Exercícios Resolvidos de Cálculo de Concentração

Ver Teoria

Enunciado

Sobre a reação abaixo, que ocorre em meio ácido a 298 K, responde:

M n O 4 - a q + C l a q - → M n a q + 2 + C l 2 g

  1. Indique quais semi-reações ocorrem no catodo e no anodo e a reação global balanceada com os menores coeficientes estequiométricos inteiros
  2. Sabendo que o potencial padrão da célula é 0,15 V, calcule o trabalho que pode ser fornecido nas condições – padrão.
  3. Calcule o trabalho máximo que pode ser obtido quando a concentração de M n O 4 - é de 0,5 mol/L, de M n + 2 é igual a 0,1, de C l - é igual a 1,0 mol/L, a pressão parcial de C l 2 é igual a 0,01 bar e o pH no catodo é 1.

Passo 1

Fala aí, galera!!! A gente sabe que nessa reação aí, houve uma reação de oxirredução, ou seja, alguém precisou perder elétrons (oxidar) e alguém recebeu esses elétrons (reduziu). E a gente tem que lembrar daquela nossa regrinha: vogal com vogal, consoante com consoante, ou seja, Oxidação/Anodo & Redução/Catodo. E são esses caras que constituem nossas semi-reações de oxidação e de redução. Depois, a gente vai precisar lembrar a relação entre trabalho e a transferência de elétrons.

Então, a primeira parada é identificar quem reduziu e quem oxidou.

Se você observar, o cloreto ( C l - ) passou para Cl2, ou seja, foi de –1 para 0, então, ou seja, oxidou.

Por sua vez, o M n O 4 - teve o manganês (Mn) passando de +7 para Mn+2, ou seja, houve uma redução, pois ganhou-se 5 elétrons.

Então bora seguir esse caminho aí!!!

Mas tem um detalhezinho aqui, precisamos lembrar que é um meio ácido. E o que isso interfere?

Bem, a gente tem a redução: M n O 4 - → M n + 2

Mas tá ligado ali que tá faltando balancear o oxigênio, né? E como a gente faz isso? A gente tem que colocar água do outro lado de forma a balancear.

M n O 4 - → M n + 2 + 4 H 2 O  

Tá, mas agora a gente tem que balancear o hidrogênio, né? Então como o meio é ácido, a gente coloca íons H+ do lado dos reagentes pra balancear.

M n O 4 - + 8 H + + 5 e - → M n + 2 + 4 H 2 O

Passo 2

  1. As semi reações e a equação global são assim ó:

Catodo:   M n O 4 - + 8   H + + 5   e - → M n + 2 + 4   H 2 O

Anodo: 2   C l - → C l 2 + 2   e -

Agora a gente tem que fazer um segundo passo nessa etapa de semi-reações, é multiplicar a equação no catodo pelo número de elétrons que estão na semi-reação do anodo. E a equação de anodo pelo número de elétrons da semi-reação de catodo.

Catodo:   2 M n O 4 - + 16   H + + 10   e - → 2   M n + 2 + 8   H 2 O

Anodo: 10   C l - → 5 C l 2 + 10   e -

A equação global é só a gente somar tudo isso!!!

2   M n O 4 - + 16 H + + 10 e - + 10 C l - → 5 C l 2 + 10 e - + 2 M n + 2 + 8 H 2 O  

Eu cortei o número de elétrons porque eles são iguais em lados opostos da reação global, e isso é um outro macete e ponto de interesse: na equação global NENHUM elétron pode aparecer!!

Reação global: 2 M n O 4 - + 16 H + + 10 C l - → 5 C l 2 + 2 M n + 2 + 8 H 2 O

Passo 3

(b) Agora, a gente vai lembrar da relação de trabalho com a eletroquímica!!!

W = - n F E 0

Onde n é o número de elétrons envolvido na reação, F é a constante de Faraday e E0 é o potencial padrão da célula, que o enunciado disse que vale 0,15 V.

A constante de Faraday é 9,6485 × 10 4 C m o l e o número de elétrons envolvidos na reação a gente viu que são 10.

W = - 10 × 9,6485 × 10 4 × 0,15   V = - 144,75   k J

Passo 4

(c) O trabalho máximo nas condições fornecidas pode ser calculado da seguinte maneira

W m á x = - n F E

Então, a gente vai precisar calcular o E nas condições dadas, e como a gente faz isso?

E = E 0 - R T n F   l n Q

Q = M n + 2 2 ⋅ p C l 2 5 M n O 4 -   ⋅ H + 16 C l - 10 = 0,1 2 0,01 5 0,5 2 ⋅ 10 - 1 16 ⋅ 1 10 = 40000

E onde E 0 = 0,15   V dado no enunciado, portanto:

E = 0,15 - 8,3145 × 298 5 × 9,6485 × 10 4 ln ⁡ 40000 = 0,123   V

E assim, temos ao final que W m á x = - n F E = - 10 × 9,6485 × 10 4 × 0,123 = - 118,45   k J

Note que a gente também poderia ter usado a fórmula Δ G = Δ G 0 + R T   l n Q para calcular o trabalho máximo, pois

Δ G = W m á x = - n F E

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Exercícios de Livros Relacionados

13.9-Como as pressões parciais são proporcionais às concentrações, às leis de velocidade das reações em fase gás também podem ser expressas em termos das pressões parciais, por exemplo, como Velocidad
Empregue o Excel para calcular as concentrações do produto versus tempo para umareação de pseudoprimeira ordem com k¿0,015 s1 e [A]0 0,005 mol L1. Usetempos de 0,000 s; 0,001 s; 0,01 s; 0,1 s;0,2 s; 0
O cianometano, vulgarmente conhecido como acetonitrilo, C H 3 C N , é um líquido volátil, tóxico, utilizado como solvente para purificar esteróides e extrair ácidos graxos de óleos de peixe. A acetoni
37 Determine o tempo necessário para que ocorram as seguintes reações de segunda ordem: 2 A⟶ B + C , sabendo que a concentração de A decresce de 0,10m o l . L - 1 até 0,080m o l . L - 1 e que k = 0,01
34. Determine a constante de velocidade das seguintes reações de segunda ordem: (a) 2A⟶ B + 2C, sabendo que a concentração A decresce de 2,50 m m o l . L - 1 até 1,25 m m o l . L - 1 em 100s. (b) A→ C