Uma célula voltaica é construída a partir de uma solução de Cu(NO3)2 a 1 mol / L com eletrodo de Cu metálico e solução de SnSO4 a 1 mol / L com eletrodo de Sn metálico. Responda:
(e) Qual a FEM se as concentrações iniciais forem: Cu(NO3)2 a 0,5 mol / L e SnSO4 a 1,5 mol / L ?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que temos aqui. Temos uma célula voltaica feita com uma solução de Cu(NO3)2 e eletrodo de cobre, e outra solução de SnSO4 com eletrodo de estanho. A gente precisa descobrir qual é a Força Eletromotriz (FEM) dessa célula quando as concentrações iniciais dessas soluções são 0,5 mol/L de Cu(NO3)2 e 1,5 mol/L de SnSO4. Vamos usar a teoria das células eletroquímicas e a equação de Nernst para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as semi-reações de redução envolvidas na célula. Para isso, precisamos dos potenciais padrão de redução ( E^circ) para cada metal.
As semi-reações padrão são:
Cu^2+ + 2e^- Cu E^circ = +0,34,V
Sn^2+ + 2e^- Sn E^circ = -0,14,V
O metal com o potencial mais alto atua como cátodo (redução) e o outro como ânodo (oxidação).

Passo 3

Agora, vamos determinar qual metal está sendo oxidado e qual está sendo reduzido. Como o cobre tem um potencial de redução mais alto que o estanho, o cobre será o cátodo e o estanho o ânodo.
A semi-reação de oxidação do estanho é:
Sn Sn^2+ + 2e^- E^circ = +0,14,V
Já a redução do cobre permanece:
Cu^2+ + 2e^- Cu E^circ = +0,34,V

Passo 4

A FEM padrão da célula ( E^circcélulaé) é a diferença entre os potenciais de redução do cátodo e do ânodo:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo = 0,34,V - (-0,14,V) = 0,48,V éáâ

Passo 5

Agora, como as concentrações não estão nas condições padrão, precisamos usar a Equação de Nernst para calcular a FEM real da célula:
E = E^circ - 0,0592n log Q
Onde:
  • n é o número de elétrons transferidos (neste caso, n = 2)
  • Q é o quociente de reação, que para nossa célula é [Sn^2+][Cu^2+]

Passo 6

Substituindo os valores das concentrações dadas:
Q = 1,50,5 = 3
Agora, aplicando na Equação de Nernst:
E = 0,48,V - 0,05922 log 3

Passo 7

Vamos calcular 0,05922 log 3:
0,05922 = 0,0296,V
log 3 approx 0,4771
0,0296,V times 0,4771 approx 0,0141,V
Então:
E = 0,48,V - 0,0141,V = 0,4659,V

Resposta

A FEM da célula nas condições dadas é aproximadamente 0,466,V.

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