Considerando a titulação de 100 mL de
, em meio de
, utilizando como titulante uma solução de
, determine a equação global balanceada e calcule o potencial da reação, quando adicionados 10,
e
.
Passo 1
Beleza, vamos por partes! O enunciado fala sobre uma titulação envolvendo íons cério (Ce⁴⁺) e cobre(I) (Cu⁺) em meio de ácido perclórico (HClO₄). Vamos precisar entender reações de oxidação-redução (redox) e como calcular o potencial dessa reação usando a equação de Nernst. Nosso objetivo é:
- Escrever a equação global balanceada da reação.
- Calcular o potencial da reação quando adicionamos 10,0 mL, 25,0 mL e 40,0 mL de Cu⁺.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as semi-reações de redução e oxidação.
-
Cério (Ce⁴⁺) como agente oxidante:
-
Cobre (Cu⁺) como agente redutor:
Aqui, o Ce⁴⁺ ganha elétron (reduzindo-se a Ce³⁺) e o Cu⁺ perde elétron (oxidando-se a Cu²⁺.
Passo 3
Agora, vamos balancear os elétrons para combinar as duas semi-reações. Como cada molécula de Cu⁺ perde 1 elétron e cada Ce⁴⁺ ganha 1 elétron, podemos simplesmente somar as duas semi-reações:
Essa é a equação global balanceada da reação.
Passo 4
Agora, vamos calcular o potencial da reação. Para isso, usamos a equação de Nernst:
Onde:
-
é o potencial da célula. -
é o potencial padrão da reação. -
é o número de elétrons transferidos. -
é o quociente de reação.
Primeiro, precisamos dos potenciais padrão de cada meia-reação:
O potencial padrão da reação global é:
Passo 5
Agora, vamos calcular o potencial para os diferentes volumes de Cu⁺ adicionados. Primeiro, precisamos encontrar a concentração dos reagentes após a adição.
A reação consome Ce⁴⁺ e Cu⁺ na proporção 1:1. Vamos calcular quantos mols de Cu⁺ estão sendo adicionados:
Onde
é o volume em litros.
Como o volume de Cu⁺ adicionado varia, vamos calcular para cada caso:
-
10,0 mL (0,010 L):
-
25,0 mL (0,025 L):
-
40,0 mL (0,040 L):
Passo 6
Vamos ver quantos mols de Ce⁴⁺ temos inicialmente:
Agora, para cada volume de Cu⁺ adicionado, verificamos se há excesso de oxidante ou redutor e calculamos
:
-
10,0 mL (0,0004 mol de Cu⁺):
- Mols de Ce⁴⁺ restantes:
- Mols de Cu²⁺ formados:
-
- Como [Cu⁺] está sendo consumido, e não há excesso, simplificamos que a reação está deslocada para a formação de produtos, então
tende a um valor grande, fazendo próximo de .
- Mols de Ce⁴⁺ restantes:
-
25,0 mL (0,001 mol de Cu⁺):
- Mols de Cu⁺ adicionados igualam os mols de Ce⁴⁺.
- Toda a Ce⁴⁺ é consumida, e ainda sobram 0,001 - 0,001 = 0 mol de Ce⁴⁺ e 0 mol de Cu⁺.
- A reação está no ponto de equivalência, então
, e .
-
40,0 mL (0,0016 mol de Cu⁺):
- Mols de Cu⁺ em excesso:
- [Cu⁺] restante = 0,0006 mol / (0,100 + 0,040) L = 0,0006 / 0,140 = 0,00429 M
- [Cu²⁺] formada = 0,001 mol / 0,140 L = 0,00714 M
-
- Agora, calculamos
:
- Mols de Cu⁺ em excesso:
Resposta
A equação global balanceada é:
Os potenciais da reação são aproximadamente:
- 10,0 mL de Cu⁺ adicionados:
- 25,0 mL de Cu⁺ adicionados:
- 40,0 mL de Cu⁺ adicionados:
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b) Alumínio.
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f) Potássio.
g) Oxigênio.
h) Carbono.
i) Cobre.
j) Cloro.
a) Ferro.
b) Alumínio.
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g) Oxigênio.
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