Questão 38

ESPCEX 2015

Química

(EsPCEx - 2015) 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

Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (25^o 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:

2,10 V e o cobre.

2,00 V e o alumínio.

1,34 V e o cobre.

1,32 V e o alumíno.

1,00 V e o cobre.

Gabarito: 2,00 V e o alumínio.

Resolução:

Observe os potenciais de redução dados para as reações de redução.

Vemos que o potencial de redução do cobre é maior que o potencial de redução do alumínio. Logo, o cobre é quem vai sofrer redução e o alumínio irá sofrer oxidação. Portanto para o calculo do potencial da pilha teremos que inverter o sentido da equação do alumio, já que ele vai sofre oxidação, e inverter consequentemente o sinal do seu potencial. Teremos:

semi-reação de oxidação (ânodo/polo negativo): $Al^{0} ightarrow Al^{3+}_{(aq)}+3eRightarrow E^{o}_{oxi}=+1,66V$ (vamos multiplicar por 2)

semi-reação de redução (cátodo/polo positivo): $Cu^{2+}+2e ightarrow Cu^{0}_{(aq)}Rightarrow E^{o}_{red}=0,34V$ (vamos multiplicar por 3)

Para que o número de elétrons se igualem a fim de se anularem precisamos multiplicar a primeira reação por 2 e a segunda reação por 3, aparecendo 6 elétrons em cada uma das reações:

$2Al^{0} ightarrow 2Al^{3+}_{(aq)}+6eRightarrow E^{o}_{oxi}=+1,66V$

$3Cu^{2+}+6e ightarrow 3Cu^{0}_{(aq)}Rightarrow E^{o}_{red}=0,34V$

Assim o Al⁰ é o agente redutor enquanto o Cu²⁺ é o agente oxidante. Lembrando que o potencial é um valor fixo, qualitativo e não quantitativo, não sendo multiplicado pelos inteiros.

Somando as equações vamos obter:

reação global: $3Cu^{2+}_{(aq)}+2Al^{0} ightarrow 3Cu^{0}_{(aq)}+ 2Al^{3+}_{(aq)}Rightarrow Delta E^{o}=1,66+0,34=2V$

cujo potencial é a soma dos potenciais das semi-reações.

Percebemos que

$Delta E^{o}> 0$

como era esperado, já que se trata de uma pilha que é um processo espontâneo.

Dessa forma, a alternativa correta é a letra B, que diz que o Al⁰(alumínio) é o agente redutor e o $Delta E^{o}=2V$ .

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