Para a titulação de 100 mL de uma solução de
de
em 0,5
de
com uma solução de
de
, responda:
Calcule os potenciais da célula nas seguintes situações: 0, 25, 100 e
da titulação (considere o ponto estequiométrico).
Dados:
.
Calcule os potenciais da célula nas seguintes situações: 0, 25, 100 e
Dados:
Passo 1
Vamos lá! Temos uma titulação onde 100 mL de uma solução de
a
em meio ácido (
de
) estão sendo titulados com uma solução de
a
. Precisamos calcular os potenciais da célula em 0%, 25%, 100% e 135% da titulação. Para isso, vamos usar conhecimentos de reações redox, potencial de eletrodo e a equação de Nernst.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as reações de oxidação e redução envolvidas na titulação.
-
Meia-reação de redução (permanganato):
-
Meia-reação de oxidação (ferro):
Essas duas reações vão nos ajudar a calcular o potencial da célula em cada ponto da titulação usando a equação de Nernst.
Passo 3
Vamos calcular a quantidade de mols de
e a quantidade de
necessária para a titulação completa (100%).
-
Mols de
: -
Mols de
necessários para o ponto de equivalência: Pela estequiometria das reações, 5 mols dereagem com 1 mol de . -
Volume de
necessário:
Agora sabemos que 100 mL de
são necessários para atingir o ponto de equivalência.
Passo 4
Vamos calcular os potenciais nos diferentes pontos de titulação usando a equação de Nernst para a célula redox completa.
A equação de Nernst para o potencial da célula é:
Onde:
-
são os potenciais padrão das semi-reações. -
é o número de mols de elétrons transferidos. -
é a razão de reação, que envolve as concentrações dos produtos e reagentes.
Para simplificar, vamos considerar as concentrações em cada ponto da titulação e calcular
.
Passo 5
Potencial em 0% da titulação (antes de adicionar
):
Nesse ponto, ainda não adicionamos nenhuma solução de
. Portanto, a única reação que ocorre é a redução do permanganato.
Logo, o potencial da célula será igual ao potencial padrão da meia-reação do permanganato.
Passo 6
Potencial em 25% da titulação:
Aqui, adicionamos 25% do volume necessário para o ponto de equivalência, ou seja, 25 mL de
.
-
Mols de
adicionados: -
Mols de
que reagem: -
Mols restantes de
: -
Volume total da solução:
-
Concentrações após a reação:
Agora, vamos aplicar a equação de Nernst para encontrar o potencial da célula.
Primeiro, identificamos as concentrações de
e
formadas:
-
Mols de
formados: -
Mols de
formados:
Agora, a razão de reação
para a célula redox completa é:
Substituindo os valores:
Calculando:
Agora, aplicamos a equação de Nernst:
Substituindo os valores:
Calculando:
Passo 7
Potencial no ponto de equivalência (100% da titulação):
No ponto de equivalência, todo o
foi reagido com
. As concentrações de
e
são praticamente zero, e o potencial é determinado apenas pelas espécies presentes após a reação.
Neste caso, temos
e
na solução. A reação da célula é:
No ponto de equivalência, a reação está completa, e o potencial da célula será determinado pelas concentrações das espécies produzidas. No entanto, como as concentrações de
e
são zero, o potencial é mínimo e próximo de zero.
Portanto:
Passo 8
Potencial em 135% da titulação:
Aqui, adicionamos 35% a mais do volume necessário para o ponto de equivalência, ou seja, 135% de 100 mL = 135 mL de
.
-
Mols de
adicionados: -
Mols de
que reagem: Como apenas 0,00200 mol deestão presentes inicialmente, todo esse permanganato será consumido. -
Mols de
em excesso: -
Volume total da solução:
-
Concentrações após a reação:
Agora, aplicamos a equação de Nernst. Como não há mais
na solução, a única reação significativa é a do
.
Substituindo os valores:
Calculando:
Resposta
Os potenciais da célula nos diferentes pontos da titulação são aproximadamente:
- 0% da titulação:
- 25% da titulação:
- 100% da titulação (ponto de equivalência):
- 135% da titulação: