QUÍMICA Eletroquímica · Todo metal mergulhado numa solução iônica (ou mesmo água pura apenas) constitui-se num eletrodo de certo potencial. ... Cada elemento produz um maior

Lição 11 – Eletrodo e seu potencial QUÍMICA - THÉ 1

Professor: Thé

1. Eletrodo e seu potencialImagine que você vá, vestido formalmente, para um clube e olhapara a piscina. Se você sentir vontade de cair na piscina você tementão um certo potencial para se tornar um banhista.

1. Eletrodo de Zinco

Lâmina de zinco imersa em uma: 2( )

min ,

, .

" " .

Solução iônica em geral numa solução que já contém íons Zn

A lâ a de zinco metálico ao ser mergulhada numa solução

aquosa tende a se transformar em cátion Essecátion é então

puxado para dentro do solvente

É obvio que quando o cátion zinco se prepara para entrar na água ele deixa seus elétrons de valência na lâmina metálica, surgindo daí, um potencial elétrico.

Todo metal mergulhado numa solução iônica (ou mesmo água pura apenas) constitui-se num eletrodo de certo potencial.

A corrente elétrica caracteriza-se pela passagem de elétrons de um

polo a outro devido a diferença de potencial ddp ou V

Cada elemento produz um maior ou menor potencial elétrico dependendo de muitos fatores, como concentração da solução, energia de solvatação, temperatura. Assim o zinco produz um potencial e o cobre outro.

Para que o fluxo de elétrons continue ocorrendo as soluções têm que ser neutralizadas a todo instante, o que é conseguido pelos íons da ponte salina.

Cada vez que um Zn2+ se desprende da lâmina é neutralizado por dois íons Cl- que saem da ponte salina.

Cada cátion Cu2+ que sai da solução e se prende à lâmina é imediatamente compensado por dois K+ que saem daponte salina

2. Eletrodo de Hidrogênio (Pt/H2 (g)/ H+(aq))

O gás é borbulhado na solução e o contato elétrico é feito mediante um metal inerte, geralmente platina.

Eletroquímica QUÍMICA

1. Eletrodo e seu potencial1. Eletrodo de zinco2. Eletrodo de hidrogênio3. Calibração dos potenciais4. Variação do potencial com a

concentração da solução do eletrodo5. Tipos de eletrodo

Lição 11 Professor: Thé

!! IMPORTANTE !! O eletrodo não é a lâmina metálica, não é a solução, mas o conjunto

lâmina e solução em contato. É no contato que surge o potencial.

Ponte Salina É uma solução de eletrólitos inertes cuja finalidade é:

Fechar o circuito elétrico da pilha Ou manter a eletronegatividade das soluções

Lição 11 – Eletrodo e seu potencial QUÍMICA - THÉ 2

( ) 2( )2 2 0,0aq ge H H E V

O eletrodo de hidrogênio foi adotado como referência e a ele foi dado arbitrariamente o potencial de 0,0 V.

3. Calibração dos Potenciais Todos os eletrodos tiveram seus potenciais determinados em relação ao do hidrogênio. O potencial padrão (E°) é estabelecido a:

25

1 0,987 1,0atm

1,0 /Concentração molar do íon mol

T C

P bar a

L

tm

Potencial do Zn/Zn2+

Pilha eletroquímica com eletrodos de:

2( ) ( ) 3 ( ) 2( )/ /aq s aq gZn Zn e H O H

2( )sZn Zn e 3 ( ) 2( ) 2 ( )2 2 2aq g lH O e H H O

2( ) 3 ( ) 2( ) ( ) 2 ( )Re : 2 2s aq g aq lação Global Zn H O H Zn H O

A voltagem da pilha é +0,76 V nas condições mencionadas, a 25°C. Os elétrons passam do eletrodo de Zn (ânodo) para o eletrodo de H3O+

(aq)/H2(g). O zinco é o agente redutor e o H3O+ (aq) o oxidante.

(Como par H3O+(aq)/ H2(g) não tem um condutor sólido, os elétrons se

transferem graças à ponte salina, quimicamente inerte.)

Potencial do Cu/Cu2+

2 0( ) ( )2aq sCu e Cu 2( ) 2 ( ) 3 ( )2 2 2g l aqH H O H O e

2 02( ) ( ) 2 ( ) 3 ( ) ( )Re : 2 2g aq l aq sação Global H Cu H O H O Cu

A voltagem da pilha +0,34 V, a 25°C, e nas condições mencionadas os

elétrons do eletrodo de 3 ( ) 2( )/aq gH O H para o eletrodo de cobre (o

cátodo) e se formam cobre metálico e íons hidrônio. O H2(g) é o agente redutor e o Cu2+

(aq) o oxidante.

Não importa se foi escrita a semirreação de oxidação ou de redução para cada eletrodo, mas se resolveu adotar para confecção de tabelas como Potencial Padrão de Eletrodo, o potencial de redução.

Semirreação E° (volts)

2 2 2F e F 2,87

222 8 42 2S O e SO 2,00

2 2 22 2 2H O H e H O 1,78

22 4 4 24 2 2PbO SO H e PbSO H O 1,69

24 28 5 4H MnO e Mn H O 1,49

3 2 22 12 10 6ClO H e Cl H O 1,47

2( ) 2 2gCl e Cl 1,36

2 32 7 214 6 2 7Cr O H e Cr H O 1,33

22 24 2 2MnO H e Mn H O 1,28

2 24 4 2O H e H O 1,23

2( ) 2 2aqBr e Br 1,09

Ag e Ag 0,80

3 2Fe e Fe 0,77

2( ) 2 2aqI e I 0,54

Cu e Cu 0,52

2 2Cu e Cu 0,34

2 2 2 2 2Hg Cl e Hg Cl 0,27

AgCl e Ag Cl 0,22

22 2H e H 0,0

EPH= 0,0 V EPH= ELETRODO PADRÃO DE HIDROGÊNIO

Representação do Eletrodo

( ) 2( ) ( )/ /aq g sH H Pt

1 /H mol L

Lição 11 – Eletrodo e seu potencial QUÍMICA - THÉ

3

3 3Fe e Fe -0,04

2 2Pb e Pb -0,13

2 2Sn e Sn -0,14

2 2Ni e Ni -0,25

24 42PbSO e Pb SO

-0,36

2 2Cd e Cd -0,40

2 2Fe e Fe -0,44

3 3Cr e Cr -0,74

2 2Zn e Zn -0,76

2 22 2 2H O e H OH -0,83

2 2Mn e Mn -1,03

3 3Al e Al -1,67

2 2Mg e Mg -2,38

Na e Na -2,71

2 2Ca e Ca -2,76

2 2Ba e Ba -2,90

K e K -2,92

Li e Li -3,05

4. Variação do potencial com a concentração da solução do eletrodo.

5. Tipos de Eletrodo a) Eletrodo metal-íon

Semirreação Representação

02 2Zn e Zn 2 0( ) |aq s

Zn Zn

O traço significa a fronteira de duas fases b) Eletrodo gás-íon


( ) 2( )2 2 aq ge H H ( ) 2( ) ( )| |aq g sH H Pt

c) Eletrodo metal-ânion de sal insolúvel


( ) ( ) ( )s s aqAgCl e Ag Cl ( ) ( ) ( )| |aq s sCl AgCl Ag

d) Eletrodo de óxido-redução, metal inerte


3 2( ) ( )aq aqFe e Fe

3 2( ) ( ), |aq sFe Fe Pt

O ITA escreve as semirreações de OXIDAÇÃO seguidas do potencial de REDUÇÃO

Exemplo – 1

Em condições-padrão, o potencial de redução do zinco é -0,76 V. O que ocorre com o potencial desse eletrodo se uma lâmina de zinco for mergulhada numa solução 2 molar de Zn2+?

Resolução: Aplicando o princípio de Le Chatelier

O aumento da concentração de um lado desloca o equilíbrio para o outro.

2 02 0,76RED

REDZn e Zn E V

Se, aumenta a tendência para a direita (redução), aumenta o potencial de redução.

Se aumenta a concentração: Aumenta ERED Se diminui a concentração: Aumenta EOXI

2 02 0,76

2,0 ............. ?1,0

RED

OXIZn e Zn E V

E

mm


4

Considere um pedaço de fio metálico inerte, digamos platina, em contato com uma solução de substância em dois estados de oxidação diferentes. Este eletrodo (metal inerte – Pt) caracteriza-se por não participar da reação. Nesse eletrodo, ambos os reagentes e produtos se encontram em solução.

01.a) Qual é o potencial padrão de célula constituída pelos

pares 2 2/ /Cd Cd Cu Cu ? (Consultar tabela de

potenciais)

b) Qual par é o polo positivo?

02.(UFU-MG) A proteção catódica é um método empregado

para proteger peças metálicas que estão sujeitas à

corrosão. Tal proteção envolve a utilização de um metal

(de sacrifício) em contato com o metal que se queira

proteger. Explique qual dos metais da tabela será mais

eficiente na proteção do ferro.

Potenciais de Redução padrão, a 25°C

2 0

2 0

2 0

2 0

2 0,34

2 0,44

2 2,37

2 0,76

Cu e Cu E V

Fe e Fe E V

Mg e Mg E V

Zn e Zn E V

03. Uma maneira simplificada comum de se representar uma

célula voltaica é listar seus componentes como segue:

| || |ânodo solução do anôdo solução do cátodo cátodo

Linha vertical dupla representa ponte salina ou uma barreira porosa. Uma linha única vertical representa uma mudança de fase, como de sólido para a solução

a) Escreva as semirreações e a reação completa da célula

representada por Fe|Fe2+||Ag+| Ag. Faça um esboço da

célula.

b) Escreva as semirreações e a reação completa da célula

representada por Zn|Zn2+||H+| H2. Faça um esboço da

célula.

c) Usando a notação descrita anteriormente, represente uma

célula com base na seguinte reação:

2

3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( )3 6 3 3aq s aq aq aq lClO Cu H Cl Cu H O

Pt é usado como um eletrodo inativo em contato com

3ClO e Cl . Faça um esboço da célula.

04. Uma célula voltaica é construída a partir de duas

semicélulas. A primeira contém um eletrodo de Cd(s)

imerso em uma solução de 1 mol/L de 2( )aqCd . O outro

contém um eletrodo de Rh(s) em uma solução de 1 mol/L

de 3( )aqRh . O potencial total da célula é 1,20V , e quando

a pilha funciona, a concentração da solução de 3( )aqRh

diminui e a massa do eletrodo de Rh aumenta.

EXERCÍCIOS (6) – GRUPO 1

a) Escreva uma equação balanceada para a reação

completa da célula.

b) Qual eletrodo é anodo e qual é o cátodo?

c) Qual é o potencial-padrão de redução para redução de3( )aqRh para Rh(s)?

d) Qual é o valor de 0G para a reação da célula?

05. (FEI-SP) São conhecidos os seguintes potenciais-padrão

(redução) a 25°C das semirreações:

2

0,80

2 0,13

Ag Ie Ag E V

Pb e Pb E V

E as seguintes reações: 2

2

2 2

2 2

I Ag Pb Ag Pb

II Ag Pb Ag Pb

É correto afirmar: a) A reação é espontânea

b) A diferença de potencial padrão entre os

eletrodos é +0,93 V

c) A massa do eletrodo de chumbo aumenta com o

tempo.

d) O eletrodo de chumbo é cátodo

e) Os elétrons se deslocam no circuito externo do

eletrodo de prata para o eletrodo de chumbo.

06.(FUVEST-SP) Foi montada uma pilha em que o polo positivo

era constituído por um bastão de paládio, mergulhado numa

solução de sulfato de níquel. As semirreações que

representam os eletrodos são:

2

2

2

2

Pd e Pd

Ni e Ni

a) Escreva a reação que representa a reação química que

ocorre quando a pilha está funcionando (sentido

espontâneo)

b) O que acontece com as concentrações de Pd2+ e Ni2+

durante o funcionamento da pilha? Explique.

c) Os dados da tabela abaixo sugerem que o princípio de Lê

Châtelier se aplica à reação química que acontece nessa

pilha. Explique por quê.

EXPERIMENTO 2 1/Pd mol 2 1/Ni mol

/E V

A 1,00 0,100 1,27

B 1,00 1,00 1,24

C 0,100 1,00 1,21

E= diferença de potencial elétrico.


5

RESPOSTAS (6) – GRUPO 1

01.

2

) 0,74

) /

a V

b Cu Cu

a) 1) Potenciais (consultando a tabela)

2 0

2 0

2 0,4 ( )

2 0,34

Cd e Cd E V i

Cu e Cu E V

2) Inverter a semirreação de menor potencial (Cd)

0 2

2 0

0 2 0

2 0,4 ( )

2 0,34

0,74

Cd Cd e E V i

Cu e Cu E V

Cd Cu Cd Cu E V

b) Polo positivo= eletrodo de 2 0/Cu Cu = para onde vão

os elétrons.

02. 0Mg

O metal que sofre oxidação mais facilmente é aquele de maior potencial de oxidação, logo, reescrevendo as semirreações na forma de oxidação, concluiremos que o magnésio é o metal mais eficiente (entre os apresentados) para a proteção do ferro.

0 2

0 2

0 2

0 2

( )

2 0,34

2 0,44

2 2,34

2 0,76

oxi

maior potencial de oxidação

Cu Cu e E V

Fe Fe e E V

Mg Mg e E V

Zn Zn e E V

O zinco também tem maior potencial de oxidação que o ferro, porém é menos eficiente que o magnésio.

03.2 0) | || |a Fe Fe Ag Ag

0 2

0

0 2 0

2

2

2 2

Fe Fe e

Ag e Ag x

Fe Ag Fe Ag

0 2

2

0 22

) 2

12

2

2

b Zn Zn e

H e H x

Zn H Zn H

c) 23| || , , /Cu Cu ClO H Cl Pt

04. 2( )

3( )

/ 1,24

/

s

s

Cd Cd V V

Rh Rh

3 0( )

0 2( )

3 0 0 2( )

0 0 0( )

0

)

2 3

3 2 0,40

2 3 2 3 1,24

1,24 0,40

0,84 0,80

s RED

s OXI

R

R OXI RED

RED

a

x Rh e Rh cátodo E x

x Cd Cd e ânodo E V

Rh Cd Rh Cd E V

E E E

x

x E V

2

2

3

0

) /

/

) / 0,80

)

6 96500 1,20 694800

b Ânodo Cd Cd

Cátodo Rh Rh

c E Rh Rh V

d G nFe

G J

05. B

Dados os potenciais:

2 0

0,80 2

2 0,13

Ag e Ag E V x

Pb e Pb E V i

Pt


6

1) Multiplicando por 2 a primeira semirreação e

invertendo a segunda, obtém-se a equação global

espontânea.

2 2Ag e

0 2

2 0,80

2

Ag E V

Pb Pb e

0 2 0

0,13

2 0,93

E V

Pb Ag Pb Ag E V

06. a)

Reação Global:

02

0 2

2 0 0 2

2

2

Pd e Pd red

Ni Ni e oxi

Pd Ni Pd Ni

b) Durante o funcionamento a concentração de Pd2+ diminui e a concentração de Ni2+ aumenta. c) O potencial global (ER) é obtido pela soma dos

potenciais OXI RED R OXI REDE E E E E

No experimento B, o potencial global foi obtido nas

condições-padrão (0,1 molar) e igual a 1,24RE V

No experimento A, o potencial global aumentou,

( )

2 2/ /

diminuiu dim tan

R OXI REDE E E

Ni Ni Pd Pd

inuiu cons te

Como a concentração de 2Ni

aumenta, a semirreação caminha para a esquerda e o potencial de diminui.

0 2 2 (diminui)oxi

OXINi Ni e E

No experimento C, o potencial global diminui.

( )

2 2/ /

dim tan dim

R OXI REDE E E

Ni Ni Pd Pd

inui cons te inui

Como a concentração de Pd2+ diminuiu, a semirreação caminha para a esquerda e potencial de redução diminui.

02 2 (dim )RED

REDPd e Pd E inui

01.(ITA) Este teste se refere ao elemento galvânico

esquematizado a seguir. Assinale a afirmação falsa em

relação ao que vai acontecer quando a chave C é ligada:

a) A corrente elétrica convencional vai circular no sentido anti-horário.

b) Elétrons irão circular pelo fio da esquerda para direita.

c) Ânions nitrato vão migrar, através da membrana porosa, da direita para a esquerda.

d) A concentração de ZnSO4 do lado esquerdo vai aumentar.

e) Cátions de zinco vão migrar, através da membrana porosa, da esquerda para a direita.

02.(ITA) Corrente elétrica flui através do circuito, representado

na figura abaixo, quando a chave S é ‘‘fechada’’.

Assinale a opção que contém a afirmação ERRADA a respeito do que ocorre no sistema após a chave S ter sido ‘‘fechada’’: a) O fluxo de corrente elétrica ocorre no sentido semicélula II → semicélula I. b) A diferença de potencial entre os eletrodos M2|M+2

(aq)M2|M2+(aq) e M1|M+1

(aq)M1|M1+(aq) dimi

nui. c) O eletrodo M1|M+1

(aq)M1|M1+(aq) apresentará um potencial

menor do que o eletrodo M2|M+2(aq)M2|M2+

(aq) . d) Ao substituir a ponte salina por um fio de cobre a diferença de potencial entre os eletrodos será nula. e) A concentração de íons M+2

(aq)M2+(aq) na semicélula II

diminui.

EXERCÍCIOS (7) – GRUPO 2


7

03. (ITA) Introduz-se uma chapinha de cobre em uma solução

aquosa de cloreto férrico contida em um copo. Com o passar do tempo nota-se o seguinte: - Não há desprendimento de gás; - A chapinha de cobre perde espessura, mas conserva sua cor característica; - A cor da solução vai mudando aos poucos. Em face dessas observações, qual a opção que contém a equação química que melhor representa o "desaparecimento" do cobre na solução?

2 2

22

3 2 2

3

( )

2

2

2 2

2

2 2

3 2 3 2

2

)

)

)

)

)

aqc aq c

c aq aq g

c aq aq aq

c aq aq c

c aq gaq

a Cu Fe Cu Fe

b Cu H Cu H

c Cu Fe Cu Fe

d Cu Fe Cu Fe

e Cu OH CuO H

04. (ITA) Duas células (i e II) são contadas como mostrado na

figura: A célula I consiste em uma placa A (c) mergulhada em uma solução aquosa 1 mol/L-1 em AX, que está interconectada por uma ponte salina a uma solução 1 mol/L-1 em BX, que está interconectada por uma ponte salina à solução 1 mol/L-1 em CX, na qual foi mergulhada a placa C (c). Considere que durante certo período as duas células são interconectadas por fios metálicos, de resistência elétrica desprezível. Assinale a opção que representa a afirmação ERRADA a respeito de fenômenos que ocorrerão no sistema descrito. Dados eventualmente necessários:

( )/ ( )

( )/ ( )

( )/ ( )

0,400

0,700

0,800

A aq A c

B aq B c

C aq C c

E V

E V

E V

(1 / ) (1 / )

1

AX mol L BX mol L

Célula (1 / ) (1 / )

2

BX mol L CX mol L

Célula

a. A massa da placa C aumentará b. A polaridade da semicélula B/B+

(aq) da célula II será negativa

c. A massa da placa A diminuirá d. A concentração de B+

(aq) na célula I diminuirá e. A semicélula A/A+

(aq) será o cátodo.

05. (ITA) Dois elementos galvânicos reversíveis distintos,

designados por alfa e beta, são ligados entre si por fios metálicos, conforme a figura a seguir. As setas nos fios indicam o sentido da corrente convencional. Os sinais (+) e (-) significam que na célula alfa o eletrodo A é positivo em relação ao eletrodo B, enquanto que na célula beta, o eletrodo D é positivo em relação ao eletrodo C.

A B B C

Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA em relação à situação anterior: a. Os eletrodos B e C são cátodos b. Nos eletrodos B e D ocorrem reduções c. No eletrólito da célula alfa, cátions migram do eletrodo A

para o eletrodo B d. Tanto célula alfa como a beta são baterias de descarga e. A célula alfa está fornecendo energia elétrica para a

célula beta.

06. (ITA) Descreva os procedimentos utilizados na

determinação do potencial de um eletrodo de cobre Cu(s)|Cu2+

(aq) . De sua descrição devem constar:

a. A listagem de todo o material (soluções medidoras,

etc) necessário para realizar a medição do potencial do eletrodo em questão

b. O desenho esquemático do elemento galvânico montado para realizar a medição em questão. Deixe claro nesse desenho quais são os polos positivo e negativo e qual dos eletrodos será o ânodo e qual será o cátodo, quando corrente elétrica circula por esse elemento galvânico. Nesse último caso, escreva as equações químicas que representa as reações anódicas e catódicas respectivamente.

c. A explicação de como um aumento do valor das grandezas seguintes afeta o potencial do eletrodo de cobre (aumenta? Diminui? Não altera?): área do eletrodo, concentração de cobre no condutor metálico, concentração de íons cobre no condutor eletrolítico e temperatura.

07. (FUVEST) Deixando funcionar a pilha esquematizada na

figura, a barra de zinco vai se desgastando e a de chumbo fica mais espessa, em consequência da deposição de átomos neutros de Pb. No início do experimento, as duas barras apresentam as mesmas dimensões. Represente através de equações, o desgaste da barra de zinco e o espessamento da barra de chumbo. Indique o fluxo de elétrons no fio metálico.

A

B

C

D

beta


8

RESPOSTAS (7) – GRUPO 2

01. D

(A concentração do cátion 2Zn

aumenta mais a

concentração do sulfato 24SO

)

02. D

(A troca da ponte por um fio metálico, interrompe o funcionamento, mas a diferença de potencial continua existindo).

03. C

1) B e E não podem ser, porque há formação de gás. 2) A e D não podem ser, porque não há deposição de Fe0 na lâmina de cobre.

04. E

Calculando a força eletromotriz de cada elemento galvânico separadamente

0

0

0 0 0

1: 0,4

0,7 ( )

1,1R

Célula A e A E V

B B e E V

B A B A E V

Célula II

C e 0

0

0,80 ( )C E V

B B e

00

0,70 ( )

1,5R

E V

B C B C E V

Como a célula II apresenta uma voltagem maior que a I, os elétrons vão sair da célula II (eletrodo B)

Solução de sais de Cu2+ = azulada Solução de sais de Fe2+= esverdeada Solução de sais de Fe3+= de amarelada para

avermelhada

Logo, a alternativa que contém a afirmação errada é a E.

05. E

Se as setas indicam a corrente convencional, o fluxo de elétrons é o contrário, logo a célula alfa está fornecendo energia para a beta.

06.

a) São necessários os materiais: Dois béqueres, uma ponte salina com eletrólito, uma placa de cobre, uma placa de platina, fio metálico, uma solução de íons de H+ (1 mol/L), uma solução de íons Cu2+ (1 mol/L), gás H2, a pressão parcial de 1 atm a 25°C e um voltímetro. b)

Reação catódica: 2 0

( ) ( )2 ( )aq sCu e CM Cu

Reação anódica: 2( ) 2 2 ( )gH H e CM

c) Para a semirreação de redução do cobre: 2 0

( ) ( )2 ( )aq sCu e CM Cu , os valores que afetam a

medida do potencial são mostrados pela equação de Nernst:

/E E RT nQ , onde 21 /Q Cu .

Ou seja, Um aumento da temperatura irá diminuir o potencial de redução. Um aumento na concentração de 2

( )aqCu irá aumentar o

potencial de redução. A área do eletrodo e a concentração de cobre no condutor metálico não afetam o potencial.

A B

B C


9

07. :Fluxo de elétrons do zinco para o chumbo

Desgaste da barra de Zinco:

2 2s aqZn Zn e oxidação

Espessamento da barra de Chumbo

2 2 saq

Pb e Pb redução

Documents

QUÍMICA Eletroquímica · Todo metal mergulhado numa solução iônica (ou mesmo água pura apenas) constitui-se num eletrodo de certo potencial. ... Cada elemento produz um maior