Enunciado

(a) Calcule E0 para o processo PbI2(s) e 8 Pb(s) 2I (b) Use a notação simplificada para descrever uma célula, que consiste em um eletrodo de referência de calomelano saturado e um eletrodo indicador de chumbo, que poderia ser empregada para medir pI. (c) Gere uma equação que relacione o potencial dessa célula a pI. (d) Calcule pI se essa célula apresentasse um potencial de 0,348 V.

Passo 1

Nesta tarefa, precisamos calcular E° para a reação dada. Então, precisamos escrever uma notação e uma equação da célula. Por fim, precisamos calcular o pI da célula.

  1. Podemos calcular E° da célula usando uma equação de Nernst:
  2. E = E ° - 0.0592 n log ⁡ p r o d u t o s r e a g e n t e s

    onde E é o potencial da célula, E° é o potencial padrão da célula, n é o número de elétrons transferidos, [produtos] são concentrações de produtos elevados a uma potência de seus coeficientes estequiométricos, e [reagentes] são concentrações de reagentes elevadas a uma potência de seus coeficientes estequiométricos.

    Como podemos ver pela reação, P b 2 + é reduzido a Pb sólido. Reescreva a reação de redução e encontre seu potencial padrão de redução no Apêndice 5:

    P b 2 + a q + e - ⇌ P b s         E ° = - 0.126   V

    Como podemos ver, E° é -0.126 V e o número de elétrons transferidos é 2.

    Agora podemos inserir os dados da reação anterior na equação de Nernst:

    E = - 0.126 - 0.0592 2 log ⁡ P b P b 2 +

    Como as concentrações de sólidos e líquidos puros são constantes, não precisamos incluir o Pb sólido no termo do logaritmo:

    E =   - 0.126 - 0.0592 2 log ⁡ 1 P b 2 +

    Observe que precisamos calcular a concentração de P b 2 + . Para isso, podemos usar a constante do produto de solubilidade de P b I 2 para expressar a concentração de P b 2 + . A constante pode ser encontrada no Apêndice 3.

    Lembre-se de que a constante do produto de solubilidade é uma constante de equilíbrio para uma espécie sólida dissolvida em uma solução aquosa. É igual ao produto da concentração de íons elevada pela potência de seus coeficientes estequiométricos. A equação geral para calculá-lo é:

    K s p = A a B b

    onde A é o cátion da espécie, a é o coeficiente estequiométrico do cátion, B é o ânion da espécie e b é o coeficiente estequiométrico do ânion.

    Passo 2

    Agora podemos escrever a constante do produto de solubilidade de P b I 2 usando a equação geral

    K s p = P b 2 + I - 2

    Divida a equação com I - então você obtém P b 2 + termo sozinho:

    Observe que temos 1 P b 2 + na equação de Nernst, então precisamos reverter a concentração de P b 2 + :

    Observando o Apêndice 3, a constante do produto de solubilidade de P b I 2 é 7.9 ∙ 10 - 9 então a concentração inversa de P b 2 + é:

    1 P b 2 + = 1 7.9 ∙ 10 - 9

    Agora podemos inserir a concentração calculada na equação de Nernst e calcular o potencial da célula:

    E =   - 0.126 - 0.0592 2 log ⁡ 1 P b 2 +

    E =   - 0.366   V

  3. Nesta tarefa, precisamos descrever uma célula usando uma notação se a célula consiste em um eletrodo de calomelano saturado e um eletrodo indicador de chumbo.
  4. A notação geral de uma célula para análise potenciométrica é:

    e l e t r o d o   d e   r e f e r ê n c i a   ∣   p o n t e   s a l i n a   ∣   s o l u ç ã o   d e   a n a l i t o   ∣   e l e t r o d o   i n d i c a d o r

    Para nossa tarefa, eletrodo de referência é um eletrodo de calomelano padrão (ECP), a solução de analito consiste em I - e solução saturada de P b I 2 , e eletrodo indicador é o eletrodo condutor.

    Agora podemos escrever uma notação para a tarefa b):

    E C P   ∣   I - x   M ( a q ) , P b I 2 ​ ( s )   ∣   P b ( s )

  5. Nesta tarefa, precisamos escrever uma equação que defina o potencial da notação da tarefa b). Para fazer isso, podemos usar a equação 21-1 que leva em consideração o potencial de dois eletrodos na célula:
  6. E = E i n d - E r e f

    A Equação 21-1 para nossa tarefa é:

    E = E P b I 2 - E E C P

    Primeiro, podemos calcular o potencial de P b I 2 célula. A equação de Nernst para isso é:

    Lembre-se que as concentrações de sólidos e líquidos puros são constantes, então não precisamos incluir [ P b I 2 ] na equação de Nernst. Além disso, calculamos E P b I 2 0 na tarefa a).

    Passo 3

    Potencial do indicador P b I 2 eletrodo é:

    Lembre-se que pI pode ser calculado a partir de [ I - ] desta forma:

    p I =   - log ⁡ I -

    Se substituirmos o termo do logaritmo por p I , a equação para calcular o potencial de P b I 2

    é:

    O potencial do ECP pode ser encontrado no Apêndice 5 em mercúrio em KCl saturado:

    E E C P = 0.244   V

    Agora podemos inserir o potencial de dois eletrodos na equação 21-1:

    E = E P b I 2 - E E C P

    E =   - 0.366 + 0.0592 p I - 0.244

    Se subtrairmos dois valores potenciais, obtemos:

    E = - 0.366 - 0.244 + 0.0592 p I

    E =   - 0.610 + 0.0592 p I

    Para obter uma equação para pI, inverta os lados esquerdo e direito da etapa anterior:

    - 0.610 + 0.0592 p I = E

    Coloque 0,110 no lado direito:

    0.0592 p I = E + 0.610

    Coloque 0,110 no lado direito:

    p I = E + 0.610 0.0592

  7. Por fim, precisamos calcular o pI da célula se o potencial for -0,348 V. Basta inserir o valor do potencial na equação da tarefa c):

Resposta

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