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Células eletroquímica e pilhas, Notas de estudo de Química Inorgânica

Notas de estudo acerca de oxirredução e células galvânicas

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

mariana-de-souza-martins
mariana-de-souza-martins 🇧🇷

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17/10/2022 Universidade Estadual de Campinas 1
Células eletroquímicas e
pilhas
(1) Limpeza das lâminas de zinco,
alumínio e cobre com água e
etanol
(2) Células galvânicas ligadas
pela ponte salina de NH4Cl e
medição do potencial
Célula galvânica: constituída por dois eletrodos
(condutores metálicos) onde ocorre o fluxo de e
por uma ponte salina que garante o equilíbrio
de cargas nos eletrólitos
Ânodo (-) ----e----> Cátodo (+)
Oxidação Redução
perde e- ganha e-
Potencial de redução (tendência em sofrer
redução, ganhar e)
A diferença entre o real e o teórico pode ser
explicada pela passivação do eletrodo metálico
(menor atividade devido à formação de uma
película de produto de corrosão; composição da
ponte salina; variação da concentração do
eletrólito
Al3+ + 3e -> Al. -1.66V
Cu2+ + 2e -> Cu. +0.337V
Zn2+ + 2e -> Zn. -0.763V
Al > Zn > Cu
• Al/Al3+||Cu2+/Cu
Cu2+ + 2e -> Cu
Al -> Al3+ + 3e
3Cu2+ + 6e -> 3Cu
2Al -> 2Al3+ + 6e
Global: 3Cu2+ + 2Al -> 3Cu + 2Al3+
E° = Ered – Eoxi
E° = 0,337 – (-1,66)
E°teórico = 1,997V
E°experimental = 1,093V
•Al/Al3+||Zn2+/Zn
3Zn2+ + 6e -> 3Zn
2Al -> 2Al3+ + 6e
Global: 3Zn2+ + 2Al -> 3Zn + 2Al3+
E°teórico = -0,763 – (-1,66)
E°teórico = 0,897V
E°experimental = -0,645V
• Cu2+/Cu||Zn2+/Zn
Cu2+ + 2e -> Cu
Zn -> Zn2+ + 2e
Global: Cu2+ + Zn -> Cu + Zn2+
E°teórico = 0,337 – (-0,763)
E°teórico = 1,1V
E°experimental = 1,093V
(3) Substituir a ponte salina por
um fio de cobre e depois por KCl
Célula Teóric
o
NH4Cl Fio
cobre
KCl
Al/Al3+|Cu2+/
Cu
1,997V 0,432V 0,530V 1,087
V
Al/Al3+|Zn2+/
Zn
0,897V -0,645V -0,541V -
0,370
V
Cu/Cu2+|
Zn2+/Zn
1,1V 1,093V 0,897V 0,514
V
PROCEDIMENTO
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17/10/2022 Universidade Estadual de Campinas 1

Células eletroquímicas e

pilhas

(1) Limpeza das lâminas de zinco, alumínio e cobre com água e etanol (2) Células galvânicas ligadas pela ponte salina de NH 4 Cl e medição do potencial Célula galvânica: constituída por dois eletrodos (condutores metálicos) onde ocorre o fluxo de e por uma ponte salina que garante o equilíbrio de cargas nos eletrólitos Ânodo (-) ----e----> Cátodo (+) Oxidação Redução perde e-^ ganha e- Potencial de redução (tendência em sofrer redução, ganhar e) A diferença entre o real e o teórico pode ser explicada pela passivação do eletrodo metálico (menor atividade devido à formação de uma película de produto de corrosão; composição da ponte salina; variação da concentração do eletrólito Al3+^ + 3e -> Al. -1.66V Cu2+^ + 2e -> Cu. +0.337V Zn2+^ + 2e -> Zn. -0.763V Al > Zn > Cu

  • Al/Al3+||Cu2+/Cu Cu2+^ + 2e -> Cu Al -> Al3+^ + 3e 3Cu2+^ + 6e -> 3Cu 2Al -> 2Al3+^ + 6e Global: 3Cu2+^ + 2Al -> 3Cu + 2Al3+ E° = Ered – Eoxi E° = 0,337 – (-1,66) E°teórico = 1,997V E°experimental = 1,093V •Al/Al3+||Zn2+/Zn 3Zn2+^ + 6e -> 3Zn 2Al -> 2Al3+^ + 6e Global: 3Zn2+^ + 2Al -> 3Zn + 2Al3+ E°teórico = -0,763 – (-1,66) E°teórico = 0,897V E°experimental = -0,645V
    • Cu2+/Cu||Zn2+/Zn Cu2+^ + 2e -> Cu Zn -> Zn2+^ + 2e Global: Cu2+^ + Zn -> Cu + Zn2+ E°teórico = 0,337 – (-0,763) E°teórico = 1,1V E°experimental = 1,093V (3) Substituir a ponte salina por um fio de cobre e depois por KCl Célula Teóric o NH4Cl Fio cobre KCl Al/Al3+|Cu2+/ Cu

1,997V 0,432V 0,530V 1,

V

Al/Al3+|Zn2+/ Zn

0,897V -0,645V -0,541V -

V

Cu/Cu2+| Zn2+/Zn

1,1V 1,093V 0,897V 0,

V

PROCEDIMENTO

17/10/2022 Universidade Estadual de Campinas 1

(4) Adição em gotas de NH 3 na solução de CuSO 4 e medição de potencial com o eletrodo de zinco N° gotas de NH 3 E°inicial E°exp 20 1,093V 1,029V 40 1,093V 1,081V 60 1,093V 1,073V (5) Célula galvânica formada por dois béqueres com água destilada e eletrodos de zinco e cobre interligados com a ponte salina de KCl E°exp = 0.963V A diferença entre os valores teóricos e experimentais devem-se, a erros experimentais na execução do experimento e erros da aparelhagem de medidas. Além disso, o material fornecido possui grande capacidade de formar óxidos em sua superfície, como as placas de cobre e alumínio, o que contribui para a diminuição da diferença de potencial. Acrescenta-se a isso que o potencial teórico calculado não considera a quantidade em mols de elétrons envolvidos, a atividade das substâncias utilizadas e o sal da ponte salina; com isso, o potencial experimental poderia ser bem mais próximo do real, considerando esses fatores que em boa parte é feito pela equação de Nernst Ao a amônia interagir com os Cu2+ livres na solução de CuSO4, nota-se uma precipitação na solução. Assim, diminui-se a quantidade de íons livres na solução e, consequentemente, de elétrons que passam pelo fio. Dado que o numero de Cu2+ que sofrem redução é menor, diminuindo assim o potencial

  • A ponte salina tem a função de fechar o circuito para promover a passagem de elétrons e o fluxo de corrente contínua entre os béqueres. Além de equilibrar as cargas, mantendo a neutralidade das soluções para que a pilha não acabe rapidamente
  • Diferenças encontradas de acordo com a ponte salina: KCl: Com a hidrólise forma-se KOH (base forte) e HCl (ácido forte), sendo assim capaz de manter neutras as soluções NH4Cl: NH4OH (base fraca) e HCl (ácido forte), assim a parte que forma a base e vai pro cátodo não consegue manter a solução eletricamente neutra, diminuindo os cátions na solução e também o potencial Fio de cobre: Apenas fecha o circuito, dado que não tem íons que neutralizam as soluções, fazendo com que as placas sejam desgastadas com o tempo promovendo uma diminuição do potencial