Uma solução contend de sulfato de ferro (II) foi titulada com uma solução de , em meio de . Dados: . Calcule o potencial da célula após a adição de nos seguintes volumes:
(a) ; (b) ; © . (R: )

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de titulação redox juntos! A gente vai trabalhar com soluções de sulfato de ferro (II) e íons de cério (IV) em meio ácido. O que a gente precisa fazer é calcular o potencial da célula eletroquímica após adicionar diferentes volumes de uma solução de Ce⁴⁺. Para isso, vamos usar conceitos de equilíbrio redox e a equação de Nernst.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que temos:
  • Solução de Fe²⁺: 20,00 mL com concentração de 0,100 mol/L.
  • Solução de Ce⁴⁺: 0,040 mol/L.
  • Meio ácido: Ácido sulfúrico 1,0 mol/L.
As reações de meia-célula são:

Passo 3

Vamos calcular os moles de Fe²⁺ que temos inicialmente.
çã

Passo 4

Agora, para cada parte (a, b, c), vamos calcular os moles de Ce⁴⁺ adicionados:
çã
Vamos fazer isso para cada volume:
  • a) 30,00 mL: 0,030 L × 0,040 mol/L = 0,0012 mol
  • b) 50,00 mL: 0,050 L × 0,040 mol/L = 0,002 mol
  • c) 50,50 mL: 0,0505 L × 0,040 mol/L = 0,00202 mol

Passo 5

A reação de oxidação é:
E a de redução é:
Como o Ce⁴⁺ é o agente oxidante, ele vai oxidar o Fe²⁺ a Fe³⁺.

Passo 6

Vamos ver quantos moles de Fe²⁺ são consumidos pela quantidade de Ce⁴⁺ adicionada:
Depois, atualizamos os moles de Fe²⁺ e Fe³⁺:

Passo 7

Vamos calcular as concentrações após a adição para cada caso, lembrando que o volume total da solução muda:
Depois, usamos as concentrações para determinar o potencial com a equação de Nernst:
Onde (número de elétrons trocados).

Passo 8

Vamos resolver para cada parte:
a) 30,00 mL de Ce⁴⁺ adicionados:
  • Moles de Ce⁴⁺: 0,0012 mol
  • Fe²⁺ restante: 0,002 - 0,0012 = 0,0008 mol
  • Fe³⁺ formado: 0,0012 mol
  • Volume total: 20,00 mL + 30,00 mL = 50,00 mL = 0,050 L
  • Concentrações:
  • Aplicando na equação de Nernst:

Passo 9

b) 50,00 mL de Ce⁴⁺ adicionados:
  • Moles de Ce⁴⁺: 0,002 mol
  • Fe²⁺ restante: 0,002 - 0,002 = 0 mol
  • Fe³⁺ formado: 0,002 mol
  • Volume total: 20,00 mL + 50,00 mL = 70,00 mL = 0,070 L
  • Concentrações:
  • Como todo Fe²⁺ foi oxidado, o potencial agora é determinado pela reação reversa de Ce⁴⁺: Mas como temos excesso de Ce⁴⁺, o potencial final fica aproximadamente 1,06 V

Passo 10

c) 50,50 mL de Ce⁴⁺ adicionados:
  • Moles de Ce⁴⁺: 0,00202 mol
  • Fe²⁺ restante: 0,002 - 0,00202 = -0,00002 mol (isto é, Ce⁴⁺ está em excesso ligeiro)
  • Fe³⁺ formado: 0,002 mol
  • Volume total: 20,00 mL + 50,50 mL = 70,50 mL = 0,0705 L
  • Excesso de Ce⁴⁺: 0,00202 - 0,002 = 0,00002 mol
  • Concentrações:
  • Aplicando na equação de Nernst:

Resposta

a) ; b) ; c)

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