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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 74 (2º semestre) da UFG 2009

2º semestre · Química: Pilhas e potencial de redução

A bateria recarregável mais comum, utilizada atualmente em automóveis, é a bateria de chumbo. Esta bateria pode ser representada pelas seguintes semirreações de redução:

\frac{1}{2} \ce{PbSO4(s)} + 1\ce{e-} \longrightarrow \frac{1}{2} \ce{Pb(s)} + \frac{1}{2} \ce{SO4^2-(aq)} \quad \text{E} = -0{,}356\text{ V}
\ce{PbO2(s)} + \ce{SO4^2-(aq)} + 4\ce{H+} + 2\ce{e-} \longrightarrow \ce{PbSO4(s)} + 2\ce{H2O} \quad \text{E} = +1{,}689\text{ V}

Considerando o exposto, para se gerar um potencial de aproximadamente 12 V, deve-se utilizar

  1. A
    5 células galvânicas ligadas de forma mista.
  2. B
    6 células galvânicas ligadas em paralelo.
  3. C
    6 células galvânicas ligadas em série.
  4. D
    9 células galvânicas ligadas em paralelo.
  5. E
    9 células galvânicas ligadas em série.
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Resolução comentada

Cada célula (ou "pilha") da bateria tem uma tensão que depende dos potenciais de redução das duas semirreações. O cátodo é a semirreação de maior potencial de redução, e o ânodo é a de menor potencial.

  1. Cátodo: \ce{PbO2}, com E = +1{,}689\ \text{V}.
  2. Ânodo: \ce{Pb} (a semirreação do \ce{PbSO4} ocorre ao contrário, como oxidação), com E = -0{,}356\ \text{V}.

A diferença de potencial de uma célula é:

\Delta E = E_{\text{cátodo}} - E_{\text{ânodo}} = 1{,}689 - (-0{,}356) = 2{,}045\ \text{V}

A primeira semirreação está escrita com \frac{1}{2} de mol e 1 elétron, mas o potencial não muda ao multiplicar a equação, porque é uma grandeza intensiva. Logo, não se multiplica o valor por 2.

Para chegar a 12 V, ligamos as células em série, pois nesse arranjo as tensões se somam. Na ligação em paralelo, a tensão continua a de uma só célula.

n = \frac{12}{2{,}045} \approx 5{,}9 \approx 6

São necessárias 6 células em série: 6 \times 2{,}045 = 12{,}27\ \text{V}, valor próximo de 12 V. É o que acontece nas baterias de automóvel, que têm 6 compartimentos de cerca de 2 V.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ALigação mista não é necessária; só a série soma as tensões, e 5 células dariam cerca de 10 V.
  • BEm paralelo a tensão não aumenta, ficando em 2,045 V, embora o número 6 esteja certo.
  • DEm paralelo a tensão permanece a de uma célula, e 9 também é um número errado.
  • EEm série, 9 células dariam cerca de 18 V, bem acima de 12 V.

Assunto: Pilhas e potencial de redução.

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Ver como caiu na prova Questão 74 no caderno 1ª etapa da UFG 2009

Fonte: UFG 2009 · 2º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗