FQ - ELETROQUIMICA

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ELETROQUÍMICA
A eletroquímica é a área da química que estuda as reações química que envolvem energia elétrica, essas reações são conhecidas como oxirredução, reação na qual há uma transferência de elétrons. 
Num processo de oxirredução, há sempre duas semirreações acontecendo simultaneamente, as quais são: oxidação e redução.
· PILHA DE DANIEL
A pilha é uma célula eletroquímica em que ocorre uma reação espontânea, que transforma a energia envolvida nessas reações químicas em corrente elétrica, o esquema dessa pilha é dado a seguir
· A diferença de potencial de uma pilha
Em uma célula eletroquímica em condições padrões, quem define os fenômenos da oxidação e redução é o chamado potencial padrão de redução (E°), quem tem o maior potencial, tende a sofrer o fenômeno da redução, consequentemente, o menor potencial proporcionará a oxidação. A diferença desses potenciais é chamada de força eletromotriz, esta força é dada em volts (V). Esses potenciais junto aos estados de oxidação são valores tabelados, como mostra a figura a seguir.
· CÁLCULO DA DDP EM CONDIÇÕES PADRÕES:
OU
Ex: Pilha da Daniell 
· Metal de sacrifício
O metal de sacrifício consiste na utilização de qualquer metal com menor potencial de redução junto a uma estrutura submetida facilmente a oxidação. Por exemplo, o ferro é facilmente corroído por possuir um potencial de redução de – 0,44V e por isso normalmente utilizamos o zinco na superfície da liga de ferro a fim de protegê-la, pelo zinco ter potencial – 0,76V (menor do que o ferro) ele irá sofrer oxidação, isto é, se “sacrificando”.
1. (Enem 2021) 
 
2. (Enem 2021) É possível ligar aparelhos elétricos de baixa corrente utilizando materiais comuns de laboratório no lugar das tradicionais pilhas. A ilustração apresenta uma montagem que faz funcionar um cronômetro digital.
Utilizando a representação de projetos elétricos, o circuito equivalente a esse sistema é
	a)
	
	b)
	
	c)
	
	d)
	
	e)
	
 
 
3. (Enem 2021) O emprego de células de combustível a hidrogênio pode ser uma tecnologia adequada ao transporte automotivo. O quadro apresenta características de cinco tecnologias mais proeminentes de células de combustível.
	Tipo de célula de combustível
	Temperatura operacional (°C)
	Eletrólito
	Semirreações nos eletrodos
	AFC
	90 – 100
	Hidróxido de potássio aquoso
	
	MSFC
	600 – 1000
	Carbonetos de lítio, sódio e/ou potássio fundidos
	
	PEM
	60 – 100
	Ácido poliperfluorossulfônico sólido
	
	PAFC
	175 – 200
	Ácido fosfórico líquido
	
	SOFC
	600 – 1000
	Óxido de zircônio(IV) sólido
	
Testes operacionais com esses tipos de células têm indicado que as melhores alternativas para veículos são as que operam em baixos níveis de energia térmica, são formadas por membranas de eletrólitos poliméricos e ocorrem em meio ácido.
THOMAS, S; ZALBOWITZ, M. Full cells: green power. Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM. 1999 (adaptado).
A tecnologia testada mais adequada para o emprego em veículos automotivos é a célula de combustível 
a) AFC. 
b) MSFC. 
c) PEM. 
d) PAFC. 
e) SOFC. 
 
4. (Enem PPL 2021) Um produto, obtido industrialmente da eletrólise de solução aquosa de cloreto de sódio, tem sido amplamente empregado na indústria, por exemplo, na fabricação de papéis, tecidos e sabões. Normalmente, esse produto é usado na desobstrução de encanamentos e sumidouros, pois é capaz de reagir com gorduras. No entanto, a sua manipulação exige cuidados, pois é altamente corrosivo, podendo, em contato com a pele, provocar vermelhidão, irritação ou “queimaduras” de tecidos vivos. Além disso, se o frasco do produto for abandonado aberto por um longo período de tempo, ele pode absorver CO2, convertendo-se em um sal.
Esse produto industrial é o 
a) cloro molecular, 
b) ácido clorídrico, 
c) ácido sulfúrico, H2SO4. 
d) hidróxido de sódio, NaOH. 
e) carbonato de sódio, Na2CO3. 
 
5. (Enem PPL 2020) Os tanques de armazenamento de gasolina podem, com o tempo, sofrer processos oxidativos, resultando na contaminação do combustível e do solo à sua volta. Uma forma de evitar tais problemas econômicos e ambientais é utilizar preferencialmente metais de sacrifício, protegendo os tanques de armazenamento.
Suponha que seja necessário usar um metal de sacrifício em um tanque de aço (liga de ferro-carbono). Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais padrão.
	Semirreação
	
	
	– 0,44
	
	– 0,76
	
	+ 0,34
	
	– 0,25
	
	– 0,40
	
	+ 0,86
Dos metais citados, o que garantirá proteção ao tanque de aço é o 
a) zinco. 
b) cobre. 
c) níquel. 
d) cádmio. 
e) mercúrio. 
 
6. (Enem digital 2020) As pilhas recarregáveis, bastante utilizadas atualmente, são formadas por sistemas que atuam como uma célula galvânica, enquanto estão sendo descarregadas, e como célula eletrolítica, quando estão sendo recarregadas.
Uma pilha é formada pelos elementos níquel e cádmio e seu carregador deve fornecer uma diferença de potencial mínima para promover a recarga. Quanto maior a diferença de potencial gerada pelo carregador, maior será o seu custo. Considere os valores de potencial padrão de redução dessas espécies:
Teoricamente, para que um carregador seja ao mesmo tempo eficiente e tenha o menor preço, a diferença de potencial mínima, em volt, que ele deve superar é de 
a) 0,086. 
b) 0,172. 
c) 0,316. 
d) 0,632. 
e) 1,264. 
 
7. (Enem PPL 2020) 
 
8. (Enem 2019) Para realizar o desentupimento de tubulações de esgotos residenciais, é utilizada uma mistura sólida comercial que contém hidróxido de sódio e outra espécie química pulverizada. Quando é adicionada água a essa mistura, ocorre uma reação que libera gás hidrogênio e energia na forma de calor, aumentando a eficiência do processo de desentupimento. Considere os potenciais padrão de redução da água e de outras espécies em meio básico, expresso no quadro.
	Semirreação de redução
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Qual é a outra espécie que está presente na composição da mistura sólida comercial para aumentar sua eficiência? 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
9. (Enem PPL 2019) Algumas moedas utilizam cobre metálico em sua composição. Esse metal, ao ser exposto ao ar úmido, na presença de sofre oxidação formando o zinabre, um carbonato básico de fórmula que é tóxico ao homem e, portanto, caracteriza-se como um poluente do meio ambiente. Com o objetivo de reduzir a contaminação com o zinabre, diminuir o custo de fabricação e aumentar a durabilidade das moedas, é comum utilizar ligas resultantes da associação do cobre com outro elemento metálico.
A propriedade que o metal associado ao cobre deve apresentar para impedir a formação de zinabre nas moedas é, em relação ao cobre, 
a) maior caráter ácido. 
b) maior número de oxidação. 
c) menor potencial de redução. 
d) menor capacidade de reação. 
e) menor número de elétrons na camada de valência. 
 
10. (Enem 2019) Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando à produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.
No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
11. (Enem 2018) Células solares à base de sensibilizadas por corantes são promissoras e poderão vir a substituir as células de silício. Nessas células, o corante adsorvido sobre o é responsável por absorver a energia luminosa e o corante excitado é capaz de transferir elétrons para o Um esquema dessa célula e os processos envolvidos estão ilustrados na figura. A conversão de energia solar em elétrica ocorre por meio da sequência de reações apresentadas.
LONGO. C.; DE PAOLl, M. A. Dye-Sensitized Solar Cells: A Successful Combination of Materials. Journal of the Brazilian ChemiealSociety. n. 6, 2003 (adaptado).
A reação 3 é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois 
a) reduz íons a 
b) regenera o corante. 
c) garante que a reação ocorra. 
d) promove a oxidação do corante. 
e) transfere elétrons para o eletrodo de 
 
12. (Enem 2018) 
 
 
13. (Enem 2017) A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. 
Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro.
	Semirreação de redução
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul? 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
14. (Enem 2016) Texto I
Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactérias catalisam reações de oxidação de substratos orgânicos. Liberam elétrons produzidos na respiração celular para um eletrodo, onde fluem por um circuito externo até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato.
AQUINO NETO. S. Preparação e caracterização de bioanodos para biocélula e combustível etanol/ Disponível em: www.teses.usp.br. Acesso em: 23 jun. 2015 (adaptado).
Texto II
Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais:
SCOTT, K.; YU, E. H. Microbial electrochemical and fuel cells: fundamentals and applications. Woodhead Publishing Series in Energy. n. 88, 2016 (adaptado).
Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
Gabarito: 
Resposta da questão 1:
 [D]
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Física]
Como são três pilhas em série, a força eletromotriz da bateria é igual à soma das forças eletromotrizes das pilhas.
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Química]
Cálculo da ddp ou força eletromotriz de uma pilha 
A bateria é construída pela associação em série de três pilhas de lítio-iodo, por isso devemos multiplicar o valor do por três:
Faixa IV (carrinho de controle remoto): 
Resposta da questão 2:
 [B]
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Física]
Os recipientes com onde são colocadas as barras de cobre e zinco e o papel umedecido formam duas pilhas em série, que podem ser consideradas ideais, sendo o polos positivo e negativo formados pelo cobre e pelo zinco, respectivamente. Embora seja um receptor, o cronômetro pode ser representado por um resistor. O voltímetro deve ser ligado em paralelo com o circuito, resultando no esquema a seguir.
[Resposta do ponto de vista da disciplina de Química]
 
Resposta da questão 3:
 [C]
[A] Incorreto. Na célula de combustível AFC, o eletrólito não é polimérico, trata-se de uma base forte (hidróxido de potássio aquoso).
[B] Incorreto. Na célula de combustível MSFC, os eletrólitos não são poliméricos (carbonetos de lítio, sódio e/ou potássio fundidos) e não têm caráter ácido.
[C] Correto. Na célula de combustível PEM, o eletrólito tem caráter ácido e é polimérico (ácido poliperfluorossulfônico sólido), o intervalo de temperatura é baixo (60 °C – 100 °C).
 
[D] Incorreto. Na célula de combustível PAFC, o eletrólito é ácido (ácido fosfórico líquido), porém não é polimérico.
[E] Incorreto. Na célula de combustível SOFC, o eletrólito não é polimérico (óxido de zircônio(IV) sólido) e o intervalo de temperatura é muito elevado (600° – 1000°C). 
Resposta da questão 4:
 [D]
Eletrólise (simplificada) em solução aquosa de cloreto de sódio 
Conclusão: o produto industrial é o hidróxido de sódio, NaOH. 
Resposta da questão 5:
 [A]
Ordem crescente dos potenciais de redução listados na tabela:
Quanto menor o potencial de redução ou maior do potencial de oxidação, mais apropriado será o eletrodo de sacrifício quando comparado ao sistema a ser protegido. Neste caso o zinco apresenta estas características. 
Resposta da questão 6:
 [B]
De acordo com o texto do enunciado, quanto maior a diferença de potencial gerada pelo carregador, maior será o seu custo.
A diferença de potencial mínima, em volt, a ser superada é de 
Resposta da questão 7:
 [D]
O cloreto de sódio dissociado ionicamente nas gotículas de água (maresia) torna a água mais condutora, favorecendo a oxidação do ferro presente no aço. 
Resposta da questão 8:
 [A]
Para que ocorra a liberação de gás hidrogênio a água deve sofrer redução (recebimento de elétrons): 
A espécie presente na composição da mistura sólida comercial deve fornecer elétrons para a água, ou seja, deve apresentar o maior potencial de oxidação (perda de elétrons) e isto ocorre com o alumínio: 
Resposta da questão 9:
 [C]
O metal associado ao cobre deve apresentar menor potencial de redução ou maior potencial de oxidação do que ele, ou seja, este metal deve “perder” elétrons com maior facilidade do que o cobre. 
Resposta da questão 10:
 [E]
De acordo com a figura fornecida no enunciado, os íons atravessam a membrana separadora e ocorrem reações paralelas.
Reações paralelas:
No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é 
Resposta da questão 11:
 [B]
Conclusão: a reação é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois regenera o corante adsorvido sobre o . 
Resposta da questão 12:
 [D]
O cátodo deve apresentar o maior potencial de redução.
Como a barra de ferro (menor potencial de redução) foi, aparentemente, corroída pelo ácido conclui-se que esta atuou como ânodo e que o tubo de cobre atuou como cátodo. 
Resposta da questão 13:
 [C]
Considerando as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro deve-se procurar a maior diferença de potencial.
	Semirreação de redução
	
	
	
	
	
 (inverte)
Pilha 1:
Agora, considerando as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro deve-se procurar a menor diferença de potencial.
	Semirreação de redução
	
	
	
	
	
 (inverte)
Pilha 2:
Na associação em série teremos:
Então, vem:
Ou seja,
 
Resposta da questão 14:
 [B]
 (inverter)
 (manter e multiplicar por 
 
(S)
2
TiO
(hv),
(S*)
2
TiO.
22
22
223
3
TiO|ShvTiO|S*(1)
TiO|S*TiO|Se(2)
31
TiO|SITiO|SI(3)
22
13
IeI(4)
22
+-
+--
---
+®
®+
+®+
+®
I
-
3
I.
-
4
2
TiO.
0
E(V)
43
(aq)(aq)
CeeCe
+-+
+®
1,61
+
23
27(aq)(aq)(aq)2()
CrO14H6e2Cr7HO
-+-+
++®+
l
1,33
+
2
(aq)(s)
Ni2eNi
+-
+®
0,25
-
2
(aq)(s)
Zn2eZn
+-
+®
0,76
-
2
O.
(E')
°
232
22
2CO7H8eCHCOO2HOE'0,3V
O4H4e2HOE'0,8V
+--
+-
++®+°=-
++®°=+
4,4V?
3
4
6
9
15
(
)
(
)
ILi
00
U3EE30,543,05 U10,77V
éù
=-=--Þ=
ëû
(
)
E:
Δ
(
)
Redução
o
2
Redução
o
maiormenor
I2e2IE0,54V(maiorvalor)
LieLiE3,05V(menorvalor)
EEE
E0,54V3,05V
E3,59V
Δ
Δ
Δ
--
+-
+¾¾¾¾¾®=+
+¾¾¾¾¾®=-
=-
=+--
=+
E
Δ
22
22
H2OH2HO2e
1
OHO2e2OH
2
--
--
+®+
++®
(
)
final
final
E33,59V
E10,77V
Δ
Δ
=´+
=
10,50V10,77V10,90V.
<<
4(aq)
CuSO
+
¾¾¾¾¾®
Oxidação
2
H2H
-
+
2e
+
+
2
1
O2H
2
-
+
2e
¾¾¾¾¾®
+¾¾¾¾®
Redução
2
Global
222
HO
1
HOHO(reaçãodacélula)
2
(
)
NaC:
l
(aq)
2()(aq)(aq)
(s)(aq)(aq)
Ânodo(oxidação)
(aq)2(g)
Cátodo(redução)
(aq)2(g)
Global
(s)2()(aq)(aq)
2NaOH
2HO2H2OH
2NaC2Na2C
2CC2e
2H + 2eH
2NaC2HO2Na2OHH
+-
+-
--
+-
+-
®+
®+
¾¾¾¾¾¾¾¾®+
¾¾¾¾¾¾¾¾®
+¾¾¾¾®++
l
l
ll
ll
l
14444244443
2(g)2(g)
C
+
l
-<-<-<-<+<+
ZincoFerroCádmioNíquelCobreMercúrio
0,76V0,44V0,40V0,25V0,34V0,86V
142431424314243142431424314243
(
)
+-
+-
+=-
+=-
->-
=-
=---
=+
€
€
2
(aq)(s)
2
(aq)(s)
maiormenorNi2eNiEº0,230V
Cd2eCdEº0,402V
0,230V0,402V
EEE
E0,230V0,402V
E0,172V
Δ
Δ
Δ
0,172V.
+
2
2322
2
223
HCOHOCO2e
1
OCO2eCO
2
--
--
+®++
++®
+-
¾¾¾®+
água
íons
NaCNaC
ll
1442443
2
(H)
Redução
22
2HO()2eH(g)2OH(aq).
--
+¾¾¾¾¾®+
l
oxidação
4oxidação
A(s)4OH(aq)A(OH)(aq)3e;E2,33V.
---
+¾¾¾¾¾®+=+
ll
-
OH
OxidaçãoÂnodo
2
(s)(aq)
ReduçãoCátodo
2(g)2()(aq)
Global
(s)2(g)2()2(aq)
2Zn2Zn4e
O2HO4e4OH
2ZnO2HO2Zn(OH)
-
+-
-
--
¾¾¾¾¾¾¾¾®+
++¾¾¾¾¾¾¾¾®
++¾¾¾¾®
l
l
(s)2()2(aq)2(g)
2
2(aq)(aq)4(aq)
Zn2HOZn(OH)H
Zn(OH)2OHZn(OH)
--
+®+
+®
l
-
2
4(aq)
Zn(OH).
(
)
(
)
2
2
22
Corante
adsorvido
sobreoTiO
22
223
Corante
adsorvido
sobreoTiO
(regenerado)
3
(1)TiO|ShvTiO|S*
(2)TiO|S*TiO|Seoxidação
31
(3)TiO|SITiO|SI
22
13
(4)IeIredução
22
+-
+--
---
+®
®+
+®+
+®
14243
14243
3
2
22
H2H2e
1
O2H2eHO
2
+-
+-
®+
++®
2
TiO
22
redred
red22red
22
redred
Eº(Fe|Fe)0,44VFe2eFeE0,44V
Eº(H|H)0,00V2H2eHE0,00V
Eº(Cu|Cu)0,34VCu2eCuE0,34V
0,34V0,00V0,44V
++-
++-
++-
üì
=-+®=-
ïï
ïï
=Þ+®=
ýí
ïï
=++®=+
ïï
þî
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(H),
+
0,76
-
maiormenor
EEE
E1,61(0,76)2,37V
D=-
D=+--=+
23
27(aq)(aq)(aq)2()
CrO14H6e2Cr7HO
-+-+
++®+
l
1,33
+
2
C.
l
maiormenor
EEE
E1,33(0,25)1,58V
D=-
D=+--=+
emsérie
E2,37V1,58V3,95V
3,95V3,60V(OLEDacende).
D=++=
>
232
2CO7H8eCHCOO2HOE'0,3V
+--
++®+°=-
22
O4H4e2HOE'0,8V
+-
++®°=+
2)
32
0,8V0,3V
CHCOO2HO
-
+>-
+
2
2CO7H
+
®+
8e
-
+
2
2O8
+
H8e
+-
+
4
®
2
Global
3222
maiormenor
total
(2)HO
CHCOO2O2CO2HO
EEE0,8(0,3)1,1V
E4,4V
1,1n4,4
n4
-
+¾¾¾¾®+
D=-=--=
D=
´=
=
HC.
l
Eº(V)
2
Fe2eFe
+-
+®
2
Zn2eZn
+-
+®
2
Cu2eCu
+-
+®
2
Ni2eNi
+-
+®
2
Cd2eCd
+-
+®
2
Hg2eHg
+-
+®
2
(aq)(s)
2
(aq)(s)
Ni2eNiEº0,230V
Cd2eCdEº0,402V
+-
+-
+=-
+=-
€
€
(NaOH)
(E)
°
E(V)
°
22
2HO2eH2OH
--
+®+
0,83
-
2
Co(OH)2eCo2OH
--
+®+
0,73
-
2
Cu(OH)2eCu2OH
--
+®+
0,22
-
2
PbOHO2ePb2OH
--
++®+
0,58
-
4
A(OH)3eA4OH
---
+®+
ll
2,33
-
2
Fe(OH)2eFe2OH
--
+®+
0,88
-
A
l
Co
2
Cu(OH)
2
Fe(OH)
Pb
2
CO,
223
Cu(OH)CO,
2(g)
H
2(g)
O
2()
HO
l
(aq)
OH
-
2
4(aq)
Zn(OH)
-
2
TiO