Química. Eletroquímica: Exercícios. Exercícios de vestibulares

Eletroquímica: Exercícios

Exercícios de vestibulares

1.

(IFSP) Em uma pilha, quanto maior for a diferença de potencial (ddp) existente, maior será a tendência de ocorrer, espontaneamente, a reação de oxirredução. Cinco pilhas iguais colocadas em série resultam em uma ddp de 10V. Sabendo-se que o cátodo desta pilha possui um potencial de E⁰, = +0,34V então pode-se afirmar que o ânodo terá

a) +1,66 V b) + 2,00 V c) -1,66 V d) -2,00 V e) +0,34 V

2.

(Udesc) Analise a pilha Feº; Fe²⁺ // Cu²⁺; Cuº, cujos potenciais-padrão de redução são: Fe²⁺ + 2 e- → Feº Eº = -0,44V

Cu²⁺ + 2 e- → Cuº Eº = + 0,34V A alternativa que indica a ddp (ΔEº) para essa pilha é:

a) 0,78V b) 0,10V c) -0,10V d) 1,56V e) 0,20V

3.

(Enem 2016) TEXTO I

Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactérias catalisam reações de oxidação de substratos orgânicos. Liberam elétrons produzidos na respiração celular para um eletrodo, onde fluem por um circuito externo até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato.

AQUINO NETO. S. Preparação e caracterização de bioanodos para biocélula e combustível etanol/O2. Disponível em: www.teses.usp.br. Acesso em: 23 jun. 2015 (adaptado).

TEXTO II

Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão (E^o’) apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais:

2𝐶𝑂

₂

+ 7𝐻

⁺

+ 8𝑒

⁻

→ 𝐶𝐻

₃

𝐶𝑂𝑂

⁻

+ 2𝐻

₂

𝑂 𝐸

⁰

’ = −0,3𝑉

𝑂

₂

+ 4𝐻

⁺

+ 4𝑒

⁻

→ 2𝐻

₂

𝑂 𝐸

^0′

= 0,8𝑉

SCOTT, K.; YU, E. H. Microbial electrochemical and fuel cells: fundamentals and applications. Woodhead Publishing Series in Energy. n. 88, 2016 (adaptado).

Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 4,4V?

a) 3 b) 4 c) 6 d) 9 e) 15

4.

(Ime 2018) Considere que a equação abaixo ocorra em uma pilha. 𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝐶𝑢 → 𝐶𝑢⁺⁺+ +2𝐹𝑒⁺⁺

Assinale a alternativa que indica o valor correto do potencial padrão dessa pilha. Dados:

𝐹𝑒⁺+→ 𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝑒 − 𝐸⁰= −0,77𝑉 𝐶𝑢⁺⁺+ 2𝑒⁻→ 𝐶𝑢 𝐸⁰= +0,34𝑉

a) +1.20V b) -0,43V c) +1,88V d) -1,20 e) +0,43V

5.

(UFTM) O marca-passo é um dispositivo para estimulação elétrica do músculo cardíaco e possui um gerador de pulsos e um eletrodo. O gerador de pulsos elétricos é um circuito eletrônico miniaturizado instalado no interior da caixa torácica do paciente, e a fonte de energia é uma bateria compacta localizada fora do tórax. A bateria do marcapasso é formada pelos metais lítio e prata. Os potenciais- padrão de redução desses metais são:

Li⁺(aq) + e^– → Li(s) E^o = –3,05 V Ag⁺(aq) + e^– → Ag(s) E^o = +0,80 V A ddp da pilha formada entre eles e a reação do ânodo são: a) +3,85 V e Ag⁺(aq) + e^– → Ag(s)

b) –3,85 V e Ag(s) → Ag⁺(aq) + e^– c) +3,85 V e Li⁺(aq) + e^– → Li(s)

d) +3,85 V e Li(s) → Li⁺(aq) + e^– e) –3,85 V e Li(s) → Li⁺(aq) + e^–

6.

(Ifsul 2018) As pilhas, fontes de energia elétrica tão comuns nos nossos dias, tiveram sua denominação a partir de um experimento realizado por Alessandro Volta em 1800, que consistia no empilhamento alternado de discos decU(Eoxi = 0,34V) e Zn(Eoxi = +0,76V), intercalados por feltro impregnado com solução ácida, conforme mostra a figura abaixo:

O cátodo na pilha montada por Volta é o a) Zn, pois é o polo negativo

b) Cu, pois é o polo positivo

c) Zn, pois apresenta maior potencial de redução d) Cu, pois apresenta menor potencial de redução e) Nenhuma das alternativas

7.

(Mackenzie) A ilustração ao lado representa um experimento em que foi colocado uma barra metálica de zinco mergulhada em uma solução aquosa de sulfato de cobre (II).

De acordo com os valores dos E⁰ de redução abaixo, pode-se afirmar que: 𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞)/𝑍𝑛(𝑠)𝐸⁰= 0,76𝑉

𝐶𝑢²⁺(𝑎𝑞)/𝐶𝑢(𝑠)𝐸⁰= 0,34𝑉

a) O zinco sofre redução

b) O processo não é espontâneo c) Ocorre a formação de íons Zn²⁺(aq)

d) Elétrons são transferidos do Cu²⁺(aq) para o Zn(s)

e) O Zn(s) é um excelente agente oxidante

8.

(Upf 2015) Na pilha de Daniell, ocorre uma reação de oxirredução espontânea, conforme representado esquematicamente na figura abaixo.

Considerando a informação apresentada, analise as afirmações a seguir.

I. Na reação de oxirredução espontânea, representada na pilha de Daniell, a espécie que se oxida, no caso o Zn(s) transfere elétrons para a espécie que sofre redução, os íons Cu2+ (aq)

II. O Zn(s) sofre redução, transferindo elétrons para os íons Cu²⁺(aq) que sofrem oxidfação

III. Para que ocorra a reação de oxirredução espontânea, o potencial de redução do eletrodo de cobre deve ser maior do que o do eletrodo de zinco

IV. A placa de Zn(s) sofre corrosão, tendo sua massa diminuida, e sobre a placa de cobre ocorre depósito de cobre metálico

V. A concentração de ídons Cu²⁺(aq) aumenta, e a concentração de íons Zn²⁺(aq) diminui em cada um dos seus respectivos compartimentos.

Está correto o que se afirma em: a) I, III e IV

b) II e V c) I, II e V d) III, IV e V e) II e III

9.

(Uece 2017) Para preservar o casco de ferro dos navios contra o efeitos danosos da corrosão, além da pintura são introduzidas placas ou cravos de certo material conhecido como “metal de sacrifício”. A função do metal de sacrifício é sofrer oxidação no lugar do ferro. Considerando seus conhecimentos de química e a tabela de potenciais de redução impressa abaixo, assinale a opção que apresenta o metal mais adequado para esse fim.

Metal Potencial de redução em volts

Cobre

_𝐶𝑢

²⁺

_{+ 2𝑒}

⁺

_{→ 𝐶𝑢}

⁰

_𝐸

⁰

_{= +0,34}

Ferro

_𝐹𝑒

²⁺

_{+ 2𝑒}

⁻

_{→ 𝐹𝑒}

⁰

_𝐸

⁰

_{= −0,44}

Magnésio

_𝑀𝑔

²⁺

_{+ 2𝑒}

⁻

_{→ 𝐹𝑒}

⁰

_𝐸

⁰

_{= −2,37}

Potássio

_𝐾

⁺

_{+ 1𝑒}

⁻

_{→ 𝐾}

⁰

_𝐸

⁰

_{= −2,93}

Cádmio

_𝐶𝑑

²

_{+ +2𝑒}

⁻

_{→ 𝐶𝑑}

⁰

_𝐸

⁰

_{= −0,40}

a) Potássio

b) Cádmio c) Cobre d) Magnésio

10.

(Enem) Células solares à base de TiO2 sensibilizadas por corantes (S) são promissoras e poderão vir a substituir as células de silício. Nessas células, o corante adsorvido sobre o TiO2 é responsável por absorver a energia luminosa (hv) e o corante excitado (S*) é capaz de transferir elétrons para o TiO2.

Um esquema dessa célula e os processos envolvidos estão ilustrados na figura. A conversão de energia solar em elétrica ocorre por meio da sequência de reações apresentadas.

(LONGO. C.; DE PAOLl, M. A. Dye-Sensitized Solar Cells: A Successful Combination of Materials. Journal of the Brazilian Chemieal Society. n. 6, 2003 (adaptado).)

A reação 3 é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois a) reduz íons I^- a I3^-

b) regenera o corante.

c) garante que a reação 4 ocorra. d) promove a oxidação do corante.

e) transfere elétrons para o eletrodo de TiO2.

Gabaritos

1. C

Como foram colocadas 5 pilhas em série, com tensão total de 10 V cada pilha contribuiu com 2 V cada, assim:

𝛥𝐸⁼𝐸⁰𝑅𝑒𝑑_{(𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟)}− 𝐸⁰𝑅𝑒𝑑_{(𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)} 2𝑉 = 0,34– 𝐸⁰𝑟𝑒𝑑_{(𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)}

𝐸⁰𝑟𝑒𝑑_{(𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)}= 2𝑉 − 0,34 𝐸⁰𝑟𝑒𝑑_{(𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)}= −1,66𝑉

2. A

ΔE = Emaior - Emenor

ΔE = 0,34 - (-0,44) ΔE = 0,34 + 0,44 ΔE = 0,78 V.

3. D

2𝐶𝑂₂+ 7𝐻⁺+ 8𝑒⁻→ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂⁻+ 2𝐻₂𝑂𝐸⁰= −0,3𝑉(𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟) 𝑂₂+ 4𝐻⁺4𝑒⁻→ 2𝐻₂𝑂𝐸⁰= +0,8𝑉(𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑒𝑚𝑢𝑡𝑖𝑝𝑖𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟𝑝𝑜𝑟2)

+ 0,8 V> -0,3 V

𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂⁻+ 2𝐻₂𝑂 → 2𝐶𝑂₂+ 7𝐻⁺ + 8𝑒⁻ 2𝑂₂+ 8𝐻⁺8𝑒⁻→ 4(2)𝐻₂𝑂

𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂⁻ + 2𝑂₂ 2𝐶𝑂₂+ 2𝐻₂𝑂

𝛥𝐸 = 𝐸_{𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟}– 𝐸_{𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟} = 0,8– (−0,3) = 1,1𝑉

𝛥_{𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙}= 4,4𝑉 1,1 𝑛 = 4,4

𝑛 = 4

4. E

2𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝐶𝑢 𝐶𝑢⁺⁺+ 2𝐹𝑒⁺⁺ 𝐹𝑒⁺⁺ 𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝑒⁻𝐸⁼− 0,77𝑉

𝐶𝑢⁺⁺+ 2𝑒⁻ 𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝑒⁻𝐸⁰= +0,34𝑉

2𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 2𝑒⁻ 2𝐹𝑒⁺⁺ 𝐸_{𝑟𝑒𝑑𝑢çã𝑜} = +0,77𝑉

Cu 𝐶𝑢⁺⁺+ 2𝑒⁻ 𝐸_{𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎çã𝑜}= −0,34𝑉

2𝐹𝑒⁺⁺⁺+ 𝐶𝑢 𝐶𝑢⁺⁺+ 2𝐹𝑒⁺⁺

𝛥𝐸 = 𝐸_{𝑟𝑒𝑑𝑢çã𝑜}+ 𝐸_{𝑂𝑥𝑖𝑑𝑎çã𝑜} 𝛥𝐸 = +0,77𝑉 + (−0,345𝑉)

𝛥𝐸 = +0,43 𝑉

5. D

Maior potencial de redução: prata (Ag), pois seu valor é maior, logo, sofre redução; Menor potencial de redução: lítio (Li), pois seu valor é menor, logo, sofre oxidação. Determinado a equação do ânodo: Li(s) → Li⁺(aq) + e^–

ΔE = Emaior - Emenor

ΔE = 0,80 - (-3,05) ΔE = 0,80 + 3,05 ΔE = 3,85 V. 6. B

𝐶𝑢(𝐸_𝑜𝑥𝑖 = −0,34𝑉) → Cu 𝐶𝑢2 + 2𝑒⁻(𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟) Zn (𝐸_𝑜𝑥𝑖 = + 0,76 𝑉) → 𝑍𝑛 𝑍𝑛²⁺+ 2𝑒⁻(𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟) +0,76 V > -0,34 V, então:

Zn 𝑍𝑛²⁺+ 2𝑒⁻(𝑃𝑜𝑙𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 − â𝑛𝑜𝑑𝑜) 𝐶𝑢²⁺+ 2𝑒⁻ Cu (Polo positivo - cátodo)

7. C

Ocorre a formação de íons 𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞)

Zn (s) 𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞) + 2𝑒⁻ 𝐸⁰= −0,76𝑉 𝐶𝑢²⁺(𝑎𝑞) + 2𝑒⁻ Cu(s) 𝐸⁰= +0,34𝑉 Zn (s) + Cu²⁺ (aq) 𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞) + 𝐶𝑢(𝑠)

8. A

Zn (s) → 𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞) + 2𝑒⁻ (Oxidação – ânodo) 𝐶𝑢²⁺(𝑎𝑞) + 2𝑒⁻ → Cu(s) (redução – cátodo)

II. Incorreta. O Zinco sólido sofre oxidação, transferindo elétrons para os íons cobre (Cu²⁺)

III. Correta. Para que ocorra a reação de oxirredução espontânea, o potencial de redução do eletrodo de cobre (+0,34 V) deve ser maior do que o do eletrodo Zinco (-0,76 V)

IV. Correta. A placa de zinco sofre corrosão, tendo sua massa diminuída, e na placa de cobre ocorre deposição de cobre metálico.

V. Incorreta. A concentração de íons (Cu²⁺) diminui, pois estes íons sofrem redução, e a concentração de íons Zn aumenta, pois o zinco metálico sofre oxidação.

9. D

Quanto menor o potencial de redução, mais adequado será o metal de sacrifício, pois sofrerá oxidação com mais facilidade. De acordo com a tabela os menores potenciais de redução pertencem ao magnésio e ao potássio.

Supondo que as placas ou cravos sejam compostas por esses metais, o magnésio seria a melhor escolha, pois é menos reativo na presença de água.

10. B

Conclusão: a reação 3 é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois regenera o corante adsorvido sobre o TiO2.