Uma solução consiste de íons Cu^+2, Ni^+2 e Ag^+na concentração de cada um de 1,0 mol L^-1. O que acontece se uma lâmina de estanho ( Sn ) é mergulhada na solução? Considere as seguintes semi-reações:
Ag^+(aq)+e^- Ag(s) Cu^2+(aq)+2 e^- Cu(s) Pb^2+(aq)+2 e^- Pb(s)
As semi-reações podem ser utilizadas para construir três diferentes células galvânicas. Sugira qual célula produz maior voltagem e identifique o cátodo e o anodo.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O problema fala que temos uma solução com íons de cobre ( Cu^+2), níquel ( Ni^+2) e prata ( Ag^+), cada um na concentração de 1,0 mol/L. A gente precisa descobrir o que acontece quando mergulha uma lâmina de estanho (Sn) nessa solução e também identificar qual combinação de reações gera a maior voltagem, além de identificar o cátodo e o ânodo. Para resolver isso, vamos usar as semi-reações dadas e entender um pouco sobre como funcionam as células galvânicas.

Passo 2

Primeiro, vamos refrescar a memória sobre células galvânicas. Elas são dispositivos que transformam energia química em energia elétrica através de reações de oxidação e redução. Cada célula tem dois eletrodos: o ânodo, onde ocorre a oxidação (perda de elétrons), e o cátodo, onde ocorre a redução (ganho de elétrons).

Passo 3

Vamos olhar as semi-reações que a gente tem:
  1. Ag^+(aq) + e^- Ag(s)
  2. Cu^2+(aq) + 2,e^- Cu(s)
  3. Pb^2+(aq) + 2,e^- Pb(s)
Essas reações mostram como os íons ganham elétrons para virar metais sólidos. Nosso objetivo é combinar essas reações de forma que uma ocorra no ânodo e outra no cátodo.

Passo 4

Para saber qual combinação gera mais voltagem, precisamos conhecer os potenciais padrão de redução ( E^circ) dessas semi-reações. Esses valores dizem o quanto um íon quer ganhar elétrons. Quanto maior o E^circ, mais ele quer ser reduzido. Vamos considerar os valores típicos:
  • Para Ag^+/Ag, E^circ = +0,80,V
  • Para Cu^2+/Cu, E^circ = +0,34,V
  • Para Pb^2+/Pb, E^circ = -0,13,V

Passo 5

Agora, pensamos em montar pares para formar células galvânicas. A ideia é usar o íon com maior E^circ como cátodo (mais tendência a ser reduzido) e o com menor E^circ como ânodo (mais tendência a ser oxidado). Vamos ver as combinações possíveis:
  1. Ag/ Pb
  2. Cu/ Pb
  3. Ag/ Cu

Passo 6

Para cada combinação, calculamos a diferença de potencial ( De):
Deáâ
Isso nos dá a voltagem que a célula pode gerar.

Passo 7

Vamos calcular:
  1. Ag/ Pb:
    De
  2. Cu/ Pb:
    De
  3. Ag/ Cu:
    De

Passo 8

Observando os cálculos, a combinação Ag/ Pb tem a maior voltagem de 0,93 V. Isso significa que essa célula vai produzir mais energia elétrica comparada às outras combinações.

Resposta

A célula formada pelos pares Ag^+/Ag e Pb^2+/Pb gera a maior voltagem de 0,93 V, com a prata (Ag) atuando como cátodo e o chumbo (Pb) como ânodo.

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