Quimica Feltre - Vol 2-373-375

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359Capítulo 9 • ELETROQUÍMICA — ELETRÓLISE
Exercício resolvido
A estequiometria das pilhas elétricas
40 (EEM-SP) Um rádio de pilha ficou ligado durante a partida de um jogo de futebol. Nesse período sua cápsula de zinco
sofreu um desgaste de 0,3275 g, tendo originado uma corrente de 0,3216 A. Qual foi a duração da narração do jogo,
em minutos? (Dados: massa atômica do Zn % 65,5; 1 F % 96.500 C.)
Resolução
Não há nenhuma diferença entre a estequiometria das pilhas elétricas e a estequiometria dos processos eletrolíticos,
uma vez que as duas se baseiam no mesmo princípio, que são as reações de oxi-redução. Sendo assim, teremos:
• Cálculo da quantidade de eletricidade gerada pela pilha:
• Cálculo do tempo de funcionamento da pilha (isto é, a duração do jogo):
Q % i " ∆t ⇒ 965 % 0,3216 " ∆t ⇒ t % 3.000 s ou t % 50 min
Zn Zn2" " 2e#
65,5 g 2 " 96.500 C
0,3275 g Q
Q % 965 C
41 (Cesgranrio-RJ) A reação que ocorre no anodo da bateria do automóvel é representada pela equação:
Pb (s) " HSO4
# (s) PbSO4
# (s) " H" " 2e#
Ou seja:
Pb Pb2" " 2e#
Verifica-se que 0,207 g de chumbo no anodo é convertido em PbSO4, quando a bateria é ligada por 1 s. Qual a corrente
fornecida pela bateria?
a) 48,3 A b) 193 A c) 193.000 A d) 96,5 A e) 96.500 A
42 (Fatec-SP) A reação que ocorre no catodo de uma pilha seca (pilha de lanterna) é:
2 MnO2 (s) " 2 NH4
" (aq) " 2e# 2 MnO(OH) (s) " 2 NH3 (aq)
Se um catodo contiver 4,35 g de MnO2 e a pilha fornecer uma corrente de 2 mA, durante quanto tempo ela funcionará até
que se esgotem seus reativos? (Dados: massa molar do MnO2 % 87 g/mol; 1 F % 96.500 C; 1 A % 10
3 mA)
43 (UFMG) O alumínio é o segundo metal mais utilizado no
mundo. Sua resistência à corrosão é devida à camada
aderente e impermeável de óxido que se forma sobre a
superfície do metal. Essa camada protetora pode ser tor-
nada mais espessa através de um processo denominado
anodização (figura abaixo). Nesse processo, oxigênio é
gerado por eletrólise, segundo a semi-reação:
H2O (l)
1
2
O2 (g) " 2e
# " 2 H" (aq)
O oxigênio reage, em seguida, com o alumínio, forman-
do o óxido correspondente.
Com referência ao exposto, qual a afirmativa falsa?
a) A anodização aumenta a resistência do alumínio à
corrosão.
b) O fluxo de elétrons, pelo circuito externo, ocorre na
direção do objeto de alumínio.
Hidrogênio
Grafite
Ácido
sulfúrico
diluído
Objeto de
alumínio
Oxigênio
c) O objeto de alumínio constitui o anodo da célula eletro-
química.
d) O processo de anodização consome energia elétrica.
44 (Vunesp) Um químico quer extrair todo o ouro contido em
68,50 g de cloreto de ouro (III) di-hidratado, AuCl3 " 2 H2O,
através da eletrólise de solução aquosa do sal. Identifique
a massa de ouro obtida, após redução de todo o metal
(Dados: massas molares: AuCl3 " 2 H2O % 342,5 g/mol;
Au % 200,0 g/mol).
a) 34,25 g c) 44,70 g e) 100,0 g
b) 40,00 g d) 68,50 g
45 (Uespi) Na eletrólise de um certo composto de alumínio
(AlXn), as reações nos eletrodos foram:
Cátodo: Al3" " ne# Al0
Ânodo: X# e# " X0
Eletrolisando-se uma certa massa de AlXn , encontraram-
se no cátodo 5,4 gramas de alumínio e no ânodo 0,6 mol
do elemento X (dado: massa atômica do Al % 27).
Qual deve ser o valor de n?
a) 1 b) 3 c) 2 d) 4 e) 5
46 (PUC-SP) Passando-se 2,4 " 1020 elétrons através da célu-
la eletrolítica contendo sal cúprico, a massa do metal li-
berada será, aproximadamente, igual a:
a) 6,3 mg c) 25,4 mg e) 63,5 mg
b) 12,7 mg d) 31,7 mg
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Capitulo 09B-QF2-PNLEM 4/6/05, 19:02359
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47 (EEM-SP) Numa solução aquosa de Me (NO3)3 circula,
durante 30 min, uma corrente de 1,072 A, depositando
1,400 g do metal. Qual a massa atômica desse metal?
(Dados: 1 faraday % 96.500 C)
48 (Univali-SC) Em um processo eletrolítico, 10 pilhas são
necessárias para depositar 0,025 mol de cobre metáli-
co, a partir de uma solução de Cu"2. Qual é o número
de mols de elétrons que uma pilha é capaz de fornecer
antes de se esgotar?
a) 5,0 " 10#2
b) 2,5 " 10#2
c) 5,0 " 10#3
d) 2,5 " 10#4
e) 5,0 " 10#4
49 (Uerj) As novas moedas de centavos, que começaram a
circular no mercado, apresentam uma tonalidade
avermelhada obtida por eletrodeposição de cobre a par-
tir de uma solução de sulfato de cobre II.
Para recobrir um certo número de moedas, foi efetuada
a eletrólise, com uma corrente elétrica de 5 ampères, em
1 L de solução 0,10 mol " L#1 em CuSO4, totalmente
dissociado.
a) Escreva a equação química que representa a dissociação
do sulfato de cobre II e calcule a concentração dos íons
sulfato, em mol " L#1, na solução inicial.
b) Determine o tempo necessário para a deposição de
todo o cobre existente na solução, considerando
1 F % 96.500 C.
50 (UFMS) Uma corrente de 0,0965 A é passada através
de 50 mL de solução aquosa de NaCl 0,1 mol/L du-
rante 1.000 segundos. É garantida, no cátodo, somen-
te a redução de H2O (l) a H2 (g) e, no ânodo, somente
a oxidação de Cl# (aq) a Cl2 (g). Determine a concen-
tração média de OH# (aq) na solução final, sabendo-se
que 1 F % 96.500 C % carga de 1 mol de elétrons. Para
efeito de resposta, multiplique o resultado encontrado
por 1.000.
51 (EEM-SP) Uma corrente elétrica de intensidade constan-
te circula por duas cubas eletrolíticas contendo: solução
de cloreto cuproso em uma; e cloreto cúprico na outra.
Após certo tempo, interrompe-se a corrente. Justifique
em qual das cubas foi obtida maior massa de cobre me-
tálico (Dado: massa atômica do Cu % 63,4).
52 (Mackenzie-SP) Uma indústria que obtém o alumínio por
eletrólise ígnea do óxido de alumínio utiliza 150 cubas
por onde circula uma corrente de 965 A em cada uma.
Após 30 dias, funcionando ininterruptamente, qual, apro-
ximadamente, a massa de alumínio obtida?
(Dado: massa molar do Al % 27 g/mol)
a) 35,0 toneladas.
b) 1,2 tonelada.
c) 14,0 toneladas.
d) 6,0 toneladas.
e) 25,0 toneladas.
53 (UFPE) As pilhas de níquel-cádmio, que viabilizaram o
uso de telefones celulares e computadores portáteis, são
baseadas na seguinte reação:
Cd (s) " NiO2 (s) " H2O (l) Cd(OH)2 (s) " Ni(OH)2 (s)
Considerando esse processo, quantos mols de elétrons
são produzidos por mol de cádmio consumido?
a) 0,5 c) 2 e) 4
b) 1 d) 3
LEITURA
Os quatro elementos químicos mais abundan-
tes na crosta terrestre são: o oxigênio (46,45% em
massa), o silício (27,96%), o alumínio (8,28%) e o
ferro (5,63%). O alumínio é o mais abundante den-
tre os metais, superando inclusive o ferro. No en-
tanto o ferro vem sendo produzido pela humani-
dade desde os primórdios da civilização, enquanto
o alumínio foi obtido, pela primeira vez, somente
em 1825 — e continuou sendo um metal raro por
mais de 60 anos. De fato, 1 kg de alumínio custava
US$ 1.200,00, em 1852, tendo sido exposto como
metal raro na Exposição Internacional de Paris de
1855 e usado em talheres finos, ao lado do ouro,
nos banquetes de Napoleão III.
Atualmente, o alumínio custa aproximada-
mente US$ 1,50 o quilo e dele são produzidos mi-
lhares de toneladas, anualmente, no mundo todo.
Devido às suas excelentes propriedades (baixa den-
sidade, brilho acentuado, resistência à corrosão,
boa condutividade térmica e elétrica, etc.), o alu-
A HISTÓRIA DO ALUMÍNIO
mínio é largamente empregado — em utensílios
domésticos, na construção civil, na fabricação de
bicicletas, automóveis e aviões, na fabricação de
latas de refrigerantes e cervejas, como condutor
de eletricidade, como papel de alumínio para em-
balagens de alimentos, etc. As ligas do alumínio
com outros metais (como Mg, Cu, Mn, etc.) são
também muito utilizadas, reunindo-se assim a bai-
xa densidade do alumínio com a maior resistência
dos outros metais.
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361Capítulo 9 • ELETROQUÍMICA — ELETRÓLISE
A solução para uma obtenção mais econômica
do alumínio somente foi encontrada em 1886 pelo
químico norte-americano Charles Hall e pelo quí-
mico francês Paul Héroult (ambos tinham apenas
22 anos de idade, naquela ocasião, e trabalharam
de modo totalmente independente).
O ponto de partida foi o minério de alumínio
chamado bauxita (Al2O3 " x H2O), muito abundan-
te em várias regiões do mundo (no Brasil, a bauxita
é encontrada nos estados do Pará, Amapá, Ama-
zonas e Minas Gerais). Tanto Hall como Héroult
partiram da idéia de retirar o alumínio desse mi-
nério, por processos eletroquímicos. Em solução
aquosa essa extração não é possível, pois o H" da
água seria eletrolisado antes do íon Al3". A única
saída, portanto, era a eletrólise ígnea. No entanto
o Al2O3 só se funde em temperaturas muito altas
(2.015 °C), o que torna o processo inviável eco-
nomicamente. A questão foi solucionada com a
eletrólise ígnea de uma mistura com 10% de Al2O3
e 90% de criolita (3 NaF " AlF3 ou Na3AlF6), que
se funde por volta de 700 °C. É o que é feito até
hoje, em fornos apropriados, como mostramos na
página 351. Charles Hall foi quem mais enrique-
ceu com o processo, fundando uma empresa de
produção de alumínio, que deu origem à Alcoa
(Aluminum Company of America), existente até
hoje. Desse modo, o alumínio — uma raridade,
no século XIX — passou a ser um dos metais mais
empregados no século XX.
O grande problema na produção do alumínio
reside no elevado consumo de energia elétrica du-
rante a eletrólise. Vejamos alguns exemplos: a pro-
dução de 1 kg de alumínio consome 15 vezes mais
energia que a de 1 kg de aço; o consumo mensal
de energia elétrica de uma residência de tamanho
médio seria suficiente para produzir apenas 4 ou 5 kg
de alumínio; cerca de 5% de toda a energia elétri-
ca produzida nos Estados Unidos são usados na pro-
dução do alumínio; e assim por diante. É interes-
sante lembrar que, no século XIX, a produção
eletrolítica do alumínio somente deslanchou depois
da invenção do dínamo elétrico, por Siemens, em
1870 (esse é um exemplo claro da interdependência
que existe entre os vários ramos da ciência e da
tecnologia — nesse caso, um invento no campo da
Física facilitou enormemente o desenvolvimento de
um processo químico).
É devido a esse alto consumo de energia elé-
trica que se torna muito importante a reciclagem
do alumínio. De fato, reaproveitando-se o alu-
mínio usado, gastam-se apenas 10% da energia
que seria necessária para produzi-lo a partir de
seus minérios.
O Brasil é um dos países que mais consomem
latinhas de alumínio. É também um dos países que
mais reciclam o alumínio. Cerca de 500.000 cata-
dores de latinhas de alumínio tornam esse trabalho
seu meio de subsistência.
Lingotes de alumínio.
54 Por que a produção industrial do alumínio só começou no século XX, apesar desse metal ser o mais abundante na natureza?
55 Atualmente, como o alumínio é obtido?
56 Por que a reciclagem do alumínio é tão comum?
Charles Hall Paul Héroult
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