Quando acumulador dos automóveis (bateria de chumbo) fornece uma corrente elétrica, ocorre uma reação química representada por:
Pb(s)+PbO2(s)+4 H(aq)^++2 SO^2- 4(aq) 2 PbSO4(s)+2 H2 O(l)
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?

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:
Pb(s) + PbO2(s) + 4 H^+(aq) + 2 SO4^2- (aq) 2 PbSO4(s) + 2 H2 O(l)
Vamos identificar o número de oxidação do chumbo (Pb) nos reagentes e nos produtos.
  1. Chumbo metálico ( Pb(s)):
    • Como é o elemento puro, o número de oxidação é 0.
  2. Dióxido de chumbo ( PbO2):
    • O oxigênio geralmente tem número de oxidação -2.
    • Há 2 oxigênios, totalizando -4.
    • Para que a molécula seja neutra, o Pb deve ter +4.
  3. Sulfato de chumbo ( PbSO4):
    • O sulfato ( SO4^2-) tem carga total de -2.
    • Como temos 2 PbSO4, cada Pb deve ter número de oxidação +2.
Então, as variações são:
  • Na forma metálica: Pb tem 0.
  • No PbO2: 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:
  1. 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: Q
  2. Relacionar a carga com os elétrons transferidos:
    • Na reação, cada átomo de Pb metálico ( Q = 50 , A times 3600 , s = 180000 , C ) perde 2 elétrons para se tornar Pb.
    • O número de mols de elétrons ( Pb^2+) é dado por: neonde $ F = 96485 , C/mol $ (constante de Faraday). ne = QF é
  3. Determinar os mols de Pb consumidos:
    • Cada mol de Pb consome 2 mols de elétrons. F = 96485 , C/mol
  4. Converter mols de Pb para gramas:
    • A massa molar do chumbo ($ \mathrm{Pb} $) é aproximadamente 207.2 g/mol. ne = 180000 , C96485 , C/mol approx 1.865 , mol de elétrons

Resposta

27a) O número de oxidação do chumbo varia de 0 na forma metálica e +4 no PbO2 para +2 no PbSO4.
27b) Aproximadamente 193 gramas de chumbo metálico seriam consumidos quando a bateria fornece 50 Ah.

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