Escreva as possíveis semi-reações de oxidação e de redução que ocorrem quando o metal zinco é imerso em cada uma das seguintes soluções. Para cada item, escreva o par de semi-reações (a reação do ânodo e a do cátodo) e calcule o potencial padrão de reação, E^0.
2. Mostre as semi-reações da corrosão do metal ferro considerando que a reação ocorre ao ar em meio ácido. Escreva as semi-reações do ânodo e do cátodo que causam a corrosão de ferro metálico ( Fe(s) ) para ferro (II) aquoso (Fe^+2 (aq)) e, posteriormente, da oxidação do Fe^+2(aq) a Fe^+3(aq), formando o óxido de ferro (III) hidratado conhecido como ferrugem, Fe2 O3 cdot 3 H2 O.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. A gente precisa escrever as semi-reações de oxidação e redução que acontecem quando o metal ferro (Fe) sofre corrosão ao ar em meio ácido. Isso envolve duas partes principais:
  1. Oxidação do ferro metálico: Onde o ferro sólido (Fe) se transforma em íons ferro II (Fe²⁺).
  2. Oxidação adicional dos íons ferro II: Onde Fe²⁺ se transforma em Fe³⁺, resultando na formação da ferrugem (Fe₂O₃·3H₂O).
Para resolver isso, vamos precisar entender o que são semi-reações de oxidação e redução, além de como calcular o potencial padrão de reação (E⁰).

Passo 2

Primeiro, vamos revisar o que são semi-reações de oxidação e redução. Em uma reação de oxidação-redução (redox), uma espécie química perde elétrons (oxidação) e outra ganha esses elétrons (redução).
  • Semi-reação de Oxidação: Mostra a perda de elétrons.
  • Semi-reação de Redução: Mostra o ganho de elétrons.
Essas semi-reações nos ajudam a entender exatamente o que acontece com cada espécie durante a reação global.

Passo 3

Agora, vamos identificar a semi-reação de oxidação do ferro metálico (Fe). Quando o ferro sólido se oxida, ele perde elétrons e se transforma em íons ferro II (Fe²⁺).
A semi-reação de oxidação é:
Fe(s) Fe^2+(aq) + 2e^-
Aqui, o ferro sólido perde 2 elétrons para formar Fe²⁺.

Passo 4

Em seguida, vamos considerar a oxidação adicional dos íons ferro II (Fe²⁺) para íons ferro III (Fe³⁺). Esta é uma etapa intermediária que contribui para a formação da ferrugem.
A semi-reação dessa oxidação é:
Fe^2+(aq) Fe^3+(aq) + e^-
Nessa etapa, Fe²⁺ perde 1 elétron para virar Fe³⁺.

Passo 5

Agora, precisamos das semi-reações de redução que acompanham as oxidações que fizemos. No ambiente ácido e ao ar, o oxigênio geralmente é reduzido a água.
A semi-reação de redução do oxigênio é:
O2 + 4H^+ + 4e^- 2H2O
Aqui, o oxigênio ganha 4 elétrons e reage com prótons (H⁺) para formar água.

Passo 6

Com as semi-reações de oxidação e redução definidas, podemos calcular o potencial padrão de reação (E⁰). O potencial padrão nos ajuda a entender a tendência das reações redox ocorrerem espontaneamente.
Os valores de potencial padrão são geralmente encontrados em tabelas de eletroquímica. Para nossos casos:
  • Oxidação do Fe a Fe²⁺: E⁰ = -0,44 V
  • Oxidação do Fe²⁺ a Fe³⁺: E⁰ = -0,77 V
  • Redução do O₂ a H₂O: E⁰ = +1,23 V

Passo 7

Finalmente, para calcular o potencial padrão total da reação de corrosão do ferro, combinamos os potenciais das semi-reações de oxidação e redução.
Para a primeira etapa (Fe a Fe²⁺):
E^0total = E^0cátodo - E^0ânodo = 1,23 , V - (-0,44 , V) = 1,67 , V áâ
Para a segunda etapa (Fe²⁺ a Fe³⁺):
E^0total = 1,23 , V - (-0,77 , V) = 2,00 , V

Resposta

As semi-reações de corrosão do ferro ao ar em meio ácido são:
  1. Semi-reação de Oxidação (Ânodo):
    Fe(s) Fe^2+(aq) + 2e^-
  2. Semi-reação de Redução (Cátodo):
    O2 + 4H^+ + 4e^- 2H2O
  3. Oxidação Adicional dos Íons Fe²⁺:
    Fe^2+(aq) Fe^3+(aq) + e^-
O potencial padrão de reação para essas reações é de 1,67 V na primeira etapa e 2,00 V na segunda etapa.

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