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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:

exercício 1 - Pilha

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: exercício 2 - Pilha

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:

Exercício - 2.2 - Pilha

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

Exercício - 2.3 - Pilha

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 H2 (g) + 4 OH(aq)   4 H2O() + 4 e       E° = 0,83 V
Cátodo:  O2 (g) + 2 H2O() + 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 H2 + O 2 H2O        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 = Hf – Hi  = HCO2 + ( 4.HH2 –HCH4 – 2.HH2O)= -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.