QUÍMICA – PROFESSOR : FÁBIO OISIOVICI

Eletroquímica

ENEM: Transformações químicas

e energia elétrica. Reação de

oxirredução. Potenciais padrão

de redução. Pilha.Eletrólise. Leis

de Faraday

* Reações de Oxirredução :

características

* Reações de oxirredução

espontâneas e não espontâneas

* Pilha

* Eletrólise

* Corrosão : metal de sacrifício

01. As pilhas de marca-passo precisam ser pequenas, confiáveis e duráveis, evitando algumas cirurgias para sua troca. Como não formam gases, elas podem

ser hermeticamente fechadas. Sua duração é de aproximadamente 10 anos. Essas pilhas são formadas por lítio metálico(Li) e iodo (I2). Assinale a alternativa que mostra as semirreações que ocorrem corretamente para formar o produto LiI.

a)

2

cátodo : 2Liº 2Li 2e ;

ânodo : I 2e 2I .

b)

2

cátodo : 2Liº 2e 2Li ;

ânodo : I 2I 2e .

c)

2

ânodo : 2Liº 2Li 2e ;

cátodo : I 2e 2I .

d)

2

ânodo : 2Liº 2e 2Li ;

cátodo : I 2I 2e .

02. 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 Alumín

io:

3A (aq) 3 e A l l

redE 1,66V

Cobre: 2Cu (aq) 2 e Cu

redE 0,34V

Considerando todos os materiais necessários para a montagem de uma pilha de alumínio e cobre, nas condições-padrão (25 C e 1atm) 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: a) 2,10 V e o cobre.

b) 2,00 V e o alumínio.

c) 1,34 V e o cobre.

d) 1,32 V e o alumínio.

e) 1,00 V e o cobre.

03. Em instalações industriais sujeitas à corrosão, é muito comum a utilização de um metal de sacrifício, o qual sofre oxidação mais facilmente que o metal principal que compõe essa instalação, diminuindo, portanto eventuais desgastes dessa estrutura. Quando o metal de sacrifício encontra-se deteriorado, é providenciada sua troca, garantindo-se a eficácia do processo denominado proteção catódica.

Considerando uma estrutura formada predominantemente por ferro e analisando a tabela abaixo que indica os potenciais-padrão de redução red(E ) de alguns

outros metais, ao ser eleito um metal de sacrifício, a melhor escolha seria

Metal Equação da semirreação

Potenciais-padrão

de

redução

red(E )

Magnésio

2(aq) (s)Mg 2e Mg ƒ

2,38 V

Zinco 2(aq) (s)Zn 2e Zn ƒ

0,76 V

Ferro 2(aq) (s)Fe 2e Fe ƒ

0,44 V

Chumbo

2(aq) (s)Pb 2e Pb ƒ

0,13 V

Cobre 2(aq) (s)Cu 2e Cu ƒ

0,34 V

Prata (aq) (s)Ag e Ag ƒ

0,80 V

a) o magnésio. b) o cobre. c) o ferro. d) o chumbo. e) a prata.

04. A Organização das Nações Unidas (ONU) declarou 2013 como o “Ano Internacional da Cooperação pela Água” com a finalidade de uma reflexão mundial sobre os desafios da gestão, acesso, distribuição e serviços relacionados a este recurso cada vez mais escasso no

planeta. Entres os grandes exploradores de fontes aquáticas estão as indústrias têxteis. Estas requerem grandes quantidades de água, corantes, entre outros produtos. O processamento têxtil é um grande gerador de dejetos poluidores de recursos hídricos. Urna técnica promissora para a minimização desse problema é a eletrofloculação, que tem se mostrado eficiente tanto no processo de reciclagem da água quanto do corante. A Fig. 1 mostra uma representação esquemática de um dispositivo de eletrofloculação .

Qual das alternativas abaixo apresenta equações químicas que representam graficamente semirreações químicas que ocorrem no processo de eletrofloculação? a)

32 2A A 3e e 2H O 2e H (g) 2OH ol l

b)

32 2A A 3e e H (g) 2OH 2H O 2e ol l

c)

32 2(g)A 3e A e 2H O 2e H 2OH ol l

d)

32 2 2A A 3e e H O H (g) O (g) ol l

e)

32 2 2A A 3e e H (g) O (g) H O ol l

05. Algumas peças de motocicletas, bicicletas e automóveis são cromadas. Uma peça automotiva recebeu um “banho de cromo”, cujo processo denominado cromagem consiste na deposição de uma camada de cromo metálico sobre a superfície da peça. Sabe-se que a cuba eletrolítica empregada nesse processo (conforme a figura abaixo), é composta pela peça automotiva ligada ao cátodo (polo negativo), um eletrodo inerte ligado ao ânodo e uma solução aquosa de 11mol L de

3CrCl .

Supondo que a solução esteja completamente dissociada e que o processo eletrolítico durou 96,5

min sob uma corrente de 2 A, a massa de cromo depositada nessa peça foi de Dados: massas atômicas Cr = 52 u e

C 35,5 u.l

1 Faraday = 96500 C/mol de e- a) 0,19 g b) 0,45 g c) 1,00 g d) 2,08 g e) 5,40 g 06. O cromo é usado na galvanoplastia revestindo estruturas metálicas pelo processo de eletrodeposição. 867 mg de cromo metálico foram

depositados sobre um metal em solução ácida que contém óxido de cromo VI sob corrente de 5 A.

3(aq) (aq) (s) 2CrO 6 H 6 e Cr 3 H O

Assinale a alternativa que contém o tempo necessário para a realização desse processo. Dados: 1F 96.500 C; Cr : 52 g mol; O:16 g mol.

a) 16 minutos e 44 segundos. b) 19 minutos e 30 segundos. c) 5 minutos e 22 segundos. d) 32 minutos e 10 segundos. 07. Centenas de milhares de toneladas de magnésio metálico são produzidas anualmente, em grande parte para a fabricação de

ligas leves. De fato, a maior parte do alumínio utilizado hoje em dia contém 5% em massa de magnésio para melhorar suas propriedades mecânicas e torná-lo mais resistente à corrosão. É interessante observar que os minerais que contêm magnésio não são as principais fontes desse elemento. A maior parte do magnésio é obtida a partir da água do mar, na qual os íons 2Mg

estão presentes em uma concentração de 0,05 mol / L. Para

obter o magnésio metálico, os íons 2Mg da água do mar são

inicialmente precipitados sob a forma de hidróxido de magnésio, com uma solução de hidróxido de cálcio. O hidróxido de magnésio é removido desse meio por filtração, sendo finalmente tratado com excesso de uma solução de ácido clorídrico. Após a evaporação do solvente, o sal anidro obtido é fundido e submetido ao processo de eletrólise ígnea. Considerando as informações do texto acima, assinale a alternativa correta. a) A filtração é um processo físico

que serve para separar misturas homogêneas de um sólido disperso em um líquido ou em um gás.

b) A massa de 2Mg presente em 500 mL de água do mar é de 2,025 g.

c) A eletrólise ígnea do sal anidro produz, além do magnésio metálico, um gás extremamente tóxico e de odor irritante.

d) O hidróxido de magnésio é uma monobase fraca, muito solúvel em água.

e) O processo de eletrólise é um fenômeno físico, em que um ou mais elementos sofrem variações nos seus números de oxidação no transcorrer de uma reação química.

08.. Em embarcações pequenas com casco de aço, é comum e vantajoso evitar a corrosão pelo método da proteção catódica. Esse método consiste no emprego de placas de metais ou ligas metálicas, as quais, ao serem conectadas eletricamente ao casco, são capazes de gerar uma diferença de potencial suficiente para manterem o metal do casco reduzido. No aço, o principal processo de oxidação pode ser representado por:

2(s) (aq)Fe Fe 2 e Eº 0,44 V €

Considerando as informações, a equação associada a um processo adequado de proteção catódica de um casco de aço é:

a) (aq) 2(g)2H 2 e H Eº 0,00 V €

b)

2(aq) (s)Cu 2 e Cuº Eº 0,34 V €

c)

3(s) (aq)A º A 3 e Eº 1,66 V l € l

d)

(aq) 2(g)2 C C 2 e Eº 1,36 V l € l

e) (s) (aq)Agº Ag e Eº 0,80 V €

09. O quadro abaixo relaciona algumas semirreações e seus respectivos potenciais padrão de redução, em solução aquosa.

3 2 2O 2H 2e O H O €

red 2,07 Vε

2 2 2H O 2H 2e 2H O €

red 1,77 Vε

2 21HC O H e C H O2

l € l

red 1,63 Vε

2

4 2MnO 8H 5e Mn 4H O €

red 1,51Vε

A partir desses dados, é correto afirmar que a) uma solução aquosa de HC Ol

poderá oxidar os íons 2Mn . b) uma solução aquosa de 2 2H O é

um forte agente redutor. c) o ozônio tem uma forte

tendência a ceder elétrons em solução aquosa.

d) a adição de 2 2H O a uma solução

aquosa, contendo oxigênio dissolvido, promove a formação de ozônio gasoso.

e) o permanganato, entre as substâncias relacionadas no quadro, é o mais poderoso agente oxidante.

10.(ENEM) O alumínio é um metal bastante versátil, pois, a partir dele, podem-se confeccionar materiais amplamente utilizados pela sociedade. A obtenção do alumínio ocorre a partir da bauxita, que é purificada e dissolvida em criolita fundida

3 6(Na A F )l e eletrolisada a cerca de

1.000 C. Há liberação do gás

dióxido de carbono 2(CO ),

formado a partir da reação de um dos produtos da eletrólise com o material presente nos eletrodos. O ânodo é formado por barras de grafita submergidas na mistura fundida. O cátodo é uma caixa de ferro coberta de grafita. A reação global do processo é:

2 3 22 A O ( ) 3C(s) 4 A ( ) 3 CO (g) l l l l

Na etapa de obtenção do alumínio líquido, as reações que ocorrem no cátodo e ânodo são: a) 3cátodo : A 3e A l l

22

2 2

2 O O 4eânodo

C O CO

b) 2

2

2 2

2 O O 4ecátodo

C O CO

3ânodo : A 3e A l l

c)

3

22

A 3e Acátodo

2 O O 4e

l l

2 2ânodo : C O CO

d) 3

2 2

A 3e Acátodo

C O CO

l l

22ânodo : 2O O 4e

e) 22cátodo : 2 O O 4e

3

2 2

A 3e Aânodo

C O CO

l l

11. (Enem) O Instituto Luiz Coimbra (UFRJ) lançou o primeiro ônibus urbano movido a hidrogênio do Hemisfério Sul, com tecnologia inteiramente nacional. Sua tração provém de três fontes de energia, sendo uma delas a pilha de combustível, na qual o hidrogênio, gerado por um processo eletroquímico, reage com o oxigênio do ar, formando água. A transformação de energia que ocorre na pilha de combustível responsável pelo movimento do ônibus decorre da energia cinética oriunda do(a) a) calor absorvido na produção de

água. b) expansão gasosa causada pela

produção de água. c) calor liberado pela reação entre

o hidrogênio e o oxigênio. d) contração gasosa causada pela

reação entre o hidrogênio e o oxigênio.

e) eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio.

12. (ENEM) A grafita é uma variedade alotrópica do carbono. Trata-se de um sólido preto, macio e escorregadio, que apresenta brilho característico e boa condutibilidade elétrica. Considerando essas propriedades,

a grafita tem potência de aplicabilidade em: a) Lubrificantes, condutores de

eletricidade e cátodos de baterias alcalinas.

b) Ferramentas para riscar ou cortar materiais, lubrificantes e condutores de eletricidade.

c) Ferramentas para amolar ou polir materiais, brocas odontológicas e condutores de eletricidade.

d) Lubrificantes, brocas odontológicas, condutores de eletricidade, captadores de radicais livres e cátodo de baterias alcalinas.

e) Ferramentas para riscar ou cortar materiais, nanoestruturas capazes de transportar drogas com efeito radioterápico.

13. (ENEM) A calda bordalesa é uma alternativa empregada no combate a doenças que afetam folhas de plantas. Sua produção consiste na mistura de uma solução aquosa de sulfato de cobre(II), 4CuSO , com óxido de

cálcio, CaO, e sua aplicação só deve ser realizada se estiver levemente básica. A avaliação rudimentar da basicidade dessa solução é realizada pela adição de três gotas sobre uma faca de ferro limpa. Após três minutos, caso surja uma mancha avermelhada no local da aplicação, afirma-se que a calda

bordalesa ainda não está com a basicidade necessária. O quadro apresenta os valores de potenciais padrão de redução 0(E )

para algumas semirreações de redução.

Semirreação de redução 0E (V)

2Ca 2 e Ca 2,87

3Fe 3 e Fe 0,04

2Cu 2 e Cu 0,34

Cu e Cu 0,52

3 2Fe e Fe 0,77

A equação química que representa a reação de formação da mancha avermelhada é:

a) 2 2(aq) (aq) (s) (aq)Ca 2 Cu Ca 2 Cu .

b) 2 2 3(aq) (aq) (s) (aq)Ca 2 Fe Ca 2 Fe .

c) 2 2 3(aq) (aq) (s) (aq)Cu 2 Fe Cu 2 Fe .

d) 2 3(aq) (s) (s) (aq)3 Ca 2 Fe 3 Ca 2 Fe .

e) 2 3(aq) (s) (s) (aq)3 Cu 2 Fe 3 Cu 2 Fe .

14. (ENEM) A revelação das chapas de raios X gera uma solução que contém íons prata na

forma de 32 3 2Ag(S O ) . Para evitar

a descarga desse metal no ambiente, a recuperação de prata metálica pode ser feita tratando eletroquimicamente essa solução com uma espécie adequada. O quadro apresenta semirreações de redução de alguns íons metálicos.

Semirreação de redução 0E (V)

3 22 3 2 2 3Ag(S O ) (aq) e Ag(s) 2S O (aq) €

0,02

2Cu (aq) 2e Cu(s) € 0,34

2Pt (aq) 2e Pt(s) € 1,20

3A (aq) 3e A (s) l € l 1,66

2Sn (aq) 2e Sn(s) € 0,14

2Zn (aq) 2e Zn(s) € 0,76

Das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é a) Cu(s).

b) Pt(s).

c) 3A (aq).l

d) Sn(s).

e) 2Zn (aq).

15. (ENEM) Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande.

Na outra face do dispositivo o filme de polipirrol sofre redução, expulsando ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na figura.

A camada central de eletrólito polimérico é importante porque a) absorve a irradiação de

partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de polipirrol.

b) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico.

c) mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de polipirrol.

d) permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de

potencial, gerando corrente elétrica.

e) promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial.

16. (ENEM) Eu também podia decompor a água, se fosse salgada ou acidulada, usando a pilha de Daniell como fonte de força. Lembro o prazer extraordinário que sentia ao decompor um pouco de água em uma taça para ovos quentes, vendo-a separar-se em seus elementos, o oxigênio em um eletrodo, o hidrogênio no outro. A eletricidade de uma pilha de 1 volt parecia tão fraca, e, no entanto podia ser suficiente para desfazer um composto químico, a água… O fragmento do romance de Oliver Sacks relata a separação dos elementos que compõem a água. O princípio do método apresentado é utilizado industrialmente na a) obtenção de ouro a partir de

pepitas. b) obtenção de calcário a partir

de rochas. c) obtenção de alumínio a partir

da bauxita. d) obtenção de ferro a partir de

seus óxidos. e) obtenção de amônia a partir de

hidrogênio e nitrogênio.

17. (ENEM) O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma “lenda urbana”, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais:

Semirreação Potencial Padrão de

Redução (V) –Li e Li –3,05 –K e K –2,93

2 –Mg 2 e Mg –2,36 3 –A 3 e A l l –1,66 2 –Zn 2 e Zn –0,76 2 –Cu 2 e Cu +0,34

Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem?

a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução.

b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução.

c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio.

d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio.

e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio.

18. (ENEM)

Gabarito

1-C

2-B

3-A

4-A

5-D

6-D

7-C

8-C

9-A

10-A

11-E

12-A

13-E

14-D

15-B

16-C

17-E

18-E