Questões Militares Comentadas sobre eletroquímica: oxirredução, potenciais padrão de redução, pilha, eletrólise e leis de faraday. em química

Níquel e ouro são metais utilizados para recobrir peças de adorno pessoal, como pulseiras, anéis, brincos etc. Durante 30 min, um sistema de eletrodeposição funcionou em corrente de 0,1 A em duas células eletrolíticas em série, uma contendo solução de Ni(NO₃) ₂ e a outra, contendo solução de Au(NO₃) ₃ , no recobrimento dessas peças.
Considerando a constante de Faraday 9,65 x 10⁴ C.mol^–1 , a massa máxima de níquel e ouro depositadas nesse período de funcionamento do sistema foi, respectivamente, de, aproximadamente,

Uma bateria utilizada em carros elétricos é a de sódio-enxofre, que funciona segundo as seguintes semirreações:

2 Na⁺(eletrólito) + 2 e^–  ➝  2 Na(l)     Eº = –2,71 V S₈ (l) + 16 e^–  ➝ 8 S^2– (eletrólito)    Eº = –0,51 V

O potencial padrão dessa bateria e o número de elétrons transferidos para cada molécula S8 (l), são, respectivamente,

Num laboratório, um grupo de alunos possui quatro semicélulas montadas, todas em condição padrão de concentração e temperatura, correspondentes às semirreações mostradas no quadro abaixo:

Numa dada combinação para montar uma pilha eletroquímica, o valor de diferença de potencial (ΔE) da pilha, no instante em que se ligaram os contatos, foi de 0,69 V.

A combinação utilizada nessa pilha foi entre as semicélulas:

No passado, as cargas das baterias dos celulares chegavam a durar até uma semana, no entanto, atualmente, o tempo entre uma recarga e outra dificilmente ultrapassa 24 horas. Isso não se deve à má qualidade das baterias, mas ao avanço tecnológico na área de baterias, que não acompanha o aumento das funcionalidades dos smartphones. Atualmente, as baterias recarregáveis são do tipo íon-lítio, cujo esquema de funcionamento está ilustrado na figura ao lado.
Quando a bateria está em uso (atuando como uma pilha), o anodo corresponde ao componente:

Considere a pilha de Daniell formada por eletrodos de zinco e cobre imersos em soluções aquosas de ZnSO₄ e CuSO₄, ambas na concentração de 1 mol/L (mol por litro). Os eletrodos se encontram interligados por uma ponte salina, conforme mostra a figura abaixo.


As semirreações que descrevem o processo de oxirredução estão descritas a seguir.
Cu²⁺ (aq) + 2e^- → Cu(s) E⁰_red = + 0,34 V (volts) Zn²⁺ (aq) + 2e^- → Zn(s) E⁰_red = - 0,76 V (volts)
Para o processo descrito, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).
( ) O eletrodo de zinco sofre oxidação e o eletrodo de cobre sofre redução. ( ) A reação de oxidação ocorre no cátodo e reação de redução ocorre no ânodo. ( ) O diagrama de célula do processo é Zn (s)|Zn²⁺(aq)||Cu²⁺(aq)|Cu (s). ( ) Os elétrons fluem do ânodo para o cátodo. ( ) A reação global da pilha é Cu(s) + Zn²⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + Zn(s) e a diferença de potencial é 1,10 V (volts).
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

O fósforo branco, substância química cuja estrutura é representada pela fórmula P₄ , é utilizado em algumas munições fumígenas (munições que produzem fumaça). Ele pode ser obtido a partir da fosforita (Ca₃(PO₄)₂), um mineral de fosfato de cálcio, por meio da reação com sílica (dióxido de silício - SiO₂) e carvão coque (C) num forno especial a 1300 ºC.

A equação não balanceada da reação é:

Ca₃(PO₄)₂ (s) + SiO₂ (s) + C (s) → CaSiO₃ (s) + CO (g) + P₄ (s)

Acerca deste processo, são feitas as seguintes afirmativas:

I – Após o balanceamento da equação por oxidorredução, a soma dos coeficientes estequiométricos é igual a 35.

II – O dióxido de silício é uma molécula que apresenta estrutura de geometria molecular angular.

III – O agente redutor do processo é o dióxido de silício.

IV – Neste processo ocorre a oxidação do carbono.

Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas, dentre as listadas acima.

      Neste ano de 2019, foi realizada pelos alunos da EsPCEx uma prática no laboratório de química envolvendo eletrólise com eletrodos ativos conforme a descrição experimental:

      - Num béquer de capacidade 100 mL (cuba eletrolítica) coloque cerca de 50 mL de solução aquosa de sulfato de cobre II de concentração 1 mol.L^-1. Tome como eletrodos uma barra fina de cobre e um prego de ferro. Ligue-os com auxílio de fios a uma fonte externa de eletricidade com uma corrente contínua de intensidade de 3 Ampères. Esta fonte tem capacidade para efetuar perfeitamente esse processo de eletrólise. O prego deve ser ligado ao polo negativo da fonte e a barra de cobre ao polo positivo da fonte. Mergulhe os eletrodos na solução durante 16 minutos e 5 segundos e observe.

      Considere o arranjo eletrolítico (a 25 ºC e 1 atm) e o sal completamente dissociado, conforme visto na figura a seguir:

      Dado: 1 Faraday (F) = 96500 Coulomb (C) / mol de elétrons

                            

Na discussão apresentada nos relatórios dos diversos grupos de alunos, surgiram as seguintes afirmativas:

I – Na superfície do prego ocorreu a deposição de cobre metálico.

II – Durante o processo a barra de cobre se oxida.

III – A massa de cobre metálico que se depositou na superfície do prego foi de 2,45 g.

IV – A semi-reação de redução que ocorre no cátodo é Cu²⁺ + 2 e^- → Cuº.

V – A reação global é Fe²⁺ + Cuº → Feº + Cu²⁺

Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas, dentre as listadas acima. 

Um experimento usado nas aulas práticas de laboratório da EsPCEx para compreensão da reatividade química é pautado na reação entre magnésio metálico (Mg⁰) e ácido clorídrico (HCl). Experimentalmente consiste em mergulhar uma fita de magnésio metálico numa solução de concentração 0,1 mol/L de ácido clorídrico. Acerca do processo acima descrito e considerando-se ocorrência de reação, são feitas as seguintes afirmativas:

I – A ocorrência da reação é evidenciada pela formação de bolhas do gás oxigênio.

II – Um dos produtos formados na reação é o óxido de magnésio.

III – O coeficiente estequiométrico do ácido clorídrico, após a escrita da equação da reação corretamente balanceada, é 2.

IV – O agente oxidante dessa reação de oxidorredução é o ácido clorídrico.

V – Considerando a solução inicial do ácido clorídrico de concentração 0,1 mol/L como 100 % ionizado (ácido forte), o pH dessa solução é 2.

Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas, dentre as listadas acima

Um analista químico realizou um experimento em que utilizou 200 mL de uma solução de concentração 2 mol/L de ácido clorídrico (HCl) para reagir com uma certa massa de bicarbonato de sódio (também denominado de hidrogenocarbonato de sódio). Notou que nem todo o ácido reagiu com essa massa de bicarbonato de sódio, restando um excesso de ácido. Ao final do experimento, ele obteve um volume de 6,15 L de gás carbônico, medidos a 27 ºC e 1 atm. Esse gás carbônico é oriundo da decomposição do ácido carbônico produzido na reação.

Dados: R = 0,082 atm·L·mol^-1·K^-1

T (Kelvin) = t (Celsius) + 273

Esse analista fez as seguintes afirmativas:

I – A equação química balanceada que descreve corretamente a reação citada é:

Na₂CO₃ + 2 HCl → H₂CO₃ + 2 NaCl

II – Para a formação de 6,15 L de CO₂, foram consumidos 21 g de bicarbonato de sódio.

III – É uma reação de oxidorredução e o ácido clorídrico é o agente oxidante.

IV – Se todo esse ácido clorídrico fosse consumido numa reação completa com bicarbonato de sódio suficiente, o volume de gás carbônico produzido seria de 9,84 L.

Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas, dentre as listadas acima.

Quando um material sofre corrosão, é importante avaliar a composição desse material, o meio corrosivo e sob quais condições operacionais ele ficou exposto. De acordo com o tipo de material e o meio corrosivo, a corrosão pode ser química ou eletroquímica.

Associe corretamente o mecanismo de corrosão ao(s) respectivo(s) processo(s) de corrosão.

MECANISMOS DE CORROSÃO

(1) Químico

(2) Eletroquímico

PROCESSOS DE CORROSÃO

( ) Ataque da borracha por ozônio.

( ) Oxidação do ferro exposto ao ambiente.

( ) Ataque do aço inox pelo cloro, em presença de umidade.

( ) Oxidação do aço inox por O₂, em ambiente seco, formando Cr₂ O₃

A sequência correta dessa associação é

Sempre que se liga um aparelho de CD portátil ou um computador portátil, completa-se um circuito que permite que uma reação química ocorra em uma bateria – uma descendente direta da pilha de Volta de metais e papel. As pilhas e baterias são exemplos de células eletroquímicas.

Considere que uma pilha hipotética de dois metais X e Y tem a seguinte representação simbólica:

X (s) / X²⁺ (aq) // Y²⁺ (aq) / Y (s)

Quantitativamente, os potenciais de redução dos eletrodos foram mensurados em valores de –1,0 V e –3,0 V.

Com base nessas informações, assinale a alternativa em que a característica dessa pilha está incorreta.

A usina de energia de Hellisheidi, na Islândia, vem testando um novo método para combater o aquecimento global: transformar o gás carbônico (CO₂) em pedra. O processo ocorre em duas etapas: primeiro o CO₂ é dissolvido em água em altas pressões (25 bar) e depois injetado no solo numa temperatura de 230 ^oC. A mineralização do gás carbônico ocorre de maneira rápida, devido à reatividade e composição do solo da região, rica em ferro, cálcio e magnésio. As duas etapas da remoção de CO₂ estão esquematizadas de maneira simplificada ao lado.


A remoção desse gás da atmosfera ocorre por:

No ano de 2018, os alunos da EsPCEx realizaram, na aula prática de laboratório de química, um estudo sobre revestimento de materiais por meio da eletrólise com eletrodos ativos, visando ao aprendizado de métodos de proteção contra corrosão. Nesse estudo, eles efetuaram, numa cuba eletrolítica, o cobreamento de um prego, utilizando uma solução de sulfato de cobre II e um fio de cobre puro como contra-eletrodo. Para isso, utilizaram uma bateria como fonte externa de energia, com uma corrente contínua de intensidade constante de 100 mA e gastaram o tempo de 2 minutos. Considerando-se não haver interferências no experimento, a massa aproximada de cobre metálico depositada sobre o prego foi de
Dados: massa molar do cobre = 64 g · mol^-1 ; 1 Faraday = 96500 C · mol^-1

No ano de 2014, os alunos da EsPCEx realizaram um experimento de eletrólise durante uma aula prática no Laboratório de Química. Nesse experimento, foi montado um banho eletrolítico, cujo objetivo era o depósito de cobre metálico sobre um clipe de papel, usando no banho eletrolítico uma solução aquosa 1 mol·L^-1 de sulfato de cobre II. Nesse sistema de eletrólise, por meio de uma fonte externa, foi aplicada uma corrente constante de 100 mA, durante 5 minutos. Após esse tempo, a massa aproximada de cobre depositada sobre a superfície do clipe foi de:

Dados: massa molar Cu = 64 g/mol; 1 Faraday = 96500 C

O cobre metálico pode ser oxidado por ácido nítrico diluído, produzindo água, monóxido de nitrogênio e um sal (composto iônico). A reação pode ser representada pela seguinte equação química (não balanceada):

Cu (s) + HNO₃ (aq) → H₂O (l) + NO (g) + Cu(NO₃)₂ (aq)

A soma dos coeficientes estequiométricos (menores números inteiros) da equação balanceada, o agente redutor da reação e o nome do composto iônico formado são, respectivamente,

A figura seguinte representa um experimento de eletrólise da água.

                 

Com relação ao experimento, dentre as substâncias iniciais e as que foram formadas no processo de eletrólise da água, são consideradas substância simples, composta e mistura, respectivamente:

   A energia liberada em uma reação de oxidorredução espontânea pode ser usada para realizar trabalho elétrico. O dispositivo químico montado, pautado nesse conceito, é chamado de célula voltaica, célula galvânica ou pilha.   Uma pilha envolvendo alumínio e cobre pode ser montada utilizando como eletrodos metais e soluções das respectivas espécies. As semirreações de redução dessas espécies é mostrada a seguir:  Semirreações de Redução Alumínio: Al³+ (aq) + 3 e- → Al° E°red = -1,66 V Cobre: Cu²+(aq) + 2 e- → Cu° E°red = +0,34 V   Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (25 °C e 1 atm) ideais (desprezando-se qualquer efeito dissipativo) e as semirreações de redução fornecidas, a força eletromotriz (fem) dessa pilha montada e o agente redutor, respectivamente são:

Os medidores de glicose digitais são dispositivos bastante difundidos e essenciais para pessoas que têm diabetes. Esses dispositivos são baseados em sensores de glicose, cujo teor é medido por meio de uma reação química. Uma proposta se baseia na seguinte reação:



Nesse sistema de medição, faz-se reagir uma amostra contendo glicose com o íon ferricianeto ([Fe(CN)₆]^3- ) na presença da enzima GOx, obtendo-se como produtos gluconolactona, H⁺ e ferrocianeto ([Fe(CN)₆]^4- ). Um eletrodo de platina promove a reação de regeneração do ferricianeto, sendo que a corrente que passa por esse eletrodo é proporcional à concentração de glicose na amostra.

Com base no exposto, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas:

( ) A enzima GOx catalisa a oxidação da glicose.

( ) No eletrodo de platina ocorre a redução do íon de ferro.

( ) A transformação de glicose em gluconolactona envolve 2 elétrons.

( ) O valor de pH do meio tende a diminuir no processo de detecção de glicose.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.