Uma célula voltaica é construída, a qual usa a seguinte reação e funciona a 298 K :
(a) Qual a fem da célula sob condições-padrão?
(b) Qual é a fem dessa célula quando
e
?
© Qual a fem da célula
e
?
(b) Qual é a fem dessa célula quando
© Qual a fem da célula
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre células voltaicas! A gente vai trabalhar com eletroquímica, especificamente com cálculo de força eletromotriz (fem) de uma célula. Precisamos entender as reações de oxidação e redução envolvidas e usar a equação de Nernst para calcular a fem em diferentes condições.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os eletrodos e as semirreações da célula:
-
Ânodo (oxidação): O zinco (Zn) está sendo oxidado:
-
Cátodo (redução): O níquel(II) (
) está sendo reduzido:
Passo 3
Para calcular a fem sob condições-padrão (parte a), precisamos das potenciais padrão de redução (
) para cada semi-reação. Vamos supor os valores comuns:
-
para = -0,76 V -
para = -0,25 V
Passo 4
A fem padrão da célula (
) é dada pela diferença entre o potencial do cátodo e o do ânodo:
Substituindo os valores:
Passo 5
Agora, para as partes (b) e ©, vamos usar a equação de Nernst, que nos permite calcular a fem em condições não-padrão:
Onde:
-
é a fem da célula -
é a fem padrão -
é o número de elétrons transferidos (nesse caso, ) -
é o quociente de reação, definido como
Passo 6
Parte (b):
e
Calculando
:
Aplicando na equação de Nernst:
Calculando o logaritmo:
Então:
Aproximando para três casas decimais:
Passo 7
Parte ©:
e
Calculando
:
Aplicando na equação de Nernst:
Calculando o logaritmo:
Então:
Aproximando para três casas decimais:
Resposta
(a) A fem da célula sob condições-padrão é 0,51 V.
(b) Quando
e
, a fem é 0,554 V.
© Quando
e
, a fem é 0,491 V.