Escrever (i) as reações anódicas e catódicas, (ii) dar a reação total balanceada e (iii) dar a direção espontânea, nas condições padrão:
(a) Ce(aq)^3++H(aq)^+ <=ftarrows Ce(aq)^4++H(g)
Resp: (iii) direita p/ a esquerda

Passo 1

Então, a gente tem um exercício que pede para fazer três coisas com uma reação química: (i) separar em reações de anodo e catodo, (ii) balancear a reação total, e (iii) descobrir a direção espontânea da reação nas condições padrão. A matéria aqui é Eletroquímica, que estuda as reações de oxidação e redução. Para resolver, vamos precisar entender como separar as reações em meia-celula, balancear elétrons e usar potenciais padrão para ver qual direção a reação vai naturalmente.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as espécies que estão se oxidando e se reduzindo. Olhando a reação dada:
Ce^3+ + H^+ <=ftarrows Ce^4+ + Hg
Aqui, o cério está passando de +3 para +4, o que significa que ele está perdendo elétrons (oxidação). Já o próton ( H^+) está ganhando elétrons para formar hidrogênio gasoso ( Hg), o que é uma redução.

Passo 3

Agora, vamos escrever as reações de anodo e catodo separadamente. No anodo ocorre a oxidação, e no catodo ocorre a redução.
Reação Anódica (Oxidação):
O cério (III) está sendo oxidado a cério (IV). Então:
Ce^3+ Ce^4+ + e^-
Reação Catódica (Redução):
Os prótons estão sendo reduzidos a hidrogênio gasoso. Então:
2H^+ + 2e^- Hg
Note que balanceamos os elétrons para que eles se cancelem na reação total.

Passo 4

Agora, vamos balancear a reação total usando as reações anódica e catódica. Precisamos que o número de elétrons perdidos na oxidação seja igual ao número de elétrons ganhos na redução.
Multiplicamos a reação anódica por 2 para igualar os elétrons:
2Ce^3+ 2Ce^4+ + 2e^-
Agora, somamos com a reação catódica:
2Ce^3+ + 2H^+ 2Ce^4+ + Hg
Essa é a reação total balanceada.

Passo 5

Por último, vamos determinar a direção espontânea da reação nas condições padrão. Para isso, precisamos olhar os potenciais padrão de redução das duas semi-reações.
Potenciais Padrão:
  • Para a redução de Ce^4+ a Ce^3+, E^circ = +1.61, V
  • Para a redução de H^+ a Hg, E^circ = 0, V
A direção espontânea vai ser aquela que resulta em um potencial de célula positivo. Calculando:
E^circcelula = E^circcatodo - E^circanodo = 0, V - 1.61, V = -1.61, V
Como o potencial é negativo, a reação espontânea acontece no sentido contrário ao que foi escrito inicialmente.

Resposta

(i) Reação anódica: Ce^3+ Ce^4+ + e^-
Reação catódica: 2H^+ + 2e^- Hg
(ii) Reação total balanceada: 2Ce^3+ + 2H^+ 2Ce^4+ + Hg
(iii) A direção espontânea é da direita para a esquerda.

Exercícios relacionados