Questão 50157
ITA 2010
(ITA - 2010 - 2ª Fase)
Cobre metálico exposto à atmosfera ambiente úmida sofre corrosão, com formação de cuprita (Cu2O) sobre a sua superfície. Este fato é comprovado em laboratório com a aplicação de corrente elétrica, proveniente de um gerador de corrente contínua, em um eletrodo de cobre (isento de óxido) imerso numa solução aquosa neutra de cloreto de potássio (pH = 7) contendo oxigênio gasoso (O2) dissolvido.
Considere que esse procedimento é realizado nas seguintes condições:
I. Eletrodos metálicos empregados: catodo de platina e anodo de cobre.
II. Área imersa do anodo: 350,0 cm2 .
III. Densidade de corrente aplicada: 10,0 μA cm–2.
IV. Tempo de eletrólise: 50 s.
Baseado no procedimento experimental acima descrito:
a) Escreva as equações químicas balanceadas que representam as reações envolvidas na formação da cuprita sobre cobre metálico.
b) Calcule o valor numérico da massa de cuprita, expressa em g, formada sobre a superfície do anodo.
c) Sabendo que a massa específica média da cuprita é igual a 6,0 g cm–3, calcule o valor numérico da espessura média, expressa em μm, desse óxido formado durante a eletrólise
Gabarito:
Resolução:
a)
• Equação da semirreação de oxidação (ânodo):
2 Cu(s) + H2O(l) → Cu2O(s) + 2 H+(aq) + 2 e-
• Equação da semirreação de redução (cátodo):
1/2 O2(aq) + H2O(l) + 2 e- → 2 OH-(aq)
• Equação da reação global:
2 Cu(s) + 1/2 O2(aq) → Cu2O(s)
b)
A densidade de corrente é a razão entre a corrente e a área:
• Cálculo da corrente:
A corrente é a razão entre a carga e o tempo:
• Cálculo da carga:
A constante de Faraday relaciona a quantidade de matéria e a carga. A reação em questão envolve 2 mol de elétrons e forma 1 mol (143 g de Cu2O).
A carga pode ser calculada a partir da relação
| 1 mol e- | __________ | 96485 C |
| 2 mol e- | __________ | Q |
Portanto, a massa de Cu2O formada na eletrólise cuja corrente aplicada é 0,175 C é:
| 192970 C | __________ | 143g Cu2O |
| 0,175 C | __________ | m |
c)
A densidade é a razão entre a massa e o volume:
O volume pode ser escrito como a multiplicação entre a área (A) e a espessura (l):
Substituição da expressão do volume na equação da densidade:
• Cálculo da espessura:
Em micrometros (μm):