Considerando as semirreações de redução do íon dicromato
e do íon férrico
, responda as questões a seguir:
b) Represente a célula eletroquímica através da notação em barras, considerando as seguintes concentrações:
e
. Em seguida, calcule a diferença de potencial da reação nesta condição.
b) Represente a célula eletroquímica através da notação em barras, considerando as seguintes concentrações:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente representar uma célula eletroquímica usando a notação com barras, considerando algumas concentrações específicas de íons e um pH de 2,00. Além disso, precisamos calcular a diferença de potencial (ou potencial da célula) nessas condições. Para resolver isso, vamos precisar entender sobre células eletroquímicas, notação de células, potenciais padrão de redução e a equação de Nernst para levar em conta as concentrações dadas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as semirreações de redução envolvidas. Temos o íon dicromato (
) e o íon férrico (
).
As semirreações de redução são:
Para o dicromato:
Para o íon férrico:
Passo 3
Agora, vamos determinar qual semirreação será o cátodo (onde ocorre a redução) e qual será o ânodo (onde ocorre a oxidação). Geralmente, a semirreação com maior potencial padrão de redução ocorre no cátodo.
Consultando as tabelas de potenciais padrão de redução, encontramos que:
-
tem um potencial padrão mais alto que .
Portanto:
- Cátodo: Redução do dicromato.
- Ânodo: Oxidação do íon ferroso (
) para férrico ( ).
Passo 4
Vamos escrever a notação da célula eletroquímica. A notação segue a forma:
Ânodo | Sóluto (concentração) || Sóluto (concentração) | Cátodo
Baseando-se nas concentrações fornecidas:
- Ânodo:
com concentração de - Cátodo:
com concentração de
Além disso, temos
com concentração de
e
com concentração de
. Considerando o pH de 2,00, que indica a concentração de íons
.
Então, a notação da célula fica assim:
Passo 5
Agora, vamos calcular a diferença de potencial da célula usando a equação de Nernst. A equação de Nernst é:
Onde:
-
é o potencial da célula nas condições dadas. -
é o potencial padrão da célula. -
é a constante dos gases ( ). -
é a temperatura em Kelvin (vamos assumir 298 K). -
é o número de mols de elétrons transferidos. -
é a constante de Faraday ( ). -
é o quociente de reação.
Primeiro, precisamos encontrar
da célula, que é a diferença entre os potenciais padrão das semirreações do cátodo e do ânodo.
Assumindo valores típicos:
Então:
O número de elétrons transferidos (
) na reação global é 6.
Agora, calculamos
. A reação global pode ser escrita combinando as semirreações, o que nos dá:
Então, o quociente de reação
é:
Substituindo as concentrações:
Simplificando e calculando
, e depois substituindo todos os valores na equação de Nernst, teremos o potencial final da célula.
Resposta
A notação da célula eletroquímica é:
E a diferença de potencial da reação nas condições dadas é aproximadamente
.