Exercícios Resolvidos: Você sabe como funciona uma Pilha?

Leia o resumo “Você sabe como funciona uma Pilha?” e resolva os exercícios abaixo.

1. As pilhas e as baterias são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxidorredução transforma energia química em energia elétrica. Portanto, sempre há uma substância que se reduz, ganhando elétrons, que é o cátodo, e uma que se oxida, perdendo elétrons, que é o ânodo.  Abaixo, temos um exemplo de uma pilha eletroquímica:

A respeito dessa pilha, responda:

a) Qual eletrodo, A ou B, está sofrendo redução e qual está sofrendo oxidação?
b) Qual eletrodo é o cátodo e qual é o ânodo?
c) Escreva a semirreação que ocorre nos eletrodos A e B e a reação global da pilha.
d)  concentração dos íons B3+e A2+aumenta ou diminui?
e) Ocorre corrosão ou deposição dos eletrodos A e B?

2. (UERJ – 2010)A célula a combustível é um tipo de pilha que gera energia elétrica a partir da reação química entre os gases hidrogênio e oxigênio, como mostra o esquema:

Para seu funcionamento ininterrupto, a célula precisa ser continuamente alimentada com o oxigênio do ar e com o gás hidrogênio proveniente da seguinte reação química:
Considere os valores abaixo, relativos ao funcionamento da célula sob condições-padrão:

Considere os valores abaixo, relativos ao funcionamento da célula sob condições-padrão:

Calcule a força eletromotriz, em volts, da célula a combustível e a variação de entalpia, em kJ, da reação de obtenção do hidrogênio.

3. (UFPE) – Considere uma cela galvânica formada por semicelas-padrão de cobre e de zinco, cujos potenciais de redução são os seguintes:

Cu2+ + 2 e– → Cu          Eº = + 0,34 V
Zn2+ + 2 e– → Zn           Eº = – 0,76 V

É correto afirmar que:
a) os elétrons no circuito externo fluirão do eletrodo de cobre para o eletrodo de zinco.

b) o potencial-padrão da cela é – 0,42 V.

c) quando o equilíbrio for atingido não haverá diferença de potencial entre os eletrodos.

d) os íons zinco são reduzidos a zinco metálico.

e) o eletrodo de cobre é o cátodo.

Gabarito

1. 
Resolução passo-a-passo:

a)      O eletrodo A está sofrendo redução, porque está ganhando elétrons, portanto, seu Nox (Número de Oxidação) irá diminuir. Já o eletrodo B está sofrendo oxidação, porque está perdendo elétrons e seu Nox irá aumentar.

b)      O eletrodo A é o cátodo e o B é o ânodo.

c)      Semirreação do ânodo: B~(s)~→ B3+~(aq)~+ 3 e–
Semirreação do cátodo: A2+~(aq)~+ 2 e–  → A~(s)~

Para encontrar a equação que representa a reação global dessa pilha, teremos que multiplicar a semirreação do ânodo por 2 e a do cátodo por 3, para poder igualar os elétrons que foram transferidos e recebidos nos eletrodos:

Semirreação do ânodo: 2 B~(s)~  → 2 B3+~(aq)~ + 6 e–
Semirreação do cátodo: 3 A2+~(aq)~ + 6 e–  → 3 A~(s)
+~

  Reação Global: 2 B~(s)~ +3 A2+~(aq)~→ 2 B3+~(aq)~+ 3 A~(s)~

d) Conforme mostra a reação global, a concentração de B3+aumenta e de A2+

e)  Haverá deposição sobre o eletrodo A e corrosão do eletrodo B

2. 
Resolução passo-a-passo:

Vamos calcular a força eletromotriz da célula a combustível e a variação de entalpia da reação de obtenção de hidrogênio.

As semirreações que ocorrem na célula a combustível são:
Ânodo:         2 H~2 (g)~+ 4 OH–~(aq)~ 4 H~2~O~()~+ 4 e–       E° = 0,83 V
Cátodo:  O~2 (g)~ + 2 H~2~O~()~ + 4 e–  4 OH– (aq)              E° = 0,40 V
A reação global e a força eletromotriz são obtidas a partir da soma dessas duas semirreações:
2 H~2~ + O~2~ 2 H~2~O        E° =  1,23 V

A variação de entalpia da reação de formação de hidrogênio é a diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes:

∆H = H~f~ – H~i~  = HCO~2~ + ( 4.HH~2~ –HCH~4~ – 2.HH~2~O)= -394 + ( 4.0 + 75 + 2. 241) = 163kJ

3. E
Resolução passo-a-passo:

Como o potencial de redução do cobre é maior, Cu2+ sofre redução e o Zn sofre oxidação. Assim:
a) Falso. Os elétrons no circuito externo fluirão do eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre.
b) Falso. O potencial padrão da cela é +1,10 V.
c) Falso. Quando o equilíbrio for atingido haverá diferença de potencial entre os eletrodos.
d) Falso. O zinco sofre oxidação e, portanto, o zinco metálico é oxidado a íons Zn2+.
e) Verdadeiro. Como o eletrodo de cobre possui maior potencial de redução, este será o cátodo.

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