Demonstre que a f.e.m. desse acumulador só depende da concentração do ácido sulfúrico.
Observação :Concentração de
molar
Eletroquímica e Corrosão - Prof. Ciapina <br> LISTA DE EXERCICIOS 1: <br> [Fundamentos de Eletroquímica]
Observação :Concentração de
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse problema de eletroquímica juntos! A questão pede para demonstrar que a f.e.m. (força eletromotriz) desse acumulador depende apenas da concentração do ácido sulfúrico (
). Para isso, vamos precisar entender as reações de meia-célula envolvidas, usar os potenciais padrão de eletrodo e aplicar a Equação de Nernst para relacionar a f.e.m. com a concentração do ácido.
Passo 2
Primeiro, vamos olhar as duas reações de meia-célula que foram fornecidas:
-
Oxidação do Pb:
-
Redução do PbSO₄:
Essas reações representam os processos que ocorrem nos eletrodos do acumulador durante a carga e descarga.
Passo 3
Agora, vamos determinar qual reação é a anódica (oxidação) e qual é a catódica (redução). Olhando para os potenciais padrão:
- A reação com menor
tende a ser a anódica. - A reação com maior
tende a ser a catódica.
Portanto:
- Anodo:
( ) - Catodo:
( )
Passo 4
A f.e.m. da célula é dada pela diferença entre os potenciais do catodo e do anodo:
Substituindo os valores:
Esse é o potencial padrão da célula quando todas as atividades são iguais a 1.
Passo 5
Mas a concentração do
não está considerando aqui. Para levar em conta a concentração, usamos a Equação de Nernst, que ajusta o potencial padrão com base nas condições reais:
Onde:
-
é a constante dos gases. -
é a temperatura. -
é o número de elétrons transferidos. -
é a constante de Faraday. -
é o quociente de reação.
Passo 6
Aplicando a Equação de Nernst para a célula completa. Observamos que a única variável que afeta
é a concentração de
, que está diretamente relacionada à concentração de
(já que
se dissocia completamente em
).
Assim, a expressão para a f.e.m. fica:
Como
depende apenas da concentração de
, concluímos que a f.e.m. depende somente dessa concentração.
Resposta
Concluímos que a f.e.m. do acumulador depende exclusivamente da concentração do ácido sulfúrico (
), já que todas as outras variáveis permanecem constantes e a concentração de
está diretamente ligada à concentração de
utilizada.
Exercícios relacionados
Calcule a constante de equilíbrio para a reação :
à partir dos potenciais padrão de redução:
e
Resp:
Resp:
Observe se
pode oxidar
à
nas condições padrão.
Qual é a f.e.m. da célula formada pelos eletrodos de
e
, sendo :
e
Resp :
Resp :
Calcule
, E e G (energia livre de Gibbs) para a seguinte reação de célula:
. Dados:
Resp: e
Resp: