Questão 11 (2º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2010

Question

O esquema de uma pilha de Ni-Fe é ilustrado abaixo.

As semirreações que ocorrem em cada compartimento dessa pilha e os potenciais de redução das espécies são os seguintes:

\ce{Ni^{2+}(aq) + 2e^- -> Ni(s)} \quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}23\ \text{V}

\ce{Fe^{2+}(aq) + 2e^- -> Fe(s)} \quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}45\ \text{V}

Com base nestas informações,

a) escreva a equação eletroquímica da reação global para o processo espontâneo e a distribuição eletrônica do metal que é produto dessa reação; (3,0 pontos)

b) determine o número de mols de metal depositado quando essa pilha é ligada a um gerador externo, com \text{FEM} = 1{,}5\ \text{V} e corrente de 1\ \text{A} durante 1 \times 10^6\ \text{s}, sabendo que a massa, em gramas, do metal depositado, é igual a 3{,}4 \times 10^{-4}\ i \times t (i = corrente em Amperes e t = tempo em segundos). (2,0 pontos)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (2º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2010

2º semestre · 1º dia · Química: Eletrólise

O esquema de uma pilha de Ni-Fe é ilustrado abaixo.

As semirreações que ocorrem em cada compartimento dessa pilha e os potenciais de redução das espécies são os seguintes:

\ce{Ni^{2+}(aq) + 2e^- -> Ni(s)} \quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}23\ \text{V}

\ce{Fe^{2+}(aq) + 2e^- -> Fe(s)} \quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}45\ \text{V}

Com base nestas informações,

a) escreva a equação eletroquímica da reação global para o processo espontâneo e a distribuição eletrônica do metal que é produto dessa reação; (3,0 pontos)

b) determine o número de mols de metal depositado quando essa pilha é ligada a um gerador externo, com \text{FEM} = 1{,}5\ \text{V} e corrente de 1\ \text{A} durante 1 \times 10^6\ \text{s}, sabendo que a massa, em gramas, do metal depositado, é igual a 3{,}4 \times 10^{-4}\ i \times t (i = corrente em Amperes e t = tempo em segundos). (2,0 pontos)

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Resolução comentada

Resposta esperada pela UFG

Reação global:

a)
\ce{Ni^{+2}(aq) + Fe(s) -> Fe^{+2}(aq) + Ni(s)} \quad \text{E}^0 = + 0{,}22\text{ V}

Ni 1\text{s}^2\ 2\text{s}^2\ 2\text{p}^6\ 3\text{s}^2\ 3\text{p}^6\ 4\text{s}^2\ 3\text{d}^8 (3,0 pontos)

b) n = 3{,}4 \times 10^{-4} \times 1 \times 1 \times 10^6\ /\ 56 = 6\text{ mols de ferro} (2,0 pontos)

Critério de correção

Atendeu plenamente ao que foi solicitado, no item “a”, a resposta do candidato que apresentou a distribuição eletrônica correta do Níquel, independente se na ordem geométrica ou energética.

Atendeu plenamente ao que foi solicitado , no item “b”,a resposta que forneceu o ferro como metal reduzido e encontrou o valor de 6 mols de ferro. Respostas que usaram o numero atomico do ferro ao invés da massa tiveram pontuação parcial.

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Publicada pela banca.

Resolução comentada

a) Na pilha, o eletrodo com maior potencial de redução sofre redução. Como E^\circ_{\text{red}}(\ce{Ni^{2+}/Ni}) = -0{,}23\ \text{V} é maior que E^\circ_{\text{red}}(\ce{Fe^{2+}/Fe}) = -0{,}45\ \text{V}, o níquel se reduz (cátodo) e o ferro se oxida (ânodo).

\ce{Fe(s) -> Fe^{2+}(aq) + 2e^-}

\ce{Ni^{2+}(aq) + 2e^- -> Ni(s)}

Somando as duas semirreações, a reação global espontânea é:

\ce{Fe(s) + Ni^{2+}(aq) -> Fe^{2+}(aq) + Ni(s)}

A ddp é \Delta E = -0{,}23 - (-0{,}45) = +0{,}22\ \text{V}. Como \Delta E > 0, o processo é espontâneo.

O metal produzido é o níquel (Z = 28). Sua distribuição eletrônica é:

\ce{Ni}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^8

(ou [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^8).

Resposta: \ce{Fe(s) + Ni^{2+}(aq) -> Fe^{2+}(aq) + Ni(s)}; Ni: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^8.

b) O gerador externo impõe 1,5 V, bem maior que os 0,22 V da pilha. Com isso, a reação é forçada no sentido contrário ao espontâneo, e o dispositivo funciona como uma cela eletrolítica:

\ce{Ni(s) + Fe^{2+}(aq) -> Ni^{2+}(aq) + Fe(s)}

O metal que se deposita, portanto, é o ferro.

Massa depositada: m = 3{,}4\times10^{-4}\cdot i\cdot t = 3{,}4\times10^{-4}\cdot 1\cdot 1\times10^{6} = 340\ \text{g}.
Com M(\ce{Fe}) = 56\ \text{g/mol}: n = \dfrac{340}{56} \approx 6{,}1\ \text{mol}.

Resposta: cerca de 6{,}1 mol de Fe depositado (340 g).

Assuntos: Eletrólise, Distribuição eletrônica, Pilhas e potencial de redução.

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Questão 11 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2010

Fonte: UFG 2ª etapa 2010 · 2º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗