(a) Na eletrólise do NaCl (aq), quantos litros de Cl2 (g) (nas CNTP) são gerados por uma corrente de 15,5 A por um período de 75,0 min ? (b) Qual a quantidade de matéria de NaOH (aq) formada na solução durante esse período?
Resp.: (a) 8,06 L; (b) 0,72 mol

Passo 1

Então, vamos lá! A gente tem um exercício sobre eletrólise da solução de NaCl (sal de cozinha) na água. A pergunta é: com uma corrente de 15,5 A durante 75 minutos, quantos litros de gás cloro ( Cl2) serão produzidos e qual a quantidade de matéria de hidróxido de sódio (NaOH) que se forma na solução. Para resolver isso, vamos precisar usar as Leis de Faraday da eletrólise e também a equação dos gases ideais.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é eletrólise. É um processo onde a corrente elétrica faz com que ocorram reações químicas em solução. No caso do NaCl na água, a eletrólise produz gás cloro ( Cl2), hidróxido de sódio (NaOH) e hidrogênio ( H2).

Passo 3

Para saber quanto gás cloro será produzido, precisamos usar a Primeira Lei de Faraday, que relaciona a quantidade de carga elétrica passada com a quantidade de substância produzida. A fórmula que usamos é:
Q = I times t
Onde:
  • é a carga elétrica (em Coulombs, C)
  • é a corrente elétrica (em Amperes, A)
  • é o tempo (em segundos, s)

Passo 4

Vamos calcular a carga elétrica t = 75,0 , min times 60 , smin = 4500 , s . Primeiro, temos que o tempo está em minutos, então precisamos converter para segundos:
Q = 15,5 , A times 4500 , s = 69,750 , C
Agora, calculamos :

Passo 5

Sabemos que a eletrólise do cloreto de sódio produz gás cloro com a reação:
2 , Cl^- Cl2 , (g) + 2e^-
Cada molécula de Cl2 precisa de 2 elétrons. Agora, vamos usar a constante de Faraday ( ), que é aproximadamente .

Passo 6

A quantidade de mols de elétrons é:
ne = QF = 69,750 , C96,485 , C/mol approx 0,722 , mol
Como cada mol de Cl2 necessita de 2 mols de elétrons, a quantidade de mols de cloro produzido é:
nCl2 = ne2 = 0,7222 approx 0,361 , mol

Passo 7

Agora, para encontrar o volume de Cl2 produzido nas CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão: 0°C e 1 atm), usamos a equação dos gases ideais:
V = n times Vm
Onde V = 0,361 , mol times 22,4 , L/mol approx 8,06 , L é o volume molar dos gases nas CNTP.
Substituindo:

Passo 8

Agora, vamos calcular a quantidade de matéria de NaOH formada. Na eletrólise do NaCl, a reação que forma o NaOH é:
2 , H2O + 2 , Na^+ + 2 , Cl^- 2 , NaOH + H2 , (g) + Cl2 , (g)
Observamos que para cada mol de Cl2 produzido, formam-se 2 mols de NaOH.
Então:
nNaOH = 2 times nCl2 = 2 times 0,361 , mol approx 0,722 , mol

Resposta

(a) 8,06 L; (b) 0,72 mol

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