Questões Militares de Química - Eletroquímica: Oxirredução, Potenciais Padrão de Redução, Pilha, Eletrólise e Leis de Faraday.

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

Quando dois metais distintos (eletrodos) são imersos em uma solução condutora (eletrólito), produz-se uma célula ou uma pillha galvânica. A diferença de potencial fornecida pela célula pode ser calculada pela equação de Nernst

em que E é a diferença de potencial fornecida pela pilha; E" é o potencial padrão da pilha; R é a constante universal dos gases; n é o número de elétrons envolvidos na semirreação de oxidação ou redução; F é a constante de Faraday, e Q é quociente reacional, o qual fornece a razão entre as atividades dos produtos e dos reagentes envolvidos na reação global da pilha.

Com base no exposto acima, informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma a seguir.

( ) Quanto maior for o tamanho da célula, maior será o potencial fornecido.

( ) Os materiais que compõem os eletrodos afetam o potencial gerado pela pilha.

( ) A concentração dos íons em solução não influencia o potencial fornecido pela pilha.

( ) A diferença de pontencial gerada pela pilha varia com a temperatura da célula e com a composição do eletrólito.

De acordo com as afirmações, a sequência correta 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 proteção catódica é uma técnica de combate à corrosão, usada como complementar à ação protetora dos revestimentos que, por melhores e mais bem aplicados que sejam, sempre contêm falhas e poros e se tornam deficientes com o tempo. Para a obtenção da proteção catódica, dois sistemas são utilizados, ambos baseados no princípio de injeção de corrente elétrica na estrutura: proteção catódica galvânica e a proteção catódica por corrente impressa. Considerando a necessidade de instalação de anodos de zinco em uma estrutura metálica revestida e submersa em água do mar, calcule a corrente elétrica necessária para sua proteção catódica, em A (Àmpere), sabendo que a estrutura de 100 m² está pintada com um revestimento de eficiência média igual a 90% e que se movimenta em relação à água do mar a uma velocidade de 3 m/s, e assinale a opção correta.

Dados: densidade de corrente elétrica da água do mar = 55 mA/m^2.

             

Em embarcações atracadas no cais, é possível ocorrer um tipo de corrosão devido ao emprego de uma máquina de solda elétrica com aterramento inadequado. Ao se fazer o aterramento da máquina de solda em estruturas metálicas no lado do cais e levar o seu terminal positivo para a execução da solda dentro do navio, obriga-se a corrente a retornar da embarcação, passando pela água, para chegar ao terminal negativo. Nesse caso, o casco da embarcação passa a funcionar como anodo ativo e a corroer. Sendo assim, assinale a opção que apresenta o tipo de corrosão que ocorre no processo descrito.

Considerando a classificação das formas de corrosão segundo a sua morfologia, correlacione os termos técnicos a suas definições e assinale a opção que apresenta a sequência correta.

TERMOS TÉCNICOS

I- Intergranular

II- Dezincificação

III- Empolamento pelo hidrogênio

IV- Transgranular

V- Filiforme

DEFINIÇÕES

( ) A corrosão se processa nos grãos da rede cristalina do material metálico, o qual, perdendo suas propriedades mecânicas, poderá fraturar à menor solicitação mecânica.

( ) É a corrosão que ocorre em ligas de latão, em que se observa o aparecimento de regiões de coloração avermelhada, contrastando com a característica coloração amarela dos latões.

( ) A corrosão se processa entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas e pode fraturar quando solicitado por esforços mecânicos.

( ) A corrosão se processa sob a forma de finos filamentos, mas não profundos, que se propagam em diferentes direções e que não se ultrapassam, pois admite-se que o produto de corrosão, em estado coloidal, apresente carga positiva, daí a repulsão.

( ) Corrosão que ocorre quando o hidrogênio atômico penetra no metal e difunde-se rapidamente para regiões com descontinuidades, onde se transforma em hidrogênio molecular, exercendo pressão e originando a formação de bolhas.

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

A seguir, são apresentadas algumas semi-reações de redução e seus respectivos potenciais-padrão.

FONTE: ATKINS, P.; PAULA, J. Atkins Físico Química. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. v. 1. p. 336.

A partir dessas semi-reações, pode-se afirmar que

Considerando-se a equação do potencial do eletrodo E = E₀ + (RT/nF) x ln(a), para que o eletrodo seja considerado de referência, é necessário que:

Verifica-se que na corrosão por polarização os potenciais de eletrodos não se mantêm iguais aos seus valores originais, mas variam em função da corrente circulante. Sobre a corrosão por polarização, é correto afirmar que:

Calcule a f.e.m. de uma célula formada pela imersão de uma lâmina de cobre numa solução de 0,15M de CuSO₄ e um bastão de zinco numa solução de 0,25M de ZnSO₄ e marque a opção correta.

Dados:

Equação de Nernst: E = E₀ + (0,0592/n) x log M

Cu²⁺ + 2e^- = Cu; E₀Cu = 0,34V

Zn²⁺ + 2e^- = Zn; E₀Zn = -0,76V

log(0,15) = -0,82391

log(0,25) = -0,60206

Analise os potenciais padrão dos eletrodos de prata e zinco abaixo.

Ag⁺ + e^- ↔ Ag E° = + 0,7999 V

Zn²⁺ + 2e^- ↔ Zn E° = - 0,763 V

Assinale a opção que apresenta a reação da pilha dos potenciais padrão acima.

Calcule o potencial da célula Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu e indique se a reação Zn(s)+ Cu²⁺ -> Zn²⁺ + Cu(s) ocorre de forma espontânea ou não, marcando a opção correta.

Dados: E₀Cu = +0,337V; E₀Zn = -0.763V

Sobre a pilha de corrosão eletroquímica, que é constituída de elementos fundamentais, marque a opção correta.