) + 𝑂 2 (𝑔) + 4𝑒 − (ânodo) 2 𝐻 2 𝑂(𝑙)→ 2 𝐻 2 (𝑔) + 𝑂 2 (𝑔) (global) 4 𝐻 2 𝑂(𝑙) → 4 𝐻(𝑎𝑞)
• 4𝑂𝐻(𝑎𝑞) − (autoionização) 𝐻 2 𝑆𝑂 4 (𝑙) → 2 𝐻(𝑎𝑞)
• 𝑆𝑂 4 (𝑎𝑞) 2 − (dissociação) Eletrólise da água Íons gerados na solução*: E quais destes 4 íons participarão do processo? *Escolher um ácido, base ou sal cujos íons tenham menos facilidade para sofrer descarga nos eletrodos que os íons da água.

𝑐𝑒𝑙 𝜃 = 𝐸 𝑟𝑒𝑑 𝜃 (𝑐á𝑡𝑜𝑑𝑜) − 𝐸 𝑟𝑒𝑑 𝜃 (â𝑛𝑜𝑑𝑜)

(𝑎𝑞)

• 𝐶𝑙 (𝑎𝑞) − (x2) (dissociação) 𝐻 2 𝑂(𝑙) → 𝐻 (𝑎𝑞)
• 𝑂𝐻 (𝑎𝑞) − (x2) (autoionização) 2 𝐶𝑙 (𝑎𝑞) − → 𝐶𝑙 2 (𝑔) + 2 𝑒 − (ânodo) 2 𝐻 (𝑎𝑞)
• 2 𝑒 − → 𝐻 2 (𝑔) (cátodo) 2 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) + 2 𝐻 2 𝑂(𝑙)→ 2 𝑁𝑎(𝑎𝑞)
• 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞) −
• 𝐶𝑙 2 (𝑔) + 𝐻 2 (𝑔) (global) 𝐸 𝑐𝑒𝑙 𝜃 = 0 , 0 − 1 , 36 = − 1 , 36 𝑉 Eletrólise aquosa

(𝑎𝑞) 2 +

• 𝑆𝑂 4 (𝑎𝑞) 2 − (dissociação) 𝐻 2 𝑂(𝑙) → 𝐻 (𝑎𝑞)
• 𝑂𝐻 (𝑎𝑞) − (x 2 ) (autoionização) 4 𝑂𝐻 (𝑎𝑞) − → 2 𝐻 2 𝑂(𝑙) + 𝑂 2 (𝑔) + 4 𝑒 − (x 0 , 5 ) 𝐸 𝑜𝑥𝑖 𝜃 = − 0 , 40 𝑉 (ânodo) 𝐶𝑢 (𝑎𝑞) 2 +
• 2 𝑒 − → 𝐶𝑢(𝑠) 𝐸 𝑟𝑒𝑑 𝜃 = + 0 , 34 𝑉 (cátodo) 𝐶𝑢𝑆𝑂 4 (𝑎𝑞) + 𝐻 2 𝑂(𝑙)→ 2 𝐻 (𝑎𝑞)
• 𝑆𝑂 (𝑎𝑞) 2 −
• 𝐶𝑢(𝑠) + 1 2 𝑂 2 (𝑔) (global) 𝐸 𝑐𝑒𝑙 𝜃 = 𝐸 𝑟𝑒𝑑 𝜃 (𝑐á𝑡𝑜𝑑𝑜) − 𝐸 𝑟𝑒𝑑 𝜃 (â𝑛𝑜𝑑𝑜) 𝐸 𝑐𝑒𝑙 𝜃 = 0 , 34 − 0 , 40 = − 0 , 06 𝑉

Eletrólise da alumina 2 𝐴𝑙 2 𝑂 3 (𝑠)→ 4 𝐴𝑙 (𝑙) 3 +

• 6 𝑂 (𝑙) 2 − (ionização por fusão) 2 𝑂 (𝑙) 2 − → 𝑂 2 (𝑔) + 4 𝑒 − (x 3 ) (ânodo) 𝐴𝑙 (𝑙) 3 +
• 3 𝑒 − → 𝐴𝑙(𝑙) x4 (cátodo) 2𝐴𝑙 2 𝑂 3 (𝑠)→ 3𝑂 2 (𝑔) + 4 𝐴𝑙(𝑙) (global) Eletrocoagulação (tratamento de água) 𝑀 (𝑠) 0 → 𝑀 (𝑎𝑞) 𝑛+
• 𝑛𝑒 − (ânodo) 2 𝐻 2 𝑂(𝑙) + 2 𝑒 − → 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞) −
• 𝐻 2 (𝑔) (cátodo) 𝑀 (𝑎𝑞) 𝑛+
• 𝑛𝑂𝐻 (𝑎𝑞) − → 𝑀(𝑂𝐻)𝑛(𝑠) (em solução)

Revestimento de uma peça com: níquel: niquelação cromo: cromagem prata: prateação ouro: douração zinco: zincagem estanho: estanhagem peças de ferro e de aço revestidas com zinco: galvanização

(𝑎𝑞) 3 +

• 3 𝑒 − → 𝐴𝑢(𝑠) (cátodo) 𝐴𝑢(𝑠)→ 𝐴𝑢 (𝑎𝑞) 3 +
• 3 𝑒 − (ânodo) Galvanoplastia ou eletrodeposição metálica

EXERCÍCIO 1.

Uma corrente elétrica de 5 A atravessa uma solução de cloreto de ouro (AuCl 3 ) durante 30 min. Sabendo-se que o peso atômico do ouro é 197 u, calcule a massa de ouro depositado no cátodo. 3 mol 𝑒 − (^) ______________ 1 mol de 𝐴𝑢 0,0933 mol 𝑒 − (^) _______ x x = 0,031 mol de 𝑨𝒖 1 mol 𝐴𝑢

197 g 0,031 mol 𝐴𝑢

x x = 6,11 g de 𝑨𝒖

𝑄 = 5 A. 30. 60 s 𝑄 = 9000 C 96485 C (Faraday)

1 mol de 𝑒 − 9000 C

x x = 0,0933 mol de 𝑒 −

(𝑎𝑞) 3 +

• 3 𝐶𝑙 (𝑎𝑞) − 𝐴𝑢 (𝑎𝑞) 3 +
• 3 𝑒 − → 𝐴𝑢(𝑠)

EXERCÍCIO 2.

Numa eletrólise, durante 150 min, uma corrente de 0 , 15 A de uma solução salina do metal, cuja massa atômica é 112 u, depositou 0 , 783 g desse metal. Qual a valência do metal? 𝐸 =

0 ,783 g = 0,15 A (150 x 60 s) 𝐸 98485 C 𝑚𝑜𝑙 − 1 55 , 96 𝑔 𝑚𝑜𝑙 − 1 =

− 1 𝑘 𝒌 = 𝟐 1𝐴 = 1 𝐶𝑠 − 1 𝐸 = 55 , 96 𝑔 𝑚𝑜𝑙 − 1 0 , 783 g =

0 , 15 C 𝑠

− 1 ( 150 x 60 s) 𝐸 98485 C 𝑚𝑜𝑙 − 1

EXERCÍCIO 4.

Alumínio é produzido pela eletrólise de seu óxido dissolvido em criolita fundida. Encontre a massa de alumínio que pode ser produzida em 1 dia em uma célula eletrolítica operando continuamente a 1 , 0 x 10 5 A. A criolita não reage. 𝑚 =

5 𝐴 86400 𝑠 9 ,0𝑔𝑚𝑜𝑙 − 1 96485 𝐶𝑚𝑜𝑙 − 1

− 1 1 𝐴 = 1 𝐶𝑠 − 1 𝑚 =

5 𝐶 𝑠 − 1 86400 𝑠 9 , 0 𝑔𝑚𝑜𝑙 − 1 96485 𝐶𝑚𝑜𝑙 − 1 𝒎 = 𝟖, 𝟎𝟔𝒙𝟏𝟎 𝟓 𝒈

(𝑎𝑞) 3 +

• 3 𝑒 − → 𝐴𝑙(𝑙)