eletrolise da agua, Provas de Química

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Universidade Federal Rural de Pernambuco

Licenciatura em Química

Noite

ELETRÓLISE DA ÁGUA

Recife

Universidade Federal Rural de Pernambuco

Licenciatura em Química

Noite

ELETRÓLISE DA ÁGUA

Alunos:

• Alice Sales;
• Dyego Timoteo;
• Flávia Pimentel;
• Heliana Caroline;
• Liúbica Malheiros.

Disciplina: Química Experimental

Professores: Valberes Nascimento

Mônica Belian fabaaa

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Objetivo

Eletrolisar soluções e investigar a natureza dos produtos da eletrólise; Conceituar eletrólise, célula eletrolítica, cátodo, ânodo e semi-reação.

Introdução

A eletroquímica trata da conversão de energia elétrica em energia química nas células eletrolíticas, sendo armazenadas nos produtos da reação; assim como da conversão de energia química em energia elétrica nas pilhas galvânicas ou voltaicas. Em uma célula eletrolítica, ocorre um processo chamado de eletrólise, na qual a passagem de eletricidade através da solução fornece energia suficiente para promover, desse modo, uma reação química não – espontânea forçada de oxirredução, ocorrendo através da aplicação de uma diferença de potencial chamada ddp dada entre dois eletrodos. Por um lado, uma pilha galvânica, porém, é uma fonte de eletricidade resultante de uma reação espontânea de oxirredução que ocorre em solução, enquanto uma eletrólise é um armazenamento de energia química dada por uma corrente elétrica.

Pilhas de telefones celulares e baterias de automóveis são exemplos típicos de aplicações da eletrólise na armazenagem de energia para transporte e uso posterior. Além disso, a eletrólise é usada para fabricar muitas substâncias químicas importantes, de uso cotidiano entre nós. Como exemplos temos a soda cáustica, NaOH (Hidróxido de Sódio), usada na fabricação de sabão, papel e muitas outras substâncias químicas; a água sanitária, NaClO (Hipoclorito de Sódio).

Eletrólise é o processo onde a energia elétrica é convertida em energia química, provocando a decomposição do composto em íons e é por meio da passagem de uma corrente contínua entre esses íons que são obtidos esses elementos químicos. Sendo assim, eletrolise é a separação dos elementos químicos de um composto através da eletricidade. As reações químicas que ocorrem durante a eletrólise não são espontâneas, são forçadas a ocorrerem através da aplicação de uma diferença de potencial entre os eletrodos.

A eletrólise, portanto, é um processo eletroquímico caracterizado pela ocorrência de reações de oxi-redução em uma solução condutora eletrolítica quando se estabelece uma diferença de potencial elétrico por uma fonte de corrente contínua entre dois ou mais eletrodos mergulhados nessa solução. O potencial necessário para a reação ocorrer, depende da reação química envolvida e que está intimamente relacionada à energia livre da reação reversa.

O entendimento da eletrólise só é possível se conhecermos o comportamento de todas as substâncias envolvidas no processo, pois cada substância se comporta de determinada maneira quando em solução e, em especial, quando uma corrente elétrica atravessa essa solução.

As aplicações mais comuns da eletrólise são as produções de alumínio e magnésio, extração de metais de seus sais, a preparação do cloro, flúor e hidróxido de sódio e na refinação de cobre.

Procedimento Experimental

1. Eletrólise de soluções aquosas

1.1.. Utilizando uma fonte de corrente contínua e dois eletrodos de platina num sistema como aquele mostrado na ilustração abaixo, efetuar a eletrólise das soluções abaixo até obter um volume de gás de vários mililitros:

a) Água acidificada com ácido sulfúrico 1:20;

b) Água acidificada com ácido nítrico 1:20;

c) Água acidificada com ácido clorídrico 1:20;

d) Água alcalinizada com hidróxido de sódio 10% (m/v).

1.2.. Com auxílio de um voltímetro, identificar a polaridade dos respectivos eletrodos.

1.3.. Comparar o volume de gás obtido no ânodo com o volume de gás obtido no cátodo.

1.4.. Aproximar a chama de uma vela ao gás recolhido no cátodo (um pequeno estampido será ouvido, resultante da explosão do gás hidrogênio).

1.5.. Apagar uma vela de modo a manter o pavio em brasa para introduzi- lo rapidamente no tubo de ensaio contendo o gás produzido no ânodo (uma intensificação da brasa será observada, que pode até provocar o re-acendimento da vela, comprovando a presença do gás oxigênio).

Resultados e Discussão

Em um béquer de 1000mL foi colocado água acidificada com ácido nítrico 1:20, e dentro da solução tinha dois tubos de ensaio de cabeça para baixo completamente cheio da mesma solução (teve-se bastante cuidado para que na hora de mergulhar o tubo não entrasse nem um ar). Em cada tubo foi colocado um eletrodo de platina (a platina não vai influenciar em nada no experimento porque é um metal inerte), que estavam ligados a uma fonte de corrente contínua, pois a corrente que sai das tomadas é alternada e tem uma freqüência de 60 Hz,ou seja, seus pólos são alternados 60 vezes a cada segundo. Já que para efetuar a eletrólise precisa de uma corrente em que o fluxo de elétrons seja constante e ordenado sempre numa mesma direção, foi utilizada desta forma a fonte retificadora de corrente e tensão.

O eletrodo do pólo negativo ocorreu a formação gás hidrogênio, o eletrodo do pólo positivo ocorreu a formação do gás oxigênio.

A equação que representa a formação de H 2 no cátodo:

4H +^ + 4e-^ ↔ 2H (^2)

A equação que representa a formação de O 2 no ânodo:

2H (^) 2O ↔ O 2 + 4H+^ + 4e-

Somando as duas equações verifica-se que a água é a responsável pela formação dos dois gases:

2H 2O ↔ O 2 + 2H 2

O volume dos gases deveria obedecer à proporção estequiométrica de 2:1, mas a quantidade de hidrogênio formado foi maior em relação ao oxigênio devido a sua menor solubilidade em água. Parte do oxigênio dissolve na água pelo fato de suas moléculas estarem em constante movimento e, dessa forma, essas moléculas se chocam com os obstáculos que encontram no caminho, sendo assim dissolvido na água. Após a formação dos gases foram retirados os eletrodos dos tubos de ensaio e aproximou a chama da vela ao tubo que cotinha o gás hidrogênio e como afirma a literatura foi

Conclusão

Ao findar a resolução deste trabalho, concluo que eletrólise é o processo inverso

da pilha, ou seja, enquanto a pilha é uma reação espontânea, a eletrólise é uma reação

induzida, com descarga de íons que se baseia na conversão de energia elétrica em

energia química.

Ao efetuarmos a quebra das ligações entre átomos de Hidrogênio e Oxigênio,

ocorre a decomposição da água. Quando a molécula é decomposta na eletrólise, os

átomos livres procuram reagir novamente para formar novas moléculas. Dessa forma ao

se quebrar duas moléculas de água podem formar duas novas moléculas de Hidrogênio

gasoso e uma molécula de Oxigênio.

Verificou – se também, no experimento que o ácido nítrico usado na

concentração de 1:20 funcionou como catalisador da reação de eletrolise da água,

fornecendo cátions de Hidrogênio para a solução. Os ânions de nitrato liberados pelo

ácido nítrico são muito estáveis, não reagindo durante a eletrólise.

Questões

1. Quais as semi-reações e a reação total em cada eletrólise efetuada?

Semi-reação do ânodo: 2H2O ↔ O 2 + 4H +^ + 4e-

Semi-reação do cátodo: 4H+^ + 4e-^ ↔ 2H 2

Reação total da eletrólise: 2H2O ↔ 2H 2 + O 2

2. Por que os volumes dos gases recolhidos nos tubos de ensaio não obedecem à proporção de 2:1, esperada teoricamente? Devido à solubilidade desses gases em água; como o oxigênio é mais solúvel em água do que o hidrogênio, seu volume total diminui e, conseqüentemente, não obedece à estequiometria 2:1.
3. Ao contrário do que ocorre na eletrólise de uma solução aquosa de ácido clorídrico, a eletrólise de uma solução aquosa de ácido sulfúrico produz uma solução ainda mais concentrada do ácido. Explicar.

Por que a água é consumida na eletrólise, e isso aumenta a concentração do ácido sulfúrico presente na solução.

4. Fazer um desenho ilustrativo de um sistema para eletrolisar uma solução de nitrato de prata em meio aquoso utilizando eletrodos de platina, indicando:

a) Todos os componentes;

b) O sentido do fluxo de elétrons;

c) A polaridade dos eletrodos;

d) O ânodo e o cátodo;

e) As semi-reações do ânodo e docátodo;

f) O fluxo de íons na solução.

g) A reação total da eletrólise.