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:
)
(a)
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.
Passo 4
Agora, para cada parte (a, b, c), vamos calcular os moles de Ce⁴⁺ adicionados:
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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; ©
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. (R: 2,
)
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; (b)
; ©
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Quantos coulombs © são necessários para depositar
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Resp: 455,2 C
Resp: 455,2 C