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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. 22

Prediga o potencial padrão da célula e calcule ∆ G ° para a reação:

  1. 3 Z n ( s ) + 2 B i a q 3 + → 3 Z n a q 2 +   + 2 B i ( s ) ;
  2. 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( l ) em solução ácida;
  3. 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( l ) em solução básica;
  4. 3 A u a q + → 2 A u ( s ) +   A u a q 3 + .

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:

3 Z n ( s ) + 2 B i a q 3 + → 3 Z n a q 2 +   + 2 B i ( s )

Nesta reação, B i a q 3 + é reduzido para B i ( s ) (catodo), enquanto Z n ( s ) é oxidado para Z n a q 2 + (anodo).

Então, as meias reações para esta reação são:

C a t o d o :       B i a q 3 + + 3 e - → B i ( s )                                                                                                               E 0 = + 0,20   V

A n o d o :         Z n ( s ) → Z n a q 2 + + 2 e -                                                                                                           E 0 = + 0,7 6 V

Rearranjando:

C a t o d o :     2   B i a q 3 + + 6 e - → 2 B i ( s )                                                                                                               E 0 = + 0,20   V

A n o d o :       3   Z n ( s ) → 3 Z n a q 2 + + 6 e -                                                                                                           E 0 = + 0,76 V

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

E c é l u l a 0 = 0,20 + 0,76 = 0 , 96   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 , 96 V = - 55,6 × 10 4 C V m o l

Se:

1 C V = 1 J

∆ G ° = - 55,6 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 556 k J m o l

Chegamos ao fim ...

Da letra A! Ainda temos a letra B kkk.

Passo 2

Na letra b, temos a seguinte reação em meio ácido:

2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( l )

Nesta reação, O 2 é reduzido para H 2 O (catodo), enquanto H 2 é oxidado para H + (anodo).

Então, as meias reações para esta reação são:

C a t o d o :       O 2 + 4 H + + 4 e - → 2 H 2 O ( l )                                                                                           E 0 = 1,23   V

A n o d o :       2 H 2 →   H + + 4 e -                                                                                                                               E 0 = 0   V

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

E c é l u l a 0 = 1,23 + 0 = 1,23   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 = 4   e l é t r o n s

Substituindo:

∆ G ° = - 4 9,66485 × 10 4 C m o l 1,23 V = - 47,5 × 10 4 C V m o l

Se:

1 C V = 1 J

∆ G ° = - 47,5 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 475 k J m o l

Passo 3

A letra c é bem parecida com a anterior:

C a t o d o :       O 2 + 2 H 2 O ( l ) + 4 e - → 4 O H -                                                                                           E 0 = 0,40   V

A n o d o :       2 H 2 →   4 H + + 4 e -                                                                                                                               E 0 = 0   V

Achamos o potencial do mesmo jeito:

E c é l u l a 0 = 0,40 + 0 = 0,40   V

Para a energia livre de Gibbs padrão ( ∆ G ° ):

∆ G ° = - 4 9,66485 × 10 4 C m o l 0,40 V = - 15,4 × 10 4 C V m o l

Se:

1 C V = 1 J

∆ G ° = - 15,4 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 154 k J m o l

Vamos para a última, galerinhaa!

Passo 4

Para a letra d nós temos:

3 A u a q + → 2 A u ( s ) +   A u a q 3 +

Aqui temos o A u a q + é reduzido para A u ( s ) (catodo), enquanto A u ( s ) é oxidado para A u a q 3 + (anodo).

E as meia reações:

C a t o d o :       3 A u a q + + 3 e - →   3 A u ( s )                           E 0 = + 1,69   V

A n o d o :       A u ( s ) → A u a q 3 + + 3 e -                                         E 0 = - 1,40 V

Para o potencial padrão da célula:

E c é l u l a 0 = 1,69   - 1,40 = + 0 , 29 V

E a energia livre de Gibbs padrão ( ∆ G ° ):

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 3   e l é t r o n s

Substituindo:

∆ G ° = - 3 9,66485 × 10 4 C m o l 0 , 29 V = - 5,6 × 10 4 C V m o l

Então:

∆ G ° = - 5,6 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 56 k J m o l

Agora sim, chegamos ao fim !

Resposta

  1. E c é l u l a 0 = + 0 , 96 V     ∆ G ° = - 556 k J m o l ;
  2. E c é l u l a 0 = + 1,23 V     ∆ G ° = - 475 k J m o l ;
  3. E c é l u l a 0 = + 0 , 40 V     ∆ G ° = - 154 k J m o l ;
  4. E c é l u l a 0 = + 0 , 29 V     ∆ G ° = - 56 k J m o l .
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