PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 13 (2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2005
Observe o mapa, a seguir:
| Semi-equação | \text{E}^\circ / V |
|---|---|
| \ce{Al^3+ + 3e- -> Al} | -1,66 |
| \ce{Nb^3+ + 3e- -> Nb} | -1,10 |
| \ce{Ca^2+ + 2e- -> Ca} | -2,87 |
| \ce{Pb^2+ + 2e- -> Pb} | -0,13 |
| \ce{Fe^2+ + 2e- -> Fe} | -0,44 |
| \ce{Fe^3+ + 3e- -> Fe} | +0,77 |
| \ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} | +0,34 |
| \ce{Cr^3+ + 3e- -> Cr} | -0,74 |
| \ce{Mn^2+ + 2e- -> Mn} | -1,18 |
| \ce{Sn^2+ + 2e- -> Sn} | -0,14 |
| \ce{Ni^2+ + 2e- -> Ni} | -0,26 |
| \ce{Au^3+ + 3e- -> Au} | +1,50 |
| \ce{Ag+ + e- -> Ag} | +0,80 |
| \ce{Zn^2+ + 2e- -> Zn} | -0,76 |
| \ce{U^3+ + 3e- -> U} | -1,79 |
| \ce{W^3+ + 3e- -> W} | + 0,10 |
| \ce{Ti^2+ + 2e- -> Ti} | -1,63 |
a) Escolha um par redox, entre os metais encontrados no estado de Goiás, e escreva uma equação química que represente a reação que ocorre em uma pilha construída com esses metais. (2,5 pontos)
b) Qual metal, entre os encontrados no estado de Goiás, é utilizado para a produção de energia elétrica em grande escala? Explique. (2,5 pontos)
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) Na pilha, o metal com maior potencial de redução sofre redução (cátodo, polo +). O de menor potencial sofre oxidação (ânodo, polo −).
No mapa, o estado de Goiás tem ocorrências de cobre e de níquel, entre outros. Escolho o par \ce{Cu^2+/Cu} (+0{,}34\ \text{V}) e \ce{Ni^2+/Ni} (-0{,}26\ \text{V}). O cobre tem o maior potencial, então é ele que se reduz.
- Cátodo (redução): \ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}
- Ânodo (oxidação): \ce{Ni -> Ni^2+ + 2e-}
Somando as duas semirreações, os elétrons se cancelam:
A força eletromotriz é \Delta E^\circ = E^\circ_{cátodo} - E^\circ_{ânodo} = 0{,}34 - (-0{,}26) = +0{,}60\ \text{V}. Como \Delta E^\circ>0, a reação é espontânea.
Equação da pilha (exemplo): \ce{Ni + Cu^2+ -> Ni^2+ + Cu}, com \Delta E^\circ = +0{,}60\ \text{V}. Qualquer outro par de metais de Goiás, com a equação montada do mesmo modo, também serve.
b) O metal é o urânio, que o mapa mostra em Goiás. Ele é o combustível das usinas nucleares, que geram energia elétrica em grande escala.
No reator, o isótopo \ce{^235U} sofre fissão nuclear ao ser bombardeado por nêutrons. A fissão libera muita energia na forma de calor. Esse calor vaporiza água, e o vapor sob pressão move as turbinas acopladas aos geradores, que produzem eletricidade. É o princípio das usinas de Angra dos Reis.
Os outros metais de Goiás só geram energia em pilhas e baterias. Nelas a corrente é pequena e o metal é consumido na própria reação.
Resposta: urânio, usado como combustível nuclear (fissão do \ce{^235U}) em usinas termonucleares.
Assunto: Pilhas e potencial de redução.
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Fonte: UFG 2ª etapa 2005 · 2º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗