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Enunciado

Química - Fundamentos de química analítica, Skoog- Ed: 8º - Capítulo 19.Questões e Problemas - Ex. 7ab

Calcule os potenciais das seguintes células. Indique se a reação se processará espontaneamente na direção considerada (oxidação à esquerda, redução à direita) ou se uma fonte de voltagem externa é necessária para forçar a reação a ocorrer.

  1. P b P b 2 + 0.1393   m o l   L - 1 | C d 2 + 0.0511   m o l   L - 1 | C d
  2. Z n Z n 2 + 0.0364   m o l   L - 1 |   T I 3 9.06 × 10 - 3   m o l   L - 1 T I + 0.0620   m o l   L - 1 | P t
  3. P t ,   H 2 ( 765   t o r r ) |   H C I 1,00 × 10 - 4 m o l   L - 1 | |   N i 2 + 0.0214   m o l   L - 1 | N i
  4. P b P b I 2 s a t , I - 0.0120   m o l   L - 1 H g 2 + 4.59 × 10 - 3 m o l   L - 1 | H g
  5. P t ,   H 2 ( 1,00   a t m ) | N H 3 0.438   m o l   L - 1 ,   N H 4 + 0.379   m o l   L - 1 | | E P H
  6. P t T i O 2 + 0.0790   m o l   L - 1 ,   T i 3 + 0.00918   m o l   L - 1 ,   H + 1.47 × 10 - 2   m o l   L - 1 | V O 2 0.1340   m o l   L - 1 ,   V 3 0.0784   m o l   L - 1 ,   H + 0.0538   m o l   L - 1 | P t

Passo 1

E ai seres de luz, tudo bem?

Bora resolver mais uma?

Encostaaa!!

Para calcular o potencial das células.

Fórmula usada

Considerando a seguinte reação celular:

a A r e d + b B o x → c A o x + d B r e d

O potencial da célula será dado como

E c e l = E c e l 0 - 0.0592 V n log ⁡ A o x c B r e d d A r e d a   B o x b  

Os termos entre colchetes representam a concentração que se torna sem unidade dividindo cada termo pela concentração unitária,  c o = 1   M . 

Isso é obrigatório para tornar o quociente em termo logarítmico sem unidade.

Então, toda vez em nossos cálculos, colocaremos diretamente a concentração sem unidades.

Nota: Lembre-se sempre que as concentrações de sólidos são igualadas a 1 por convenção. Assim, tais termos foram ignorados nas partes seguintes.

Passo 2

Para prever a espontaneidade da reação celular:

O valor de E c e l deve ser positivo para uma reação celular espontânea.

Isso pode ser justificado pela seguinte explicação:

∆ G = - n F E c e l

Onde

∆ G → mudança na energia de Gibbs,

F → constante de Faraday

E outros símbolos têm seu significado usual já mencionado acima.

S e   E c e l = p o s i t i v o

Então

∆ G = n e g a t i v o

Assim, espontaneamente, a reação ocorrerá no sentido direto.

Passo 3

  1. O potencial da seguinte célula deve ser calculado:

    2. P b | P b 2 + 0.1393   M → C d 2 + 0.0511   M | C d

    Concentração de íons de chumbo, P b 2 + = 0.1393   M

    Concentração de íons de cádmio, C d 2 + = 0.0511   M

    Meias reações ocorrendo

    C d 2 + + 2 e - → C d

    E d i r e i t o 0 = - 0.403   V

    P b 2 + + 2 e - → P b  

    E e s q 0 = - 0.126 V

    Subtrair as duas equações acima:

    C d 2 + + P b → C d + P b 2 +

    E c e l 0 = - 0.403   V - - 0.126   V

    = - 0.277   V

    Numero de elétrons envolvidos, n = 2

    O potencial da célula é dado como:

    E c e l = E c e l 0 - 0.0592 V n log ⁡ P b 2 + C d 2 +

    = - 0.277   V - 0.0592 V 2 log ⁡ 0.1393 0.0511

    = - 0.277 V - 0.0296   V log ⁡ ( 2.7260 )

    = - 0.277 V - 0.0296 V × 0.4355

    = - 0.277 V - 0.013   V

    E c e l l = - 0.290   V

    E c e l = n e g a t i v e

    Portanto, o potencial da célula é - 0.290   V e , portanto, a reação é não espontâneo e uma fonte de tensão externa é necessária para forçar a reação a ocorrer.

    Passo 4

  2. O potencial da seguinte célula deve ser calculado:

Z n | Z n 2 + 0.0364   M → T I 3 + 9.06 × 10 - 3 M ,   T I + 0.0620   M | P t

Concentração de Z n 2 + íons, Z n 2 + = 0.0364   M

Concentração de T I + íons, T I + = 0.0 620   M

Concentração de T I 3 + íons, T I 3 + = 9.06 × 10 - 3   M

Passo 4

Meias reações ocorrendo

T I 3 + + 2 e - → T I +                         E d i r e i t a 0 = 1.25   V

Z n 2 + + 2 e - → Z n                               E e s q u e r d a 0 = - 0.763 V

Subtraia as duas equação acima:

T I 3 + + Z n → T I + + Z n 2 +             E c e l 0 = 1.25 - - 0.763   V = 2.013   V

Numero de elétrons envolvidos, n = 2

O potencial da célula é dado como:

E c e l = E c e l - 0.0592   V n log ⁡ Z n 2 + T I + T I 3 +  

= 2.013   V - 0.0592 2 log ⁡ 0.0364 × 0.0620 9.06 × 10 - 3

= 2.013   V - 0.0296   V log ⁡ 0.2491

= 2.013   V - 0.0178   V

E c e l = 2.031   V

E c e l = p o s i t i v o

Portanto, o potencial da célula é 2.031   V e, portanto, a reação é espontâneo .

Resposta

  1. Portanto, o potencial da célula é - 0.290   V e , portanto, a reação é não espontâneo e uma fonte de tensão externa é necessária para forçar a reação a ocorrer.
  2. Portanto, o potencial da célula é 2.031   V e, portanto, a reação é espontâneo .

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