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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (2º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2012

2º semestre · 1º dia · Química: Eletrólise

No esquema a seguir, está apresentada a decomposição eletrolítica da água. Nos tubos 1 e 2 formam-se gases incolores em volumes diferentes.

Esquema da decomposição eletrolítica da água: béquer contendo solução de hidróxido de sódio com dois tubos de ensaio invertidos sobre eletrodos. Fios encapados ligam o eletrodo do Tubo 1 ao polo positivo e o do Tubo 2 ao polo negativo de um conjunto de três pilhas. O volume de gás acumulado no topo do Tubo 1 é menor que no Tubo 2.

Tendo em vista os dados,

a) identifique os gases formados nos tubos 1 e 2 e calcule os respectivos volumes nas CNTP, considerando a eletrólise de 36 gramas de água; (3,0 pontos)

b) escreva a reação de combustão do gás combustível formado em um dos tubos. (2,0 pontos)

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a) O tubo 1 está ligado ao polo positivo da pilha, ou seja, o eletrodo dele é o ânodo, onde ocorre a oxidação. O tubo 2 está ligado ao polo negativo, o cátodo, onde ocorre a redução. Em meio básico (NaOH), as semirreações são:

  • Ânodo (tubo 1): 4\,\ce{OH-} \to \ce{O2} + 2\,\ce{H2O} + 4\,e^-, que libera oxigênio.
  • Cátodo (tubo 2): 4\,\ce{H2O} + 4\,e^- \to 2\,\ce{H2} + 4\,\ce{OH-}, que libera hidrogênio.

A reação global é:

2\,\ce{H2O} \to 2\,\ce{H2} + \ce{O2}

A proporção é 2 mol de \ce{H2} para 1 mol de \ce{O2}. Por isso o volume de gás é maior no tubo 2, como mostra a figura.

Cálculo para 36 g de água (massa molar 18\ \text{g/mol}):

  1. n(\ce{H2O}) = 36/18 = 2\ \text{mol}.
  2. n(\ce{H2}) = 2\ \text{mol} e n(\ce{O2}) = 1\ \text{mol}.
  3. Nas CNTP, 1 mol de gás ocupa 22{,}4\ \text{L}. Então V(\ce{H2}) = 2 \times 22{,}4 = 44{,}8\ \text{L} e V(\ce{O2}) = 1 \times 22{,}4 = 22{,}4\ \text{L}.

Tubo 1: \ce{O2}, 22{,}4\ \text{L}; tubo 2: \ce{H2}, 44{,}8\ \text{L}.

b) O gás combustível é o hidrogênio (\ce{H2}), formado no tubo 2. O oxigênio é o comburente. A combustão do hidrogênio forma água:

2\,\ce{H2}(g) + \ce{O2}(g) \to 2\,\ce{H2O}(l)

É a reação inversa da eletrólise, e libera energia.

2\,\ce{H2} + \ce{O2} \to 2\,\ce{H2O}

Assuntos: Eletrólise, Volume molar e estequiometria de gases.

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Ver como caiu na prova Questão 11 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2012

Fonte: UFG 2ª etapa 2012 · 2º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗