Uma célula voltaica utiliza 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 o pH da solução no compartimento catódico é 3,00?
(b) Qual é a fem dessa célula quando
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de célula voltaica juntos! A questão está dividida em duas partes:
(a) Queremos encontrar a fem (força eletromotriz) da célula sob condições-padrão.
(b) Agora, vamos calcular a fem da célula quando algumas condições mudam, como concentrações e pressão.
(b) Agora, vamos calcular a fem da célula quando algumas condições mudam, como concentrações e pressão.
Para isso, vamos precisar entender sobre potenciais padrão de eletrodo e a equação de Nernst, que nos ajuda a calcular a fem em condições não-padrão.
Passo 2
Primeiro, vamos focar na parte (a). Para encontrar a fem padrão da célula, precisamos conhecer os potenciais de redução padrão ($ E^\circ $) das semi-reações envolvidas.
A reação completa da célula é:
Vamos dividir essa reação em duas semi-reações: a de redução e a de oxidação.
Passo 3
Identificamos as semi-reações:
Redução (cátodo):
Oxidação (ânodo):
Note que no ânodo, o ferro está sendo oxidado de Fe²⁺ para Fe³⁺, perdendo elétrons.
Passo 4
Agora, vamos buscar os valores dos potenciais padrão de redução para cada semi-reação. Supondo que temos uma tabela de potenciais padrão:
- $ E^\circ $ para a redução do oxigênio:
- $ E^\circ $ para a redução do ferro:
Passo 5
Para encontrar a fem da célula, usamos a seguinte fórmula:
Aqui, o cátodo é onde ocorre a redução ($ E^\circ = +1,23 , \mathrm{V}
E^\circ = +0,77 , \mathrm{V} $).
Passo 6
Aplicando os valores na fórmula:
Resposta
A fem da célula sob condições-padrão é 0,46 V.