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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 12 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Pilhas e potencial de redução

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L (CNTP)}
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62{,}4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão = 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ Nm}^{\mathbf{-2}} = 760\text{ Torr}
1\text{ N} = 1\text{ kg m s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\text{ atm}, concentração das soluções: 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Cl 17 35,45
Be 4 9,01 K 19 39,10
B 5 10,81 Ca 20 40,08
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,39
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Br 35 79,91
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
P 15 30,97 Sn 50 118,71
S 16 32,06 I 53 126,90
Pt 78 195,08

Considere um elemento galvânico formado pelos dois eletrodos (I e II), abaixo especificados e mantidos separados por uma ponte salina:

  • Eletrodo I: chapa retangular de zinco metálico parcialmente mergulhada em uma solução aquosa 1{,}0 \times 10^{-3}\text{ mol L}^{-1} de cloreto de zinco;
  • Eletrodo II: chapa retangular de platina metálica parcialmente mergulhada em uma solução aquosa de ácido clorídrico de \text{pH} = 2, isenta de oxigênio e sob pressão parcial de gás hidrogênio de 0{,}5\text{ atm}.

Assinale a opção CORRETA que expressa o valor calculado aproximado, na escala do eletrodo padrão de hidrogênio (EPH), da força eletromotriz, em volt, desse elemento galvânico atuando à temperatura de 25\ ^\circ\text{C}, sabendo-se que \log 2 = 0{,}3 e \text{E}^\text{o}_{\ce{Zn^{2+} / Zn}} = -\ 0{,}76\text{ V} (EPH).

  1. A
    0,54
  2. B
    0,64
  3. C
    0,74
  4. D
    0,84
  5. E
    0,94
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Resolução comentada

Como o zinco tem E^\circ menor, ele é o ânodo (oxida) e o eletrodo de platina com \ce{H+}/\ce{H2} é o cátodo.

Reação global: \ce{Zn(s) + 2H+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + H2(g)}, com n = 2 elétrons.

  1. Potencial padrão da pilha: \Delta E^\circ = 0 - (-0{,}76) = 0{,}76\ \text{V}.

  2. Concentrações: [\ce{Zn^{2+}}] = 1{,}0\times10^{-3}\ \text{mol/L}; com \text{pH}=2, [\ce{H+}] = 10^{-2}\ \text{mol/L}; p_{\ce{H2}} = 0{,}5\ \text{atm}.

  3. Quociente de reação:

    Q = \frac{[\ce{Zn^{2+}}]\cdot p_{\ce{H2}}}{[\ce{H+}]^2} = \frac{10^{-3}\cdot 0{,}5}{10^{-4}} = 5

  4. Equação de Nernst a 25 °C:

    E = \Delta E^\circ - \frac{0{,}059}{n}\log Q = 0{,}76 - \frac{0{,}059}{2}\log 5

  5. \log 5 = \log\frac{10}{2} = 1 - 0{,}3 = 0{,}7, então:

    E = 0{,}76 - 0{,}0295\cdot 0{,}7 \approx 0{,}76 - 0{,}02 = 0{,}74\ \text{V}

A força eletromotriz é aproximadamente 0{,}74\ \text{V}.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor muito baixo, que não resulta de nenhum cálculo coerente com Nernst; a correção é de apenas cerca de 0,02 V.
  • BSubtrai correção grande demais, por exemplo usando Q errado, como se [\ce{H+}] não estivesse elevado ao quadrado.
  • DSoma a correção ao potencial padrão (0{,}76+0{,}02\approx0{,}78) ou erra o sinal; ainda assim não dá 0,84.
  • EValor acima do potencial padrão em 0,18 V, incompatível com Q>1, que diminui a fem.

Assunto: Pilhas e potencial de redução.

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Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗