Questão 64 da UFG 2027

Question

A descarbonização da atmosfera envolve a remoção de dióxido de carbono (\text{CO}_2) do ar ambiente. Neste sentido, pesquisas recentes, desenvolveram um eletrodo capaz de converter o \text{CO}_2 em monóxido de carbono (\text{CO}), utilizando a energia luminosa em uma célula eletroquímica. Nesse processo, o \text{CO}_2 é reduzido no catodo enquanto a água é oxidada no anodo. Considerando as seguintes semiequações e seus potenciais-padrão de redução a 25^\text{o}\text{C}:

\begin{array}{|lr|} \hline \ce{CO2(g) + 2H+(aq) + 2}e^- \longrightarrow \ce{CO(g) + H2O(l)} & E = -0{,}11\text{ V} \\[6pt] \ce{O2(g) + 4H+(aq) + 4}e^- \longrightarrow \ce{2H2O(l)} & E = +1{,}23\text{ V} \\ \hline \end{array}

Sabendo-se que a reação global é não-espontânea, o potencial químico da célula eletroquímica é:

A
-1{,}45\text{ V}.
B
-1{,}34\text{ V}.
C
-0{,}725\text{ V}.
D
+0{,}505\text{ V}.
E
+1{,}12\text{ V}.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 64 da UFG 2027

Prova objetiva · Ciências da Natureza · Química: Eletrólise

A descarbonização da atmosfera envolve a remoção de dióxido de carbono (\text{CO}_2) do ar ambiente. Neste sentido, pesquisas recentes, desenvolveram um eletrodo capaz de converter o \text{CO}_2 em monóxido de carbono (\text{CO}), utilizando a energia luminosa em uma célula eletroquímica. Nesse processo, o \text{CO}_2 é reduzido no catodo enquanto a água é oxidada no anodo. Considerando as seguintes semiequações e seus potenciais-padrão de redução a 25^\text{o}\text{C}:

\begin{array}{|lr|} \hline \ce{CO2(g) + 2H+(aq) + 2}e^- \longrightarrow \ce{CO(g) + H2O(l)} & E = -0{,}11\text{ V} \\[6pt] \ce{O2(g) + 4H+(aq) + 4}e^- \longrightarrow \ce{2H2O(l)} & E = +1{,}23\text{ V} \\ \hline \end{array}

Sabendo-se que a reação global é não-espontânea, o potencial químico da célula eletroquímica é:

A
-1{,}45\text{ V}.
B
-1{,}34\text{ V}.
C
-0{,}725\text{ V}.
D
+0{,}505\text{ V}.
E
+1{,}12\text{ V}.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

O potencial da célula é calculado por \Delta E = E_{\text{catodo}} - E_{\text{anodo}}, usando os potenciais de redução das duas semirreações. O sinal indica se a reação é espontânea: positivo, espontânea; negativo, não espontânea.

Catodo (redução): \ce{CO2} vira \ce{CO}, com E_{\text{cat}} = -0{,}11\ \text{V}.
Anodo (oxidação): a água vira \ce{O2}, ou seja, a semirreação do oxigênio ocorre ao contrário. O potencial de redução dela continua sendo E_{\text{an}} = +1{,}23\ \text{V}.
Cálculo:

\Delta E = -0{,}11 - (+1{,}23) = -1{,}34\ \text{V}

O valor é negativo, como o enunciado diz: a reação global é não espontânea e precisa de energia externa, aqui a luz.

Observe que não se multiplica o potencial pelo número de elétrons. O potencial é uma propriedade intensiva, então ajustar os coeficientes (2 elétrons de um lado, 4 do outro) não altera seu valor. Basta igualar os elétrons, multiplicando a primeira semirreação por 2, e subtrair os potenciais.

Global: \ce{2CO2 + 2H2O -> 2CO + O2 + 4H+ ...} simplificada: \ce{2CO2 -> 2CO + O2}, com \Delta E = -1{,}34\ \text{V}.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa E engana quem soma os potenciais 1{,}23-0{,}11, esquecendo que o anodo deve ser subtraído; o enunciado diz que a reação é não espontânea, então o valor deve ser negativo.

Por que as outras alternativas estão erradas

ASoma -0{,}11 com -1{,}23, trocando o sinal do potencial do oxigênio de modo incorreto.
CMultiplica ou divide potenciais pelo número de elétrons; o potencial é intensivo e não depende dos coeficientes.
DValor sem base em operação correta com os dois potenciais, dando sinal positivo, incompatível com reação não espontânea.
ESoma +1{,}23 com -0{,}11, o que não é a diferença catodo menos anodo e dá sinal positivo.

Assuntos: Eletrólise, Pilhas e potencial de redução.

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Questão 64 no caderno Vespertino da UFG 2027

Fonte: UFG 2027 · Vespertino. Prova oficial ↗