Lista 4 - Fundamentos de Eletroquímica - 2023-2

4a Lista de exercício de Fundamentos de eletroquímica – IC-680 T64 Prof. Luciano Baia 1)Considere a seguinte configuração de pilha abaixo: Cu(s)│Cu2+││Fe3+│Fe2+ │Pt(s) a) Quais as reações de oxidação e redução, e global na pilha ? b) Se os potenciais de redução padrão do Cu, e do Fe3+ a Fe2+ são respectivamente 0,34 V e 0,77 V, qual será o potencial de célula dessa pilha na condição padrão? R. 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 = 0,43 V 2) Numa célula voltaica de Zn-Cu, a concentração de Cu2SO4 no catodo é 5 Molar e de ZnSO4 no anodo é de 0,05 Molar. Calcule o Potencial de redução 𝐸𝑐𝑒𝑙 dessa célula. R. 𝐸𝑐𝑒𝑙 = 1,16 V 3) a) Use os potenciais padrão de redução da tabela 20.1, para calcular a variação de energia livre ∆𝐺0, e a cte de equilíbrio K, a 298,15 K para a seguinte reação: R. ∆𝐺0 = - 165964 J/mol; K = 1,2 x 1029 4 Ag(s) + O2(g) + 4 H+ (aq) → 4 Ag+(aq) + 2 H2O(l) b) Suponha que a reação acima fosse escrita como: 2 Ag(s) + 1 2 O2(g) + 2 H+ (aq) → 2 Ag+(aq) + H2O(l) Quais são os valores de ∆𝐺0, 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 e K ? R. ∆𝐺0 = - 82977 J/mol; 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 = 0,42 V; K = = 3,43 x 1014 4) Exercício: Para a reação 3 Ni2+(aq) + 2 Cr(OH)3(s) + 10 OH-(aq) → 3 Ni(s) + 2 CrO42-(aq) + 8H2O(l) ∆𝐺0 = 87 kJ/mol. Dado o potencial padrão de redução do Ni2+(aq) na Tabela 20.1, qual será o potencial padrão de redução da semirreação: CrO42-(aq) + 4 H2O(l) + 3 e- → Cr(OH)3(s) + 5 OH-(aq) R. 𝐸𝑟𝑒𝑑 𝑜 = - 0,13 eV 5) O Potencial padrão de uma célula voltaica é 1,46 V, com base nas seguintes reações: In- (aq) → In3+(aq) + 2 e- Br2(l) + 2 e- → 2Br – (aq) Com base na tabela 20.1, calcule 𝐸𝑟𝑒𝑑 𝑜 de In3+ para In-. R. -0,4 V 6) Qual dos seguintes elementos é capaz de oxidar íons de Fe2+(aq) para Fe3+(aq): Cloro, Br ou Iodo ? Porque ? 7) Cada reação global abaixo representa o funcionamento de uma pilha voltaica. Mostre as semirreações que ocorrem em cada eletrodo e calcule o potencial de célula de cada pilha, e discuta sua espontaneidade. a) 2 Fe2+(aq) + 2H+(aq) → 2Fe3+(aq) + H2(g) b) 2 Fe3+(aq) + H2(g) → 2 Fe2+(aq) + 2 H+(aq) R. a) 𝐸𝑐𝑒𝑙 = -0,77 V; b) 𝐸𝑐𝑒𝑙= 0,77 V 8) Calcule a fem de uma célula voltaica que obedece a reação global, e discuta sua espontaneidade: 2 Ag+(aq) + Ni(s) → 2 Ag(s) + Ni2+(aq) Mostrando as respectivas semireações que ocorrem no anodo e catodo. R. 𝐸𝑐𝑒𝑙 = 1,08 V 9)Se K para uma reação redox (que envolve apenas 2 elétrons) de uma célula voltaica é igual a 1,5 x 10-4 a 298 K, calcule ∆𝐺0 para essa reação e 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 . R. ∆𝐺0 = 21815 J/mol; 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 = - 0,113 V 10) 𝐸𝑐𝑒𝑙 𝑜 = 0,177 V para determinada célula a 298 K. Calcular K para os casos em que: a) n=1; b) n= 2 e c) n=3. R.a) 985,4; b) 9,7 x 105 e c) 9,56 x 108 11) Uma célula voltaica a 298 K funciona de acordo com a seguinte reação: Zn(s) + Ni2+(aq) → Zn2+(aq) + Ni(s) a) Qual a fem desta célula na condição padrão ? R. 0,48 V b) Qual a fem desta célula quando [Ni2+] = 3,00 M e [Zn2+] = 0,1 M ?R.0,52 V c) Qual a fem desta célula quando [Ni2+] = 0,20 M e [Zn2+] = 0,9 M ? R.0,478 V 12) Uma célula voltaica usa a seguinte reação: 4 Fe2+(aq) + O2(g) + 4 H+(aq) → 4Fe3+(aq) + 2 H2O(l) a) Qual é a fem padrão dessa célula ? R. 0,46 V b) Qual a fem dessa célula quando [Fe2+]= 1,3 M, [Fe3+]= 0,01 M, PO2= 0,5 atm e o pH na solução da semicélula catódica é 3,5 ?R. 0,37 V 13) a) Calcule a massa de Li formada pela eletrólise de LiCl fundido por uma corrente de 7,5 x 104 A circulando por um período de 24 horas. Suponha que a célula eletrolítica tenha eficiência de 85 %. R. m= 400 kg b) Qual a tensão minima para realizar essa operação ? R. 4,11 Volts 14) Uma célula voltáica é comconstituída por dois eletrodos Zn2+ Zn. As duas semi- células tem [Zn2+] = 1,8 M e [Zn2+]= 10-2 M, respectivamente. a)Qual é o anodo e o catodo ? b)Qual é a fem padrão da célula ? c)Qual a fem da células nas concentrações acima ? R. 0,067 V d) O que ocorrerá com as concentrações a medida que a célula funciona ?