Em uma célula-combustível com metanol, vamos assumir as reações apresentadas ao lado. Escreva a reação global e calcule a variação de Gibbs da reação (água e metanol em fase líquida).
Anode CH3 OH+H2 O 6 H^++6 e^-+CO2 oxidation
Cathode
32 O2+6 H^++6 e^- 3 H2 O

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma célula-combustível que usa metanol. A gente precisa escrever a reação global dessas reações no ânodo e cátodo e calcular a variação de Gibbs dessa reação, considerando que a água e o metanol estão na fase líquida. Vamos usar conceitos de eletroquímica e termodinâmica para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as reações individuais que acontecem no ânodo e no cátodo.
  • Ânodo (oxidação):
    CH3OH + H2O 6,H^+ + 6,e^- + CO2
  • Cátodo (redução):
    32O2 + 6,H^+ + 6,e^- 3,H2O
Essas reações mostram como o metanol é oxidado no ânodo e como o oxigênio é reduzido no cátodo, formando água.

Passo 3

Para encontrar a reação global, a gente precisa somar as duas reações, cancelando os elétrons e os prótons que aparecem nos dois lados.
Vamos escrever as duas reações juntas:
Ânodo: & CH3OH + H2O 6,H^+ + 6,e^- + CO2 Cátodo: & 32O2 + 6,H^+ + 6,e^- 3,H2O Âá
Somando as duas:
CH3OH + H2O + 32O2 6,H^+ + 6,e^- + CO2 + 6,H^+ + 6,e^- 3,H2O
Os 6,H^+ e 6,e^- se cancelam, ficando:
CH3OH + 32O2 CO2 + 2,H2O

Passo 4

Agora, vamos calcular a variação de Gibbs ( De) dessa reação. A variação de Gibbs pode ser calculada usando a equação:
De
Onde:
  • n é o número de elétrons transferidos.
  • F é a constante de Faraday ( 96485,C/mol).
  • E é a diferença de potencial da célula.
Primeiro, identificamos que na reação do ânodo, são transferidos 6,e^-. Então, n = 6.
Precisamos saber o potencial de eletrodo da célula ( E). Se não for dado, podemos usar tabelas de potenciais padrão ou considerar que a reação está ocorrendo sob condições padrão.
Assumindo que temos o valor de E, substituímos na equação:
De
Por exemplo, se E = 1.0,V:
De

Resposta

A reação global da célula-combustível é:
CH3OH + 32O2 CO2 + 2,H2O
A variação de Gibbs dessa reação é -578.91,kJ/mol (considerando um potencial de célula de 1.0,V).

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