Questões de Concurso sobre Eletroquímica: Oxirredução, Potenciais Padrão de Redução, Pilha, Eletrólise e Leis de Faraday.

A eletroquímica é responsável por entender processos de oxidação e redução que ocorrem em dispositivos como pilhas e baterias, onde energia química é convertida em energia elétrica. Um dos seus princípios fundamentais é o potencial eletroquímico, que determina a tendência de uma substância em perder ou ganhar elétrons. Esse estudo permite aplicações em diversas áreas, como produção de energia, galvanoplastia e proteção contra corrosão. Em uma célula eletroquímica, o potencial padrão de redução do cátodo é +0,34𝑉 e o do ânodo é −0,76𝑉. Se a célula operar a 25°C, sua diferença de potencial padrão (𝐸⁰ ) e a reação espontânea que ocorre nessa condição são, respectivamente, iguais a:

Qual das seguintes reações é um exemplo de reação redox?

Na reação entre ferro e oxigênio formando óxido de ferro, o ferro atua como:

A eletroquímica envolve processos de oxidação e redução, tendo aplicações em diferentes áreas da ciência e da tecnologia. Sobre os conceitos de eletroquímica, analise as assertivas abaixo:

I. Em uma célula galvânica, a reação química ocorre de forma espontânea, convertendo energia química em energia elétrica.

II. O ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação, independentemente de a célula ser galvânica ou eletrolítica.

III. Em uma célula eletrolítica, a corrente elétrica externa é utilizada para forçar uma reação química não espontânea.

IV. Na eletrólise da água, a decomposição da molécula ocorre devido à passagem de corrente elétrica, formando gás oxigênio e gás hidrogênio.

V. O fluxo de elétrons em um circuito externo ocorre do cátodo para o ânodo, pois os elétrons se movem espontaneamente para regiões de menor potencial elétrico.

Quais estão corretas?

O tetraaminoníquel(II) é utilizado em processos de galvanoplastia e, neste caso, para eletrodeposição de níquel metálico. Considere o equilíbrio da reação de complexação entre o íon Ni²⁺ e amônia (NH₃) em solução aquosa, formando o complexo tetraaminoníquel(II):

Nⁱ²⁺_(aq) + 4NH_3(aq) ⇌ [Ni(NH₃)₄]²⁺_(aq)

Com base nesse sistema em equilíbrio, assinale a alternativa CORRETA.

Quando a água cai espontaneamente, em uma cachoeira, a Física explica o fato afirmando que a água caiu de um nível de maior energia para outro, de menor energia (no caso, energia potencial). Quanto maior for a quantidade de água e maior a altura da queda, maior será a energia liberada pela água (que pode ser transformada, por exemplo, em energia elétrica, em uma usina hidroelétrica). Fato idêntico ocorre com as pilhas, dependendo dos materiais (metais e eletrólitos) que formam a pilha, ela irá “despejar” uma quantidade maior ou menor de elétrons, com mais ou menos energia, através do circuito externo. A altura da queda de água corresponde, na eletricidade, ao que se chama de diferença de potencial (ddp) ou, mais especificamente, de força eletromotriz (fem) da pilha, representa a “pressão” que move os elétrons através do condutor externo, ela é medida em Volts (V), com o uso de voltímetros.

Com base nas explicações presentes no texto, observe a célula eletroquímica representada na figura 2 a seguir:

Figura 2. Célula Eletroquímica Fonte: Brady. J.E; Humiston, G. E. Química Geral. Vol. 2. 22 ed. Livros Técnicos e Científicos Editora. 1996.

Considere os Potenciais:

Pb⁺² +2e ——> Pb (Eº = - 0,13V)

Cu⁺² +26 ——>» Pb (Eº = + 0,34 V)

Pode-se afirmar corretamente sobre a célula que:

Durante a investigação de uma fábrica clandestina, o perito encontra uma bateria improvisada formada por dois eletrodos: Zn(s) e Cu(s), imersos em soluções de seus íons respectivos. As semicélulas envolvidas são:

Zn²⁺+2e−→Zn(s) E∘=−0,76V

Cu²⁺+2e−→ Cu (s) E∘=+0,34V

Considerando que a bateria opera como uma pilha galvânica espontânea, qual será a força eletromotriz (f.e.m.) da pilha e qual eletrodo funcionará como ânodo?

Em eletroquímica aplicada a pilhas didáticas, assinale a proposição que descreve corretamente processo e componentes.

Sobre os conceitos de eletroquímica, analise as assertivas abaixo e assinale a alternativa correta.

I. Em uma célula eletroquímica, o ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação, e o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução.

II. A força eletromotriz (FEM) de uma célula eletroquímica é determinada pela diferença de potencial entre os eletrodos e indica a espontaneidade da reação.

III. Na eletrólise, a energia elétrica é convertida em energia química, sendo um processo espontâneo que ocorre sem fornecimento externo de energia.

IV. A ponte salina é fundamental para o funcionamento de células eletroquímicas, como pilhas galvânicas, ao proporcionar uma conexão iônica entre os compartimentos do ânodo e do cátodo.

O potencial de uma célula galvânica mede a força eletromotriz (fem) em volts da célula. A relação do potencial da célula com as concentrações de produtos e reagentes de uma reação de oxirredução pode ser verificada a partir da Equação de Nernst, apresentada abaixo:

Onde:

E = potencial da célula;

E⁰ = potencial da célula nas condições padrão;

R = constante ideal dos gases;

T = Temperatura absoluta;

n = número de elétrons transferidos na reação;

F = constante de Faraday;

Q = Quociente de reação.

Em relação às aplicações da equação de Nernst, analise as assertivas:

I - Pode-se calcular o potencial da célula nas condições padrão, igualando o quociente de reação à constante de equilíbrio da reação.

II - O potencial da célula galvânica antes de atingir o equilíbrio é sempre positivo.

III - A condição de equilíbrio é alcançada quando o quociente da reação se torna igual a 1, pois o logaritmo natural de 1 é igual a 0, fazendo com que o potencial da célula se torne igual ao potencial padrão.

Considerando as assertivas, indique as proposições CORRETAS:

O agente ativo dos alvejantes de uso doméstico é o íon hipoclorito, $Cl{O}^{-}$. Nos processos de branqueamento, ocorre a seguinte reação:

$Cl{O}_{(aq)}^{-}+H_2{O}_{(l)}+2e^{-}\to C{l}_{(aq)}^{-}+2O{H}_{(aq)}^{-}$

De acordo com a teoria das reações de oxirredução, agentes oxidantes e redutores, podemos afirmar que nessa reação química, presente em nosso cotidiano:

A ferrugem é um processo de corrosão, que implica em um impacto econômico significativo. Sobre esse processo, analise as assertivas a seguir:

I. Requer tanto oxigênio quanto água e pode ser acelerado por outros fatores, tais como pH e presença de sais.

II. Envolve oxidação e redução.

III. Proteger um metal contra corrosão, tornando-o um ânodo em uma célula eletroquímica, é conhecido como proteção catódica.

Quais estão corretas?

Considerando conceitos da eletroquímica, assinale a opção correta.

Uma célula galvânica foi construída, em condições padrões, usando como eletrodos os pares redox Al³⁺/Al e Cu²⁺/Cu. Dadas as semirreações:

Al³⁺_(aq) + 3 e- → Al_(s) E^o red = -1,66 V

Cu²⁺_(aq) + 2 e- → Cu_(s) E^o red = +0,34 V

O cátodo, o ânodo e o potencial padrão da célula são, respectivamente,

Os micronutrientes desempenham um papel importante na nossa saúde. Entre eles, podemos citar o zinco e o cobre. O zinco está envolvido em uma série de processos biológicos, atuando no crescimento e desenvolvimento em crianças e adolescentes, no sistema imunológico e na cicatrização de feridas. O cobre, quando relacionado ao zinco, necessita de quantidades menores, tendo como funções a produção de colágeno, a saúde dos tecidos nervosos, a absorção de ferro, entre outras. Os dois metais, quando colocados em contato, sofrem reação de oxirredução. Considere as semi-reações e o Potencial Padrão de Redução (Eº) dos dois metais. Em seguida, assinale a alternativa CORRETA:

O composto sulfato de ferro (II) hidratado é utilizado na fabricação de produtos de borracha e como agente redutor em sistema de tratamento de água. Após fazer a análise química, foram encontrados: 20,2% de ferro; 11,5% de enxofre; 23,0% de oxigênio; e 45,3% de água de cristalização.

Dadas as massas molares (g/mol): Fe=56; S = 32; O=16; H₂O =18, calcule a fórmula química desse composto, considerando sua massa molecular de 556 g.

A imersão de um metal em soluções eletrolíticas, estabelece uma diferença de potencial entre as duas fases, a sólida e a líquida, conhecido como diferença de potencial eletrolítico. Durante a realização de um experimento, foi colocado um metal cobre (Cu) puro, em estado sólido, imerso em uma solução 0,01 M de Cu²⁺ . Sabendo-se que o potencial do eletrodo, E 0 = +0,337 V, e a equação de Nernst

O valor do potencial encontrado é de

TEXTO 1

Em uma roda de conversa em sala de aula, cujo objetivo era discutir sobre os fatores que levam à mudança da matriz energética na sociedade, surgiu a pergunta de uma estudante: “O que deve ser levado em conta no desenvolvimento de carros elétricos para substituir os carros a combustão?”. Para ajudar na resposta, a professora sugeriu a análise do gráfico de Ragone.

COUTINHO, H. V.; AZEVEDO, D.; MAIA, T. A. C. Dimensionamento e arranjo de baterias em um sistema de propulsão aeronáutica e as tendências para o futuro. Congresso Brasileiro de Automática, n. 1, 2020 (adaptado).

TEXTO 2

Este gráfico compara dois aspectos importantes: a energia específica (Wh/kg), que apresenta quanta energia pode ser armazenada por quilo de material; e a potência específica (W/kg), que está relacionada à rapidez com que essa energia pode ser fornecida. Esses dados são importantes porque, em muitas situações, precisamos armazenar energia para usá-la quando não é possível gerá-la na hora.

A fonte de energia mais eficiente para a substituição dos combustíveis convencionais para o uso veicular e a estratégia utilizada pela professora para promover a autonomia discente, respectivamente, são

Considere uma reação em que íons ferro (II) em solução são oxidados por íons cério (IV). Nessa reação, elétrons são transferidos dos íons Fe²⁺ para os íons Ce⁴⁺, com a consequente formação de íons Ce³⁺ e de íons Fe³⁺. Levando em conta as reações redox envolvidas na referida reação, assinale a opção correta.

O bafômetro é um aparelho muito utilizado, nas operações da chamada “lei seca”, para medição da concentração de álcool na corrente sanguínea, a partir da análise dos resíduos de álcool no hálito das pessoas testadas. A reação química envolvida no processo é

K₂Cr₂O_{7 (aq)} + 4 H₂SO_{4 (aq)} + 3 C₂H₅OH_(v) → 3 C₂H₄O_(g) + K₂SO_4(aq) + Cr₂(SO₄)_{3 (aq)} + 7 H₂O_(l)

Analisando a reação química utilizada nos bafômetros, é correto afirmar que o Cr₂O₇ ^2- é o agente