Exercícios Resolvidos de Eletrólise Aquosa

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Enunciado

Uma solução aquosa de N a 2 S O 4 é eletrolisada usando-se eletrodos inertes. Uma corrente de 1,00 A passa através da solução durante 1 dia. Quantos gramas de cada produto gasoso são formados?

Passo 1

Primeiro precisamos identificar quais produtos serão formados.

Numa solução de N a 2 S O 4 , temos os íons do sal e os íons da água “concorrendo”.

No cátodo, os cátions N a + e H + concorrem pela redução.

No ânodo, os ânions S O 4 2 - e O H - concorrem pela oxidação.

Pelo esquema:

O H + tem prioridade maior que os metais alcalinos (como o sódio, N a ).

Já o O H - tem prioridade maior que os ânions oxigenados, como o S O 4 2 - .

Portanto, só os íons da água vão sofrer eletrólise.

No cátodo o H + vai ser reduzido a H 2 e no ânodo o O H - vai ser oxidado a O 2 . Estes são os produtos REDOX da água.

Passo 2

Agora vamos pras contas.

A corrente aplicada é de 1,00 A.

i = 1,00   A

E essa corrente é aplicada durante 24 horas.

t = 24   h = 86400   s

Portanto, a carga aplicada é igual a:

Q = i   .   t = 1,00   .   86400 = 86400   C

Como:

Q = n   .   F

O número de elétrons transportados será igual a:

n = Q F = 86400 96495 = 0,895   m o l

Passo 3

No cátodo:

2 H + + 2 e - → H 2

Ou seja, pra cada mol de elétrons, meio mol de H 2 é formado no cátodo.

Como temos 0,895 mol de elétrons, o número de mols de H 2 será:

n H 2 = n e 2 = 0,895 2 = 0,4475   m o l

Portanto, a massa de gás hidrogênio produzida pode ser calculada por:

M M H = 1,008   g / m o l

M M H 2 = 2   .   M M H = 2   .   1,008 = 2,016   g / m o l

m H 2 = n H 2   .   M M H 2 = 0,4475   .   2,016 = 0,902   g

Então, no cátodo, 0,902 gramas de H 2 serão formados.

Passo 4

No ânodo:

2 O H - → 1 2 O 2 + H 2 O + 2 e -

Ou seja, pra formar 1 mol de gás oxigênio, 4 mols de elétrons precisam ser transportados.

4 O H - → 1 O 2 + 2 H 2 O + 4 e -

Como temos 0,895 mol de elétrons, o número de mols de O 2 será:

n O 2 = n e 4 = 0,895 4 = 0,224   m o l

Portanto, a massa de gás oxigênio produzida pode ser calculada por:

M M O = 15,999   g / m o l

M M O 2 = 2   .   M M O = 2   .   15,999 = 31,998   g / m o l

m O 2 = n O 2   .   M M O 2 = 0,224   .   31,998 = 7,17   g

Então, 7,17 gramas de O 2 serão formados no ânodo.

Passo 5

Observação: Se alguém realmente quer produzir gás hidrogênio e gás oxigênio por eletrólise, pra que adicionar N a 2 S O 4 no meio?

Bem, a água pura é um eletrólito beeem ruim. Ela não conduz muita eletricidade (uma vez que a concentração de íons nela é bem baixa ~ 10 - 14   M ).

Por isso, a adição de um sal que não atrapalhe a eletrólise, pode ser favorável. Pois aumenta a concentração iônica do meio e, assim, a condução de eletricidade.

Resposta

0,902 gramas de H 2 e 7,17 gramas de O 2 .

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