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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 20 (Química) do ITA 2009

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

DEFINIÇÕES
Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\ \text{m}\ \text{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}\ \text{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}\ \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Fe 26 55,85
He 2 4,00 Ni 28 58,69
Li 3 6,94 Cu 29 63,55
C 6 12,01 Zn 30 65,40
N 7 14,01 Ge 32 72,64
O 8 16,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Kr 36 83,80
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
Si 14 28,09 Sn 50 118,71
S 16 32,07 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Xe 54 131,29
Ar 18 39,95 Cs 55 132,91
K 19 39,10 Ba 56 137,33
Ca 20 40,08 Pt 78 195,08
Cr 24 52,00 Pb 82 207,2
Mn 25 54,94 Ra 86 222

Um elemento galvânico é constituído pelos eletrodos abaixo especificados, ligados por uma ponte salina e conectados a um voltímetro de alta impedância.

Eletrodo I: fio de platina em contato com 500\text{ mL} de solução aquosa 0{,}010\text{ mol L}^{-1} de hidróxido de potássio;
Eletrodo II: fio de platina em contato com 180\text{ mL} de solução aquosa 0{,}225\text{ mol L}^{-1} de ácido perclórico adicionado a 320\text{ mL} de solução aquosa 0{,}125\text{ mol L}^{-1} de hidróxido de sódio.

Admite-se que a temperatura desse sistema eletroquímico é mantida constante e igual a 25\ ^\circ\text{C} e que a pressão parcial do oxigênio gasoso (\text{P}_{\text{O}_2}) dissolvido é igual a 1\text{ atm}. Assinale a opção CORRETA com o valor calculado na escala do eletrodo padrão de hidrogênio (EPH) da força eletromotriz, em volt, desse elemento galvânico. Dados: \text{E}^\circ_{\text{O}_2/\text{H}_2\text{O}} = 1{,}23\text{ V (EPH)}; \text{E}^\circ_{\text{O}_2/\text{OH}^-} = 0{,}40\text{ V (EPH)}

  1. A
    1{,}17
  2. B
    0{,}89
  3. C
    0{,}75
  4. D
    0{,}53
  5. E
    0{,}46
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Resolução comentada

Os dois eletrodos são de platina em contato com O_2 (1 atm); a diferença está só no pH, então é uma pilha de concentração.

Semirreação: \ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}, com E = 0{,}40 - \dfrac{0{,}059}{4}\log[\text{OH}^-]^4 = 0{,}40 - 0{,}059\log[\text{OH}^-].

Eletrodo I: [\text{OH}^-] = 0{,}010, logo \text{pOH}=2 e \text{pH}=12.
E_I = 0{,}40 + 0{,}059\times 2 = 0{,}518\ \text{V}.

Eletrodo II: mistura de ácido e base.

  1. n_{\text{H}^+} = 0{,}180 \times 0{,}225 = 0{,}0405\ \text{mol}.
  2. n_{\text{OH}^-} = 0{,}320 \times 0{,}125 = 0{,}0400\ \text{mol}.
  3. Sobra 0{,}0005\ \text{mol} de \text{H}^+ em 0{,}500\ \text{L}: [\text{H}^+] = 1{,}0\times10^{-3}\ \text{mol/L}, logo \text{pH}=3 e \text{pOH}=11.

E_{II} = 0{,}40 + 0{,}059\times 11 = 1{,}049\ \text{V}.

Conferência pela reação em meio ácido: E = 1{,}23 - 0{,}059\,\text{pH} = 1{,}23 - 0{,}177 = 1{,}053\ \text{V}, valor praticamente igual.

FEM = E_{\text{maior}} - E_{\text{menor}} = 1{,}05 - 0{,}52 \approx 0{,}53\ \text{V}.

A diferença é 0{,}059\times(12-3)=0{,}531\ \text{V}.

Alternativa D.

Pegadinha: O eletrodo II mistura ácido e base quase em quantidades iguais; é preciso notar que sobra um pequeno excesso de H⁺ (pH 3), e não considerar a solução neutra.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa a diferença entre os potenciais padrão em meio ácido e básico (1,23 − 0,40 ≈ 0,83) com valores incorretos ou ignora a correção de pH.
  • BErra o pH do eletrodo II, como se a neutralização não deixasse excesso de H⁺, ou usa diferença de pH incorreta.
  • CUsa diferença de pH menor que 9 (por exemplo, 12,7 ou 7 unidades), erro na conta do excesso de ácido.
  • ECorresponde a uma diferença de pH de cerca de 7,8, resultado de erro no volume ou na quantidade de matéria.

Assuntos: Pilhas e potencial de redução, Diluição, mistura e titulação, pH, pOH e indicadores.

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Fonte: ITA 2009 · Química. Prova oficial ↗