Uma célula voltaica utiliza a seguinte reação e funciona a 298 K :
4 Fe^2+(aq)+O2(g)+4 H^+(aq) 4 Fe^3+(aq)+2 H2 O(l)
(a) Qual a fem da célula sob condições-padrão?
(b) Qual é a fem dessa célula quando [Fe^2+]=3,00 mol / L ;[Fe^3+]=0,010 mol / L ; Pol02=0,50 atm e o pH da solução no compartimento catódico é 3,00?

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.
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:
E^circ
Vamos dividir essa reação em duas semi-reações: a de redução e a de oxidação.

Passo 3

Identificamos as semi-reações:
Redução (cátodo):
O2(g) + 4 H^+(aq) + 4 e^- 2 H2O(l)
Oxidação (ânodo):
4 Fe^2+(aq) 4 Fe^3+(aq) + 4 e^-
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
  • $ E^\circ $ para a redução do ferro:
O2(g) + 4 H^+ + 4 e^- 2 H2O(l) E^circ = +1,23 , V

Passo 5

Para encontrar a fem da célula, usamos a seguinte fórmula:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo éáâ
Aqui, o cátodo é onde ocorre a redução ($ E^\circ = +1,23 , \mathrm{V} E^circ = +1,23 , V âéçã E^\circ = +0,77 , \mathrm{V} $).

Passo 6

Aplicando os valores na fórmula:
E^circcélula = 1,23 , V - 0,77 , V = 0,46 , V é

Resposta

A fem da célula sob condições-padrão é 0,46 V.

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