O cobre deve ser depositado a partir de uma solução
, tamponada a pH 4,00. O oxigênio é formado a partir do anodo a uma pressão parcial de 730 torr. A célula tem um resistência de 3,60
e a temperatura é
. Calcule o potencial teórico necessário para iniciar a deposição do cobre a partir da solução
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma questão de eletroquímica onde precisa calcular o potencial teórico necessário para começar a depositar cobre a partir de uma solução de Cu(II). A matéria envolvida aqui é sobre células eletroquímicas e como calcular potenciais usando a equação de Nernst. Para resolver, vamos precisar saber as reações envolvidas, os potenciais padrão, a concentração da solução, a temperatura, a pressão parcial de oxigênio e a resistência elétrica da célula.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as reações que estão acontecendo na célula. No cátodo, onde ocorre a deposição do cobre, a reação é:
No ânodo, onde o oxigênio é formado, a reação é:
Passo 3
Agora, precisamos encontrar os potenciais padrão de redução para cada meia-reação. Os valores geralmente estão em tabelas de eletroquímica. Vamos supor que o potencial padrão para a redução do Cu(II) é
e para a redução do oxigênio é
.
Passo 4
A célula eletroquímica tem dois potenciais: o do cátodo e o do ânodo. O potencial da célula (
) é dado pela diferença entre o potencial do cátodo e o potencial do ânodo:
Passo 5
Como estamos buscando o potencial necessário para iniciar a deposição do cobre, precisamos considerar a equação de Nernst para ajustar o potencial padrão às condições dadas, como concentração e pressão parcial. A equação de Nernst para a reação no cátodo é:
Onde
(número de elétrons transferidos) e
.
Passo 6
Substituindo os valores na equação de Nernst:
Calculando
:
Passo 7
Além disso, precisamos considerar a força necessária para vencer a resistência da célula. Usamos a Lei de Ohm:
Mas como não temos a corrente
diretamente, vamos considerar que o potencial total necessário (
) é a soma do potencial calculado no cátodo e a queda de tensão devido à resistência:
Como a corrente não foi fornecida, assumimos que estamos calculando apenas o potencial termodinâmico sem considerar a resistência, já que não há informações suficientes para determinar
.
Resposta
O potencial teórico necessário para iniciar a deposição do cobre a partir da solução é aproximadamente 0,322 V.