Calcular o potencial da célula e escreva a reação espontânea para a célula
e
. Dados:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado pede para calcular o potencial da célula eletroquímica formada por dois pares redox:
- Ag/AgCl, com íons
a 0,030 mol/L. - Pt/Fe³⁺, com íons
a mol/L e a 1,0 mol/L.
Além disso, temos os potenciais padrão de cada meio de eletrodo:
- Para AgCl(s) + e⁻ ⇌ Ag(s) + Cl⁻,
V - Para Fe³⁺ + e⁻ ⇌ Fe²⁺,
V
Vamos precisar usar o potencial padrão de eletrodo e a equação de Nernst para calcular o potencial da célula. Também vamos determinar qual reação vai ocorrer espontaneamente.
Passo 2
Primeiro, precisamos identificar qual meio de eletrodo vai ser o ânodo (onde ocorre a oxidação) e qual vai ser o cátodo (onde ocorre a redução).
O ânodo é onde o potencial padrão é menor, ou seja, a substância com menor tendência a ganhar elétrons. Olhando para os valores:
-
V -
V
Como
V é menor que
V, o par Fe³⁺/Fe²⁺ vai ser o ânodo, e o par AgCl/Ag será o cátodo.
Passo 3
Agora, vamos escrever as duas meia-reações com os sinais corretos:
-
Anodo (oxidação):
-
Cátodo (redução):
Passo 4
Vamos calcular o potencial padrão da célula (
) usando a diferença dos potenciais padrão:
Substituindo os valores:
Esse é o potencial padrão da célula. Mas como as concentrações dos íons não estão nas condições padrão, precisamos ajustar usando a Equação de Nernst.
Passo 5
A Equação de Nernst nos ajuda a calcular o potencial da célula nas condições dadas. A equação geral é:
Onde:
-
é o potencial da célula nas condições atuais. -
é o potencial padrão da célula. -
é o número de elétrons transferidos na reação. -
é o quociente de reação.
Primeiro, identificamos
. Nas duas meia-reações vemos que 1 elétron é trocado, então
.
Agora, vamos montar o quociente de reação (
). A reação completa é:
O quociente
é dado por:
Substituindo os valores fornecidos:
Precisamos determinar a concentração de
. Como cada molécula de AgCl que se dissolve libera um íon Cl⁻, e considerando que a concentração de Ag⁺ fornecida é 0,030 mol/L, assumimos que a concentração de Cl⁻ também é 0,030 mol/L.
Portanto:
Passo 6
Agora, aplicamos a Equação de Nernst:
Calculando o logaritmo:
Substituindo de volta:
Arredondando, temos
V.
Resposta
O potencial da célula é aproximadamente 0,356 V e a reação espontânea ocorre conforme abaixo: