Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 13.1 - Ex. 58

13.58- Uma carga total de 96,5 kC passa através de uma célula eletrolítica. Determine a quantidade de substância produzida em cada caso:

a) a massa (em gramas) do metal prata a partir de uma solução de nitrato de prata;

b) o volume de gás cloro (em litros, em 273 K e 1,00 atm) a partir de uma solução de salmoura (solução concentrada de cloreto de sódio);

c) a massa de cobre (em gramas) a partir de uma solução de cloreto de cobre (II).

Passo 1

Letra a) Vamos resolver essa questão utilizando relações estequiométricas e regras de três, para ficar mais simples.

Vamos determinar a relação estequiométrica entre os elétrons e a prata metálica. Sabemos que o íon prata possui número de oxidação +1 – isso quer dizer que 1 mol de íons prata presentes na solução precisa de 1 mol de elétrons para formar 1 mol de prata metálica.

Ag+(aq) + e- Ag(s)

Sabemos também que 1 mol de elétrons corresponde a uma carga Q de 96500 Coulombs.

Utilizando a massa molar da prata, 107,87 g/mol, podemos montar a seguinte regra de 3:

1 * 96500 C -------1 * 107,87 g de Ag

Q ------- x g de Ag

Onde Q é a carga fornecida. Acontece que a carga fornecida na questão foi justamente 96,5 kC – que é igual a 96500 C. Isso quer dizer que, sem precisar fazer cálculo, nosso x é igual a 107,87 g de Ag formada.

Passo 2

Letra b)Vamos utilizar os mesmos princípios que utilizamos anteriormente.

Vamos determinar a relação estequiométrica entre os elétrons e o gás cloro. Neste caso, podemos fazer isso pensando na reação de formação do gás cloro, e sabendo que o íon cloreto possui número de oxidação -1:

2Cl-(aq) Cl2(g)+ 2e-

Assim, 1 mol de gás cloro está para 2 mols de elétrons – em outras palavras, possuem estequiometria 1 pra 2.

Sabemos também que 1 mol de elétrons corresponde a uma carga Q de 96500 Coulombs.

Nesse caso não utilizaremos a massa molar do cloro, pois a questão pede a quantidade obtida em volume. Nesse caso, usamos a relação do volume molar de um gás nas CNTP: 1 mol de qualquer gás nas CNTP (273 K e 1 atm) ocupa um volume de 22,4 L.

Assim, montamos a regra de três, utilizando essas relações:

2 * 96500 C -------1 * 22,4 L de Cl2

Q ------- x L de Cl2

Repare que aqui multiplicamos o 96500 por 2, devido à relação estequiométrica 1 pra 2 entre o gás cloro e os elétrons.

Como a carga fornecida foi de 96500 C, calculamos x pela regra de três:

Assim, obtemos que serão formados 11,2 L de gás cloro.

Passo 3

Letra c) Vamos utilizar os mesmos princípios que utilizamos anteriormente.

Vamos determinar a relação estequiométrica entre os elétrons e o cobre metálico. Sabemos que o íon cobre possui número de oxidação +2 – isso quer dizer que 1 mol de íons cobre presentes na solução precisa de 2 mol de elétrons para formar 1 mol de cobre metálico.

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

Sabemos também que 1 mol de elétrons corresponde a uma carga Q de 96500 Coulombs.

Utilizando a massa molar do cobre, 63,55 g/mol, podemos montar a seguinte regra de 3:

2 * 96500 C -------1 * 63,55 g de Cu

Q ------- x g de Cu

Repare que aqui multiplicamos o 96500 por 2, devido à relação estequiométrica 1 pra 2 entre o cobre metálico e os elétrons.

Como a carga fornecida foi de 96500 C, calculamos x pela regra de três: