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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. 21

Para cada reação que é espontânea em condições padrão, escreva um diagrama de célula, determine o potencial padrão de célula e calcule ∆ G ° para a reação:

  1. 2 N O 3 - ( a q ) + 8 H a q + + 6 H g ( l ) → 3 H g 2 a q 2 +   + 2 N O ( g ) +   4 H 2 O ( l ) ;
  2. 2 H g a q 2 + + 2 B r a q - → H g 2 a q 2 + + B r 2 ( l ) ;
  3. C r 2 O 7 a q 2 - +   14 H a q + + 6 P u a q 3 + → 6 P u a q 4 + +   2 C r a q 3 - + 7 H 2 O ( l ) .

Passo 1

Vamos começar, galeraa!

Antes de começar vamos lembrar que a oxidação (perda de elétrons) ocorre no anodo e a redução (ganho de elétrons) ocorre no catodo.

Para a reação:

2 N O 3 - ( a q ) + 8 H a q + + 6 H g ( l ) → 3 H g a q 2 +   + 2 N O ( g ) +   4 H 2 O ( l )

Então, as meias reações para esta reação são:

C a t o d o :       N O 3 - ( a q ) + 4 H a q + + 3 e - → N O ( g ) +   2 H 2 O ( l )                           E 0 = 0,96   V

A n o d o :         H g ( l ) → H g 2 a q 2 + + 2 e -                                                                                                           E 0 = 0,79 V

Rearranjando:

C a t o d o :     2   N O 3 - ( a q ) + 8 H a q + + 6 e - → 2 N O ( g ) +   4 H 2 O ( l )                           E 0 = + 0,96   V

A n o d o :         6 H g ( l ) → 3 H g 2 a q 2 + + 6 e -                                                                                                           E 0 = - 0,79 V

Então a equação geral é a soma entre elas, resultando na nossa equação inicial.

Se somamos as reações, então também somaremos os potenciais para achar o potencial padrão da célula:

E c é l u l a 0 = 0,96 - 0,79 = + 0,17 V

Agora que já sabemos o potencial da célula, poderemos calcular a energia livre de Gibbs padrão ( ∆ G ° ):

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 6   e l é t r o n s

F = 9,66485 × 10 4 C m o l

Substituindo:

∆ G ° = - 6 9,66485 × 10 4 C m o l 0,17 V = - 9,8 × 10 4 C V m o l

Se:

1 C V = 1 J

∆ G ° = - 9,8 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 98 k J m o l

E o diagrama de célula:

H g l | H g 2 a q 2 + N O 3 - a q , 4 H a q + N O g | P t s

Chegamos ao fim ...

Da letra A! Ainda temos a letra B kkk.

Passo 2

Na letra b, temos:

2 H g a q 2 + + 2 B r a q - → H g 2 a q 2 + + B r 2 ( l )

Nesta reação, H g a q 2 + é reduzido para H g 2 a q 2 + (catodo), enquanto B r a q - é oxidado para B r 2 (anodo).

Então, as meias reações para esta reação são:

C a t o d o :       H g 2 a q 2 + + 2 e - → 2 H g a q 2 +                                                                                           E 0 = 0 , 79   V

A n o d o :       2 B r a q - + 2 e - →   B r 2 ( l )                                                                                                       E 0 = 1,0 9 V

Para reações espontâneas, o potencial menos positivo sofre oxidação.

O que observamos aqui? Que o menos positivo está se reduzindo! Então a reação não é espontânea e não precisamos calcular os valores para o potencial da célula e a energia livre de Gibbs padrão ( ∆ G ° ).

Passo 3

Na letra c, temos a reação:

C r 2 O 7 a q 2 - +   14 H a q + + 6 P u a q 3 + → 6 P u a q 4 + +   2 C r a q 3 - + 7 H 2 O ( l )

Nesta reação, H g a q 2 + é reduzido para H g 2 a q 2 + (catodo), enquanto P u a q 3 + é oxidado para P u a q 4 + (anodo).

Então, as meias reações para esta reação são:

C a t o d o :       C r 2 O 7 a q 2 - +   14 H a q + + 6 e - →   2 C r a q 3 - + 7 H 2 O ( l )                           E 0 = + 1,33   V

A n o d o :       6   P u a q 3 + → 6 P u a q 4 + + 6 e -                                                                                                                   E 0 = - 0,97 V

Então a equação geral é a soma entre elas, resultando na nossa equação inicial.

Se somamos as reações, então também somaremos os potenciais para achar o potencial padrão da célula:

E c é l u l a 0 = 1,33 - 0,9 7 = + 0 , 36 V

Agora que já sabemos o potencial da célula, poderemos calcular a energia livre de Gibbs padrão ( ∆ G ° ):

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 6   e l é t r o n s

F = 9,66485 × 10 4 C m o l

Substituindo:

∆ G ° = - 6 9,66485 × 10 4 C m o l 0 , 36 V = - 20,8 × 10 4 C V m o l

Então:

∆ G ° = - 20 , 8 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 20 8 k J m o l

Falta o diagrama da célula:

P t ( s ) | P u a q 3 + ,   P u a q 4 + | | C r 2 O 7 a q 2 - ,   H a q + , C r a q 3 - | P t ( s )

Agora sim, chegamos ao fim !

Resposta

  1. E c é l u l a 0 = + 0,17 V     ∆ G ° = - 98 k J m o l ,

    2. H g l | H g 2 a q 2 + N O 3 - a q , 4 H a q + N O g | P t s

  2. Não espontânea;
  3. E c é l u l a 0 = + 0 , 36 V     ∆ G ° = - 20 8 k J m o l ,

P t ( s ) | P u a q 3 + ,   P u a q 4 + | | C r 2 O 7 a q 2 - ,   H a q + , C r a q 3 - | P t ( s ) .

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