Calcular o potencial teórico das seguintes células. A reacção da célula é expontânea na direcção apresentada ou na direcção contrária?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um exercício que pede para calcular o potencial teórico de uma célula eletroquímica e descobrir se a reação ocorre de forma espontânea na direção mostrada ou na contrária. A célula em questão envolve platina (Pt), hidrogênio gasoso (H₂) com pressão de 0,200 atm, ácido clorídrico (HCl) com concentração de 7.50 times 10^-4 M, cloreto de prata (AgCl) saturado, e prata (Ag). Para resolver isso, vamos usar conceitos de eletroquímica, como potenciais de eletrodo padrão e a equação de Nernst.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as semirrigações que compõem a célula. Temos duas semirrigações principais:
Reação de redução no cátodo (onde ocorre a redução):
AgCl(s) + e^- Ag(s) + Cl^-(aq)
Reação de oxidação no ânodo (onde ocorre a oxidação):
H2(g) 2H^+(aq) + 2e^-
Passo 3
Agora, precisamos encontrar os potenciais padrão de eletrodo (E^circ) para cada uma dessas semirrigações. Consultando a tabela de potenciais padrão:
Para a redução do AgCl:
E^circAgCl/Ag = +0,222, V
Para a redução do H⁺:
E^circH^+/H2 = 0,000, V
Esse é o potencial padrão do eletrodo de hidrogênio.
Passo 4
Como buscamos a reação global da célula, precisamos determinar qual semirriação será o ânodo (oxidação) e qual será o cátodo (redução). A regra geral é que o ânodo terá o potencial de eletrodo mais negativo.
Aqui, o E^circAgCl/Ag = +0,222, V é maior que o E^circH^+/H2 = 0,000, V, então:
Ânodo (oxidação):H2(g) 2H^+(aq) + 2e^-
Cátodo (redução):AgCl(s) + e^- Ag(s) + Cl^-(aq)
Passo 5
Calculamos o potencial padrão da célula (E^circcélulaé) usando a fórmula:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo éáâ
Substituindo:
E^circcélula = 0,222, V - 0,000, V = +0,222, V é
Passo 6
Para considerar as condições não-padrão (como a concentração de HCl e a pressão de H₂), usamos a equação de Nernst:
Ecélula = E^circcélula - 0,0592n log Q éé
Onde:
n é o número de elétrons transferidos (neste caso, 2)
Q é o quociente de reação
Passo 7
Calculamos o quociente de reação Q:
Q = [Cl^-][H^+]^2 times PH2
Sabemos que:
[H^+] = [HCl] = 7,50 times 10^-4, M
PH2 = 0,200, atm
A concentração de Cl^- está relacionada ao AgCl saturado, mas como está saturado, consideramos sua atividade como constante, portanto Q não vai depender dela diretamente.
Q = 1(7,50 times 10^-4)^2 times 0,200 = 15,625 times 10^-7 times 0,200 approx 3,56 times 10^6
Passo 8
Aplicando a equação de Nernst:
Ecélula = 0,222, V - 0,05922 log (3,56 times 10^6) é
Calculando o logaritmo:
log (3,56 times 10^6) approx 6,55
Então:
Ecélula = 0,222, V - 0,0296 times 6,55 approx 0,222, V - 0,194, V = 0,028, V é
Passo 9
Interpretando o resultado:
O potencial da célula é positivo (+0,028, V), o que indica que, sob as condições dadas, a reação ocorre de forma espontânea na direção apresentada.
Resposta
O potencial teórico da célula é de aproximadamente +0,028 V, e a reação ocorre de forma espontânea na direção apresentada.