Na titulação de
de
, com
,
a) Escreva a equação balanceada da reação de titulação
b) Calcule o volume no PE
c) Calcule o potencial da célula após adição de:
; 45,00 mL
a) Escreva a equação balanceada da reação de titulação
b) Calcule o volume no PE
c) Calcule o potencial da célula após adição de:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de titulação juntos! A questão envolve três partes principais: escrever a equação balanceada da reação entre Fe²⁺ e Ce⁴⁺, calcular o volume no ponto de equivalência (PE) e determinar o potencial da célula após a adição de certos volumes de titrante. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria e eletroquímica.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada para a reação de titulação entre Fe²⁺ e Ce⁴⁺. Nessa reação, o Fe²⁺ é oxidado a Fe³⁺ e o Ce⁴⁺ é reduzido a Ce³⁺.
A equação não balanceada é:
Agora, vamos balancear a equação. Observamos que tudo está balanceado em termos de carga e número de átomos, então a equação balanceada é:
Passo 3
Agora, vamos calcular o volume no ponto de equivalência (PE). No PE, a quantidade de moles de ácido é igual à quantidade de moles de base adicionada.
Primeiro, vamos calcular os moles de Fe²⁺:
Como a reação entre Fe²⁺ e Ce⁴⁺ é na proporção de 1:1, precisamos de 0,0025 mol de Ce⁴⁺ para neutralizar os Fe²⁺.
Agora, calculamos o volume de Ce⁴⁺ necessário usando a concentração fornecida:
Passo 4
Por último, vamos calcular o potencial da célula após a adição de diferentes volumes de Ce⁴⁺. Para isso, usamos a equação de Nernst:
Onde:
-
é o potencial da célula -
é o potencial padrão da célula -
é o número de elétrons transferidos -
é o quociente de reação
No nosso caso, a reação envolve a transferência de 1 elétron (
). Vamos supor que o potencial padrão
da célula seja conhecido (para fins de exemplo, digamos que seja 0,60 V).
Vamos calcular
para cada volume adicionado de Ce⁴⁺:
-
Após adicionar 5,00 mL de Ce⁴⁺:
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
- Moles de Fe²⁺ restantes:
-
- Então,
. Como é indefinido e tende a , o potencial tende a .
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
-
Após adicionar 15,00 mL de Ce⁴⁺:
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
- Moles de Fe²⁺ restantes:
-
- Então,
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
-
Após adicionar 25,00 mL de Ce⁴⁺ (PE):
- Nesse ponto, moles de Ce⁴⁺ adicionados igualam os moles de Fe²⁺, então
-
- Nesse ponto, moles de Ce⁴⁺ adicionados igualam os moles de Fe²⁺, então
-
Após adicionar 35,00 mL de Ce⁴⁺:
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
- Moles de Fe²⁺ restantes:
(todo Fe²⁺ foi titulado) - Excesso de Ce⁴⁺:
-
novamente tende a , então tende a
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
-
Após adicionar 45,00 mL de Ce⁴⁺:
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
- Excesso de Ce⁴⁺:
-
novamente tende a , então tende a
- Moles de Ce⁴⁺ adicionados:
Resposta
a) A equação balanceada é:
b) O volume no ponto de equivalência (PE) é de 25,00 mL de Ce⁴⁺.
c) Os potenciais da célula após as adições são:
- Após 5,00 mL: tende a +∞ V
- Após 15,00 mL: aproximadamente 0,526 V
- Após 25,00 mL: 0,60 V
- Após 35,00 mL: tende a +∞ V
- Após 45,00 mL: tende a +∞ V