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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 20 (2º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2007

2º dia · Química: Pilhas e potencial de redução

Células a combustível geram eletricidade usando reagentes que são fornecidos continuamente. Veículos movidos com essas células são soluções promissoras para a emissão-zero, ou seja, não são produzidos gases poluentes, uma vez que o único produto é a água. Considere duas células a combustível, sendo uma alcalina, empregando \ce{KOH(aq)} como eletrólito, e uma de ácido fosfórico, empregando \ce{H3PO4(aq)} como eletrólito. Com base nas semi-reações abaixo, calcule o potencial-padrão de cada célula.
(5,0 pontos)

\text{E}^0\text{ /V}
\ce{O2(g) + 4H+(aq) + 4e- -> 2H2O(l)} + 1{,}23
\ce{O2(g) + 2H2O(l) + 4e- -> 4OH- (aq)} +0{,}40
\ce{2H+(aq) + 2e- -> H2(g)} 0{,}00
\ce{2H2O(l) + 2e- -> H2(g) + 2OH- (aq)} -0{,}83
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Resolução comentada

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Célula alcalina (eletrólito KOH)

Em meio básico, usamos as semi-reações com \ce{OH-}. O \ce{H2} é o combustível e se oxida no ânodo. O \ce{O2} se reduz no cátodo.

  1. Cátodo (redução): \ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}, com E^0 = +0{,}40\ \text{V}.
  2. Ânodo (oxidação): \ce{H2 + 2OH- -> 2H2O + 2e-}. Esta é a inversa da semi-reação da água, então E^0_{\text{oxid}} = +0{,}83\ \text{V}.

O potencial da célula é a diferença entre os potenciais de redução do cátodo e do ânodo:

\Delta E^0 = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ânodo}} = 0{,}40 - (-0{,}83) = +1{,}23\ \text{V}

A reação global é \ce{2H2 + O2 -> 2H2O}.

Resposta: \Delta E^0 = +1{,}23\ \text{V}.

Célula de ácido fosfórico (eletrólito \ce{H3PO4})

Em meio ácido, usamos as semi-reações com \ce{H+}.

  1. Cátodo (redução): \ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}, com E^0 = +1{,}23\ \text{V}.
  2. Ânodo (oxidação): \ce{H2 -> 2H+ + 2e-}, com E^0_{\text{redução}} = 0{,}00\ \text{V}.
\Delta E^0 = 1{,}23 - 0{,}00 = +1{,}23\ \text{V}

A reação global é a mesma, \ce{2H2 + O2 -> 2H2O}. Por isso o potencial é igual ao da célula alcalina. A diferença de pH desloca igualmente os dois eletrodos.

Resposta: \Delta E^0 = +1{,}23\ \text{V}.

Assunto: Pilhas e potencial de redução.

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Ver como caiu na prova Questão 20 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2007

Fonte: UFG 2ª etapa 2007 · 2º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗