Na eletrólise aquosa do sulfato de cobre aquoso mostre as todas as equações envolvidas, identifique as semi-reações que irão acontecer no catodo e anodo, seu produtos e a reação global e a diferença de potencial.
Passo 1
Beleza! Vamos lá entender o que a questão está pedindo. Estamos falando sobre eletrólise aquosa do sulfato de cobre. Isso faz parte da química que estuda como a eletricidade pode causar reações químicas em soluções aquosas. Para resolver essa questão, vamos precisar identificar todas as equações envolvidas, descobrir o que acontece no cátodo e no ânodo (as semi-reações), achar a reação global e calcular a diferença de potencial.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação química da eletrólise do sulfato de cobre $ CuSO_4 $ em água. Quando dissolvido, o sulfato de cobre se dissocia em íons:
Além disso, a água $ H_2O $ também se dissocia em íons hidrogênio $ H^+ $ e hidroxila $ OH^- $:
Essas são as equações envolvidas na solução aquosa de sulfato de cobre que será submetida à eletrólise.
Passo 3
Agora, vamos identificar o que acontece no cátodo (pólo negativo) e no ânodo (pólo positivo).
No Cátodo:
O cátodo atrai os íons positivos. Aqui, os íons $ Cu^{2+} $ vão ganhar elétrons (redução) para formar cobre metálico:
O cátodo atrai os íons positivos. Aqui, os íons $ Cu^{2+} $ vão ganhar elétrons (redução) para formar cobre metálico:
Essa é a semi-reação de redução no cátodo.
No Ânodo:
O ânodo atrai os íons negativos. Aqui, os íons $ OH^- $ ou as moléculas de água podem perder elétrons (oxidação). Normalmente, a água é oxidada a oxigênio gasoso:
O ânodo atrai os íons negativos. Aqui, os íons $ OH^- $ ou as moléculas de água podem perder elétrons (oxidação). Normalmente, a água é oxidada a oxigênio gasoso:
Essa é a semi-reação de oxidação no ânodo.
Passo 4
Vamos agora juntar as semi-reações para obter a reação global da eletrólise:
- Redução no cátodo:
- Oxidação no ânodo:
Para balancear, multiplicamos a reação do cátodo por 2 para igualar os elétrons:
Agora, somamos as duas semi-reações:
Os elétrons se cancelam, e simplificando:
Essa é a reação global da eletrólise do sulfato de cobre aquoso.
Passo 5
Por fim, vamos falar sobre a diferença de potencial. A diferença de potencial é a voltagem necessária para conduzir a eletrólise. Ela depende das potenciais de redução das semi-reações envolvidas.
Usando tabelas de potenciais padrão de redução:
- Para $ Cu^{2+}/Cu $: $ E^\circ = +0,34, V $
- Para $ O_2/H_2O $: $ E^\circ = +1,23, V $
A diferença de potencial $ \Delta E $ é calculada pela soma dos potenciais de redução no cátodo e no ânodo:
Então, a diferença de potencial necessária para a eletrólise é de 0,89 V.
Resposta
A eletrólise aquosa do sulfato de cobre envolve as seguintes equações e reações:
-
EQUAÇÕES ENVOLVIDAS:
-
SEMIREAÇÕES:
- Cátodo (Redução):
- Ânodo (Oxidação):
- Cátodo (Redução):
-
REACÃO GLOBAL:
-
DIFERENÇA DE POTENCIAL: