Questão 5
ITA 2010
[ITA 2010 - 1ª FASE]
Uma barra de ferro e um fio de platina, conectados eletricamente a um voltímetro de alta impedância, são parcialmente imersos em uma mistura de soluções aquosas de FeSO4 (1,0 mol L-1) e HC isenta de oxigênio. Um fluxo de gás hidrogênio é mantido constante sobre a parte imersa da superfície da platina, com pressão nominal
de 1,0 atm, e a força eletromotriz medida a 25°C é igual a 0,292 V.
Considerando-se que ambos os metais são quimicamente puros e que a platina é o polo positivo do elemento galvânico formado, assinale a opção CORRETA que apresenta o valor calculado do pH desse meio aquoso.
Dados:
0,75
1,50
1,75
2,50
3,25
Gabarito:
2,50
Resolução:
A ddp de uma pilha pode mudar se alterarmos a quantidade de soluto nas cubas eletrolíticas, ou seja, se alterarmos as concentrações molares das soluções eletrolíticas. Existe uma equação matemática, denominada equação de Nernst que relaciona a ddp com as concentrações molares das soluções.
A equação de Nernst é dada por:
/Na qual:
E = ddp da pilha (25 oC; solução de qualquer concentração molar)
Eo = ddp da ilha (25 oC; solução de concentração 1 molar ou 1 mol/L)
0,059 = valor constante a 25oC, se a temperatura mudar este valor sofrerá alteração.
n = número de mols de elétrons transferidos durante o processo eletroquímico.
Q = quociente entre concentrações que sofrem alteração durante o funcionamento da pilha.
Como o ddp de redução do ferro (-0,440V) é menor do que o do hidrogênio (0,000V) o ddp da célula galvânica gerada sera o ddp do hidrogênio - dpp do ferro , isso pode ser observado somando as seguintes reações químicas:
Fe(s)0 → Fe(aq)+2 + 2e- E = +0,44V
H+(aq) + 2e- → H2(aq) E = 0,0V
Equação de oxidação anódica: Fe(s)0 → Fe(aq)+2 + 2e- E=+0,44V
Equação de redução catódica: 2H+(aq) + 2e- → H2(g) E= 0,0V
Equação global: Fe(s)0 + 2H+(aq)→ Fe(aq)+2 + H2(g) E= +0.440V
Aplicando-se a equação :
Obtemos:
Onde: pH2(g) é pressão parcial de gás hidrogênio que igual a 1atm e Fe+2(aq) é a contração molar de íons ferrosos em solução que é igual a 1M, e a concentração de íons H+ é a única variável da equação, dessa forma é possível calcular o valor dessa variável, basta isola-la.
log[H+]= -2,5085 , então o pH = 2,5.