PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 31 do IME 2023

Prova objetiva · Química

Em uma célula voltaica a energia de Gibbs padrão de reação é determinada pela expressão:

\Delta G_r^o = -nFE_{cel}^o

em que n é um número adimensional que representa a quantidade de mols de elétrons transferidos nas semirreações de oxidação e de redução combinadas, F é a constante de Faraday e E_{cel}^o é o potencial-padrão da célula.

Considere F = 96500\text{ C/mol} e os potenciais-padrão de redução do ferro e do alumínio, a 298\text{ K}, indicados abaixo.

\ce{Fe^{2+}(aq) + 2 e^- -> Fe(s)} E^o = -0{,}44\text{ V}
\ce{Al^{3+}(aq) + 3 e^- -> Al(s)} E^o = -1{,}66\text{ V}

Para uma célula voltaica formada pelo contato de dois metais quando uma peça de ferro é fixada com parafusos de alumínio, a 298\text{ K}, avalie as asserções a seguir.

I. O valor numérico de n é 5.
II. Com o passar do tempo, a peça fixada irá cair devido à corrosão do ferro.
III. Com o passar do tempo, a peça fixada irá cair devido à corrosão do alumínio.
IV. A energia de Gibbs padrão de reação da célula é igual a -706\text{ kJ/mol}.
V. Na célula voltaica formada, a oxidação do ferro é um processo espontâneo.

Assinale a opção que apresenta APENAS as afirmativas verdadeiras.

  1. A
    I, II e V.
  2. B
    I e III.
  3. C
    II e III.
  4. D
    III e IV.
  5. E
    II, IV e V.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Primeiro, quem oxida? O metal de menor potencial de redução é o que oxida. Como E^o_{Al} = -1{,}66\ \text{V} < E^o_{Fe} = -0{,}44\ \text{V}, o alumínio é o ânodo (oxida) e o ferro é o cátodo (reduz).

Reação global, igualando os elétrons (mmc de 2 e 3 = 6):

\ce{2 Al + 3 Fe^{2+} -> 2 Al^{3+} + 3 Fe}

Portanto n = 6, e não 5. I é falsa.

O parafuso de alumínio é corroído, não o ferro. II é falsa e III é verdadeira.

Potencial da célula:

E^o_{cel} = E^o_{cátodo} - E^o_{ânodo} = -0{,}44 - (-1{,}66) = 1{,}22\ \text{V}

Energia de Gibbs:

\Delta G^o = -6 \cdot 96500 \cdot 1{,}22 \approx -706\,380\ \text{J/mol} \approx -706\ \text{kJ/mol}

IV é verdadeira.

Na célula formada, a oxidação do ferro não é espontânea: quem oxida espontaneamente é o alumínio. V é falsa.

Só III e IV são verdadeiras.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa A engana quem não identifica o ânodo e acha que o ferro corrói, ou calcula n pelos coeficientes 2 e 3 somando em vez de usar o mmc.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AAfirma n = 5 (o correto é 6) e que o ferro oxida, invertendo ânodo e cátodo.
  • BInclui I, mas n = 6, não 5, e deixa de fora a afirmativa IV, que é verdadeira.
  • CConsidera II verdadeira, mas é o alumínio, de menor potencial de redução, que corrói.
  • EParte da ideia errada de que o ferro oxida (II e V), embora IV esteja correta.

Assuntos: pilhas, potencial de redução, energia de Gibbs.

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Fonte: IME 2023 · Prova objetiva. Prova oficial ↗