Quando acumulador dos automóveis (bateria de chumbo) fornece uma corrente elétrica, ocorre uma reação química representada por:
27a) Quais as variações do número de oxidação do chumbo nesta reação?
27b) O anúncio de uma bateria de automóvel dizia que ela poderia fornecer 50 Ah . Neste caso, quantos gramas de chumbo metálico seriam consumidos?
27b) O anúncio de uma bateria de automóvel dizia que ela poderia fornecer 50 Ah . Neste caso, quantos gramas de chumbo metálico seriam consumidos?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O problema tem duas partes:
27a) Queremos descobrir como o número de oxidação do chumbo (Pb) muda nessa reação química.
27b) Precisamos calcular quantos gramas de chumbo metálico são consumidos quando a bateria fornece 50 Ah de corrente.
Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre reações de oxidação e redução (reações redox), número de oxidação, e como relacionar carga elétrica com massa usando conceitos de eletroquímica.
Passo 2
Vamos começar com a parte 27a): Quais as variações do número de oxidação do chumbo nesta reação?
Primeiro, o número de oxidação é uma maneira de manter o controle das transferências de elétrons nas reações químicas. Ele indica a carga que um átomo teria se os elétrons fossem completamente transferidos.
Na reação dada:
Vamos identificar o número de oxidação do chumbo (Pb) nos reagentes e nos produtos.
-
Chumbo metálico (
): - Como é o elemento puro, o número de oxidação é 0.
-
Dióxido de chumbo (
): - O oxigênio geralmente tem número de oxidação -2.
- Há 2 oxigênios, totalizando -4.
- Para que a molécula seja neutra, o Pb deve ter +4.
-
Sulfato de chumbo (
): - O sulfato (
) tem carga total de -2. - Como temos 2
, cada Pb deve ter número de oxidação +2.
- O sulfato (
Então, as variações são:
- Na forma metálica: Pb tem 0.
- No
: Pb tem +4. - Nos $ \mathrm{PbSO}_{4} $: Pb tem +2.
Isso significa que o chumbo passa de +4 e 0 para +2 nas diferentes formas da reação.
Passo 3
Agora, vamos para a parte 27b): Quantos gramas de chumbo metálico seriam consumidos se a bateria fornecer 50 Ah?
Aqui, vamos usar a relação entre carga elétrica, quantidade de matéria e massa. O passo a passo:
-
Entender o que é Ah (Ampère-hora):
- 50 Ah significa 50 Ampères fluindo por 1 hora.
- Como 1 hora tem 3600 segundos, a carga total ($ Q $) é:
-
Relacionar a carga com os elétrons transferidos:
- Na reação, cada átomo de Pb metálico (
) perde 2 elétrons para se tornar . - O número de mols de elétrons (
) é dado por: onde $ F = 96485 , C/mol $ (constante de Faraday).
- Na reação, cada átomo de Pb metálico (
-
Determinar os mols de Pb consumidos:
- Cada mol de Pb consome 2 mols de elétrons.
- Cada mol de Pb consome 2 mols de elétrons.
-
Converter mols de Pb para gramas:
- A massa molar do chumbo ($ \mathrm{Pb} $) é aproximadamente 207.2 g/mol.
- A massa molar do chumbo ($ \mathrm{Pb} $) é aproximadamente 207.2 g/mol.
Resposta
27a) O número de oxidação do chumbo varia de 0 na forma metálica e +4 no
para +2 no
.
27b) Aproximadamente 193 gramas de chumbo metálico seriam consumidos quando a bateria fornece 50 Ah.