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Exercı́cios Eletroquı́mica - Pilhas
- (Fuvest) Ferro zincado é ferro que contém pequena quantidade de zinco metálico. A partir dos potenciais padrão de redução, listados a seguir, explique os seguintes fatos observados no cotidiano: a) Rebites de ferro em esquadrias de alumínio causam a corrosão do alumínio. b) Pregos de ferro zincado são resistentes à ferrugem.
- (Fuvest) Panelas de alumínio são muito utilizadas no cozimento de alimentos. Os potenciais de redução (E¡) indicam ser possível a reação deste metal com água. A não ocorrência dessa reação é atribuída a presença de uma camada aderente e protetora de óxido de alumínio formada na reação do metal com o oxigênio do ar. a) Escreva a equação balanceada que representa a formação da camada protetora. b) Com os dados de E¡, explique como foi feita a previsão de que o alumínio pode reagir com água. Dados:
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- (Fuvest) Uma liga metálica, ao ser mergulhada em ácido clorídrico, pode permanecer inalterada, sofrer dissolução parcial ou dissolução total. Qual das situações acima será observada com a liga de cobre e zinco (latão)? Justifique utilizando as informações relativas às semi-reações medidas em E¡(Volt):
I. Cl‚ + 2e− ë 2Cl− E¡ = + 1, II. Cu£® + 2e− ë Cu E¡ = + 0, III. 2H® + 2e− ë H‚ E¡ = 0, IV. Zn£® + 2e− ë Zn E¡ = - 0,
- (Fuvest) Semi-Reação
Fe£® + 2 e−ë Fe (E° = - 0,41 V)
Cu£® + 2 e−ë Cu (E° = + 0,34 V)
O‚ + 2H‚O + 4 e−ë 4OH− (E° = + 0,40)
A estátua da Liberdade está no porto de Nova Iorque e, portanto em ambiente marinho. Ela consiste em uma estrutura de ferro sobre a qual estão rebitadas placas de cobre que dão forma à figura.
a) Qual o efeito do ambiente marinho sobre as placas de cobre? Explique utilizando equações químicas. b) Por que não foi uma boa idéia ter cobre em contato com ferro? Justifique.
- (Fuvest) Um tipo de bafômetro usado pela polícia rodoviária para medir o grau de embriaguez dos motoristas consiste em uma pilha eletroquímica que gera corrente na presença de álcool (no ar expirado) devido à reação:
2CHƒCH‚OH(g) + O‚(g) ë 2CHƒCHO(g) + 2H‚O(Ø)
O "suspeito" sopra através de um tubo para dentro do aparelho onde ocorre, se o indivíduo estiver alcoolizado, a oxidação do etanol à etanal e a redução do oxigênio à água, em meio ácido e em presença de catalisador (platina). a) Sabendo-se que a semi-reação que ocorre em um dos eletrodos é:
CHƒCH‚OH ë CHƒCHO + 2H® + 2e−
escreva a semi-reação que ocorre no outro eletrodo. b) Sendo E° e E°‚, respectivamente, os potenciais padrão de redução, em meio ácido, dos eletrodos (CHƒCHO, CHƒCH‚OH) e (O‚, H‚O), para que a reação da pilha ocorra é necessário que E° seja maior ou menor do que E°‚? Explique.
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- (Ufc) As pilhas alcalinas têm substituído com grande sucesso as tradicionais pilhas de zinco do tipo Leclanché. Uma das vantagens dessa nova pilha consiste no fato de não ocorrer a formação de gases durante os processos redox, eliminando-se, portanto, os riscos de explosões. As reações redox que ocorrem na pilha alcalina são expressas por:
I) 2MnO‚(s)+H‚O(Ø)+2e− ë Mn‚Oƒ(s)+2OH−(aq)
II) Zn(s) + 2OH (aq) ë ZnO(s) + H‚O(Ø) + 2e−
a) Identifique as reações catódica e anódica. Justifique sua resposta. b) Qual o número de oxidação do manganês e do zinco nas diferentes formas em que se fazem presentes nas reações? c) Sabendo-se que os potenciais padrão de redução, E°, do zinco e do manganês, nos processos I e II, são -1,25V e +0,29V, respectivamente, calcule a voltagem produzida pela pilha.
- (Ufmg) O ouro apresenta dois números de oxidação positivos comuns, 1+ e 3+. As forças eletromotrizes de redução dessas espécies a ouro elementar são:
Au®(aq) + e− ë Au(s) ÐE = 1,69V
Au¤®(aq) + 3e− ë Au(s) ÐE = 1,50V
Considere, ainda, as seguintes forças eletromotrizes de redução:
CØ‚(g) + 2e− ë 2CØ−(aq) ÐE = 1,36V
F‚(g) + 2e− ë 2F−(aq) ÐE = 2,87V
O‚(g) + 4H®(aq) + 4e− ë 2H‚O(Ø) ÐE = 1,23V
Oƒ + 2H®(aq) + 2e− ë O‚(g) + H‚O(Ø) ÐE = 2,08V
1- JUSTIFIQUE, utilizando equações e cálculos eletroquímicos, o fato de o ouro metálico não se oxidar a Au® nem a Au¤® quando exposto ao ar.
2- INDIQUE, entre as espécies citadas no enunciado, uma que seja capaz de oxidar o ouro metálico e Au®. JUSTIFIQUE sua resposta.
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- (Ufpr) Na pilha de Daniell, barras de cobre e zinco se encontram mergulhadas em soluções de sulfato de cobre (II) e sulfato de zinco, respectivamente. As duas soluções estão separadas por uma parede porosa. Sabendo que os potenciais-padrão de redução são:
Cu£®(aq) + 2e− Ï Cu(s) E¡ = + 0,
Zn£®(aq) + 2e− Ï Zn(s) E¡ = - 0,
a) Escreva as reações espontâneas que ocorre na pilha de Daniell. b) Calcule a diferença de potencial da pilha. c) Desenhe a pilha de Daniell indicando, através de setas, como os elétrons fluem através de um circuito externo que conecta os eletrodos.
- (Ufrj) As pilhas alcalinas têm sido largamente utilizadas devido à sua durabilidade. Um exemplo desse tipo de pilha é a de Níquel-Cádmio, que pode ser representada pela reação:
Cd(s)+2Ni(OH)ƒ(s)ëCdO(s)+2Ni(OH)‚(s)+H‚O(Ø), em solução de KOH
a) Escreva a semi-reação que ocorre no ânodo dessa pilha. b) Determine a massa de hidróxido de níquel II produzida quando reagem 6 x 10£¤ átomos de cádmio.
Dados: Massas Atômicas Ni = 58,7 u O = 16 u H = 1 u
- (Unesp) A bateria de chumbo usada em automóvel é constituída de um conjunto de pilhas com os eletrodos imersos em solução de ácido sulfúrico. As semi-reações e os potenciais padrões de redução a 25°C são:
PbSO„ + 2e− ë Pb + SO„−£ E¡ = - 0,356 V
PbO‚ + SO„−£ + 4H® + 2e− ë PbSO„ + 2 H‚O E¡ = 1,615 V
a) Escrever a equação da reação global e calcular o potencial padrão da pilha. b) Indicar os números de oxidação do chumbo e do enxofre nas substâncias da pilha.
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- (Unesp) Montou-se uma pilha constituída por eletrodos de chumbo e de prata, mergulhados em solução aquosas de seus sais, como na figura a seguir.
Sobre esta pilha, um estudante fez a seguinte afirmações:
a) Ao se fechar o circuito, haverá um fluxo de elétrons do eletrodo de prata para o de chumbo. b) Admitindo-se a eficiência do processo igual a 100%, pode-se calcular que haverá uma diminuição de massa de 2,072g no eletrodo de chumbo, quando circularem 0,020mol de elétrons pela pilha.
Discuta e justifique se as afirmações do estudante são verdadeiras ou falsas, com base nos dados fornecidos.
Potenciais padrão: Ag® + e− Ï Ag¡ E¡ = +0,8V Pb£® + 2 e− Ï Pb¡ E¡ = -0,13V (Massas molares, em g/mol: Pb=207,2; Ag=107,9)
- (Unesp) Mergulha-se uma lâmina limpa de níquel em uma solução azul de sulfato de cobre. Observa-se que a lâmina fica recoberta por um depósito escuro e que, passado algum tempo, a solução se torna verde. Explique o que ocorreu: a) na lâmina de níquel; b) na solução.
- (Unesp) Mergulha-se uma placa limpa de zinco em uma solução azul de sulfato de cobre. Observa-se que a placa fica coberta por um depósito escuro e que, passado algum tempo, a solução se torna mais clara. Removido o depósito, contata-se que a placa se apresenta corroída. Explique o que ocorreu: a) na placa de zinco; b) na solução.
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- (Unesp) A corrosão de ferro metálico envolve a formação envolve a formação de íons Fe£®. Para evitá-la, chapas de ferro são recobertas por uma camada de outro metal. Em latas de alimentos a camada é de estanho metálico e em canos d'água, de zinco metálico. Explique por que: a) a camada de zinco evita a corrosão de canos d'água; b) quando a camada de estanho é danificada, expondo a camada do ferro, a corrosão acontece mais rapidamente do que quando a referida camada está ausente.
Dados: Potenciais padrões de redução a 25°C.
Zn£® + 2e− ë Zn(s) E¡ = - 0,763 V Fe£® + 2e− ë Fe(s) E¡ = - 0,409 V Sn£® + 2e− ë Sn(s) E¡ = - 0,136 V
- (Unesp) Quando se mergulha um pedaço de fio de cobre limpo em uma solução aquosa de nitrato de prata, observa-se o aparecimento gradativo de um depósito sólido sobre o cobre, ao mesmo tempo que a solução, inicialmente incolor, vai se tornando azul. a) Por que aparece um depósito sólido sobre o cobre e por que a solução fica azul? b) Escreva a equação química balanceada da reação que ocorre.
- (Unesp 2002) A corrosão (oxidação) de móveis de ferro para praia pode ser evitada pelo recobrimento da superfície com alguns metais que, embora sejam mais ativos do que o ferro, quando se oxidam formam revestimentos aderentes de óxidos, que são resistentes à corrosão.
a) Exponha uma razão que justifique por que o processo de corrosão do ferro ocorre mais facilmente em regiões praianas.
b) Considere a tabela a seguir.
Com base nesses dados, escolha os metais mais reativos que o ferro que poderiam ser utilizados para a proteção de móveis de ferro. Justifique sua resposta.
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- (Unicamp) Um corpo metálico quando exposto ao ar e à umidade pode sofrer um processo de corrosão (oxidação), o que pode deixá-lo impróprio para a função a que se destinava. a) Uma das formas de se minimizar este processo é a "proteção catódica": prende-se um "metal de sacrifício" no corpo que se deseja proteger do processo de oxidação. Suponha que você deseja fazer a proteção catódica de uma tubulação em ferro metálico. Qual das substâncias da tabela abaixo você usaria? Justifique. Potenciais padrão de redução:
Semi-reação de redução
F‚(g) + 2e− = 2 F−(aq) E° = +2,87 volts
Br‚(g) + 2 e− = 2 Br−(aq) E° = +1,08 volts
Ag® (aq) + e− = Ag(s) E° = +0,80 volts
Cu£® (aq) + 2 e− = Cu(s) E° = +0,34 volts
Ni£® (aq) + 2 e- = Ni(s) E° = -0,25 volts
Fe£® (aq) + 2 e− = Fe(s) E° = -0,44 volts
Mg£® (aq) + 2 e− = Mg(s) E° = -2,37 volts
b) Uma outra forma de evitar a corrosão é a galvanização: deposita-se sobre o corpo metálico uma camada de um outro metal que o proteja da oxidação. Das substâncias da tabela acima, qual você usaria para galvanizar uma tubulação em ferro metálico? Justifique.
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- (Unicamp 2000) Há quem afirme que as grandes questões da humanidade simplesmente restringem-se às necessidades e à disponibilidade de energia. Temos de concordar que o aumento da demanda de energia é unia das principais preocupações atuais. O uso de motores de combustão possibilitou grandes mudanças, porém seus dias estão contados. Os problemas ambientais pelos quais estes motores podem ser responsabilizados, além de seu baixo rendimento, têm levado à busca de outras tecnologias.
Uma alternativa promissora para os motores de combustão são as celas de combustível que permitem, entre outras coisas, rendimentos de até 50 % e operação em silêncio. Uma das mais promissoras celas de combustível é a de hidrogênio, mostrada no esquema adiante:
Nessa cela, um dos compartimentos é alimentado por hidrogênio gasoso e o outro, por oxigênio gasoso. As semi-reações Eletrodos que ocorrem nos eletrodos são dadas pelas equações:
ânodo: H‚(g) = 2 H® + 2 e− cátodo: O‚(g) + 4 H® + 4 e− = 2 H‚O
a) Por que se pode afirmar, do ponto de vista químico, que esta cela de combustível é "não poluente"? b) Qual dos gases deve alimentar o compartimento X? Justifique.
c) Que proporção de massa entre os gases você usaria para alimentar a cela de combustível? Justifique.
- (Fuvest 2001) A constante do equilíbrio Co(s)+Ni£®(aq)ÏNi(s)+Co£®(aq), em termos de concentrações em mol/L, a 25°C, é igual a 10.
a) Escreva a expressão matemática dessa constante de equilíbrio.
A 25°C, monta-se uma pilha na qual um dos eletrodos é uma barra de cobalto mergulhada numa solução de sulfato de cobalto, e outro eletrodo é uma barra de níquel mergulhada numa solução de sulfato de níquel. As soluções estão ligadas por meio de uma ponte salina e o circuito é fechado por um voltímetro.
b) Qual é o pólo positivo da pilha quando as soluções de Co£®(aq) e Ni£®(aq) têm, ambas, concentração igual a 1,0mol/L? c) Qual será a relação entre as concentrações de Co£®(aq) e Ni£®(aq) quando esta pilha deixar de funcionar? Justifique as respostas aos itens b e c, utilizando argumentos de constante de equilíbrio.
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TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO
(Ufpr) Na(s) questão(ões) a seguir, escreva no espaço apropriado a soma dos itens corretos.
- Dados os potenciais de oxi-redução a seguir,
Ag® + 1e− Ï Ag¡ E¡= +0,80V Fe£® + 2e− Ï Fe¡ E¡= -0,44V Ag® + 3e− Ï Al¡ E¡= -1,66V Cu£® + 2e− Ï Cu¡ E¡= +0,34V
é correto afirmar que;
- Uma pilha formada por um eletrodo de ferro em contato com uma solução contendo íons Fe£®, e um eletrodo de prata em contato com uma solução contendo íons Ag®, ligados por uma ponte salina, apresenta um potencial padrão de +1,24V.
- Na mesma pilha da alternativa anterior ocorrerá a oxidação da prata com formação de Ag®.
- A reação 2Ag¡ + Fe£® ë 2Ag® + Fe¡ é espontânea.
- Uma lâmina de alumínio mergulha em uma solução 1mol/L de CuSO„ apresentará a formação de um depósito de cobre metálico dobre ela.
- O alumínio (Al¡) é um redutor mais forte do que o ferro (Fe¡).
Soma = ( )
- (Ufpe) Células de combustível são células galvânicas, cuja reação global e a queima de um combustível pelo oxigênio. As energias livres padrão de algumas reações (em kJoule por mol de combustível) que podem ocorrer nestes tipos de células se encontram a seguir:
(01) CƒHˆ + 5O‚ ë 3CO‚ + 4H‚O; ÐG° = -
(02) CH„ + 2O‚ ë CO‚ + 2H‚O; ÐG° = -
(03) HCOOH + 1/2O‚ ë CO‚ + H‚O; ÐG° = -
(04) H‚ + 1/2O‚ ë H‚O; ÐG° = -
Assinale o número da reação que apresenta o maior valor para o potencial padrão de célula.
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- (Cesgranrio) Considere a pilha representada abaixo:
Cu (s) | Cu£® || Fe¤®, Fe£® | Pt (s)
Assinale a afirmativa falsa:
a) A reação de redução que ocorre na pilha é Cu£® + 2e− ë Cu (s); b) O eletrodo de cobre é o anodo; c) A semi-reação que ocorre no catodo é Fe¤®ë Fe£® + e−; d) A reação total da pilha é 2 Fe¤® + Cu (s) ë 2 Fe£® + Cu£®; e) Os elétrons migram do eletrodo de cobre para o eletrodo de platina.
- (Cesgranrio) Numa pilha em que se processa a reação
2 Ag® + Cu ë Cu®£ + 2Ag,
o valor da força eletromotriz, em condições-padrão, é:
Dados: Cu ë Cu®£ + 2 e− E°= -0,34 V Ag ë Ag® + 1 e− E°= -0,80 V
a) 1,26 V b) 0,46 V c) 0,12 V d) -0,46 V e) -1,14 V
- (Cesgranrio) O esquema adiante representa uma célula voltáica com eletrodos de alumínio e cobalto.
Observe a seguir as semi-reações e seus potenciais-padrão de redução: AØ®¤ + 3eë AØ¡ (E¡ = -1,66V) Co®£ + 2e ë Co¡ (E¡ = -0,28V) No caso de a célula estar em funcionamento, pode-se afirmar que:
I - A força eletromotriz (F.E.M) da cédula será 1, volts. II - O agente redutor da célula será o AØ¡. III - O agente oxidante da cédula será o Co¡. IV - O fluxo de elétrons na cédula se dará do eletrodo de alumínio para o cobalto. V - A solução de Co(NOƒ)‚ se concentrará.
Assinale a opção que indica apenas as afirmativas corretas: a) I e III. b) II e III. c) IV e V. d) I, II e IV. e) II, IV e V.
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- (Faap) A pilha alcalina apresenta vantagens sobre uma pilha de Leclanché (zinco-carvão). Considerando que uma pilha alcalina seja constituída por uma barra de manganês puro, outra de zinco poroso e uma pasta contendo KOH, a ddp inicial da pilha e a equação global da reação que nela ocorre, são: Dados: Mn£ + 2e Ï Mn¡ E¡ = -118v Zn£ + 2e Ï Zn¡ E¡ = -0,76v
a) 0,42 v Mn¡ + Zn£® Ï Mn£® + Zn¡ b) 1,60 v Mn£ + Zn¡ Ï Mn¡ + Zn£® c) 0,76 v Mn£ + Zn¡ Ï Mn¡ + Zn£® d) 1,18 v Mn¡ + Zn£® Ï Mn£® + Zn¡ e) 1,94 v Mn£® + Zn¡ Ï Mn¡ + Zn¡
- (Faap) Uma indústria dispõe de dois tanques para estocar uma solução de sulfato de níquel, de concentração 1mol/L. Um deles é constituído em ferro e o outro tem um revestimento interno de chumbo. Relativamente à contaminação da solução a estocar, por parte do material de construção do tanque, podemos oncluir que: Dados: Pb£ + 2e Ï Pb¡ E¡ = - 0,13v Ni£® + 2e Ï Ni¡ E¡ = - 0,25v Fe£® + 2e Ï Fe¡ E¡ = - 0,44v
a) em qualquer dos recipientes ocorre contaminação b) haverá contaminação por parte do chumbo c) não haverá contaminação por parte do ferro d) não haverá contaminação por parte do chumbo e) é possível concluir sobre a referida contaminação
- (Fei) Têm-se 4 tubos de ensaio contendo, respectivamente, soluções com íons dos seguintes metais: AØ, Cu, Mg e Zn. Uma amostra de um destes metais é dividida em 4 partes e colocada nos tubos de ensaio citados. Observou-se reação com precipitação de metal em 3 tubos de ensaio. A amostra escolhida é do metal:
Dados: Potenciais padrão de oxidação (25°C e 1 atm) Cu: - 0,35 V Zn: + 0,76 V AØ: + 1,67 V Mg: + 2,34 V
a) AØ b) Mg c) Zn d) Cu e) não dá para determinar
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- (Fei) Considere as semi-reações e os respectivos potenciais padrão de eletrodo constantes da tabela e a pilha a seguir:
Assinale a alternativa correta: a) na ponte salina os elétrons migram do eletrodo de prata para o eletrodo de chumbo b) o eletrodo e prata é o ânodo c) a diferença de potencial da célula é 0,54V d) a equação global da pilha é Pb + 2 Ag® ë Pb£® + 2 Ag e) o polo negativo da pilha é o eletrodo de prata
- (Fei) A questão a seguir, ocorre em baterias de automóveis (descarga):
Pb (s) + PbO‚ (s) + ... X ... ë Pb®£ + ... Y ...
X e Y são respectivamente a) 4 H® e 2 H‚O b) 2 H‚O e 4 H® c) 4 OH− e 2 H‚O d) 8 H® e 4 H‚O e) 2 H® e H‚O
- (Fei) Considere as semi-reações e os respectivos potenciais padrão em solução aquosa, a 25°C:
Sn¥ ® (aq) + 2 e− Ï Sn£® (aq) E° = + 0,15V
Fe¤ ® (aq) + e− Ï Fe£® (aq) E° = + 0,77V
Assinale a alternativa correta com relação à reação total que ocorre espontaneamente: a) a equação da reação é 2Fe£®(aq)+Sn¥®(aq)Ï2Fe¤®(aq)+Sn£®(aq) b) a diferença de potencial da reação será +0,92V c) o Fe¤® é o agente oxidante d) o Sn¥® é o agente redutor e) todas as alternativas são falsas
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- (Fuvest) Para recuperar prata de soluções aquosas contendo íons Ag®, costuma-se adicionar zinco metálico às soluções, pois a transformação
2Ag® + Zn° ë 2Ag° + Zn£®
é espontânea. Pode-se concluir então que: a) o potencial de redução do Ag®/Ag° é maior do que o do Zn£®/Zn°. b) ocorre transferência de elétrons do Ag® para Zn°. c) O Zn° atua como oxidante e o Ag® como redutor. d) o Zn° é menos redutor do que Ag°. e) ocorre a eletrólise do Ag® e do Zn°.
- (Fuvest) Objetos de prata escurecidos (devido principalmente à formação de Ag‚S) podem ser limpos eletroquimicamente, sem perda da prata, mergulhando-os em um recipiente de alumínio contendo solução quente de bicarbonato de sódio. Neste processo, a prata em contato com o Ag‚S atua como catodo e o alumínio como anodo de uma pilha. A semi-reação que ocorre no catodo pode ser representada por: a) Ag‚S ë 2Ag® + S£− b) Ag‚S + 2e− ë 2Ag + S£− c) Ag‚S ë 2Ag + S£− + 2e− d) Ag‚S + 2e− ë 2Ag + S e) Ag‚S ë 2Ag + S
- (Fuvest) Na montagem a seguir, dependendo do metal (junto com seus íons) tem-se as seguintes pilhas, cujo catodo (onde ocorre redução) é o cobre:
pilha: cobre-alumínio ÐE* (volt): 2, pilha: cobre-chumbo ÐE* (volt): 0, pilha: cobre-magnésio ÐE* (volt): 2, pilha:cobre-níquel ÐE* (volt): 0,
- diferença de potencial elétrico nas condições padrão
Nas condições padrão e montagem análoga, a associação que representa uma pilha em que os eletrodos estão indicados corretamente é a) níquel (catodo) - chumbo (anodo) b) magnésio (catodo) - chumbo (anodo) c) magnésio (catodo) - alumínio (anodo) d) alumínio (catodo) - níquel (anodo) e) chumbo (catodo) - alumínio (anodo)
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- (Fuvest)
Quer-se guardar, a 25°C, uma solução aquosa 1mol/L de SnCØ‚. Dispõe-se de recipientes de I. ferro II. ferro galvanizado (ferro revestido de Zn) III. lata comum (ferro revestido de Sn) IV. cobre
Examinando-se a tabela dos potenciais padrão apresentada acima, conclui-se que essa solução de SnCØ‚ pode ser guardada sem reagir com o material do recipiente, apenas em a) IV b) I e II c) III e IV d) I, II e III e) I, II e IV
- (Fuvest 2000) Um relógio de parede funciona normalmente, por algum tempo, se substituirmos a pilha original por dois terminais metálicos mergulhados em uma solução aquosa ácida (suco de laranja), conforme esquematizado adiante. Durante o funcionamento do relógio,
I. o pH do suco de laranja aumenta. lI. a massa do magnésio diminui. III. a massa do cobre permanece constante.
Dessas afirmações, a) apenas a I é correta. b) apenas a II é correta. c) apenas a III é correta. d) apenas a II e a III são corretas. e) a I, a II e a III são corretas.
