10- As meias-reações de uma pilha voltaica são as seguintes (ou o inverso de uma delas):
\mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+}(\mathrm{aq})
\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{I})
(a) Com os dados da tabela de potenciais padrão de redução, identifique a redução que ocorre com mais facilidade.
(b) Numa pilha voltaica, qual das duas reações ocorreria no catodo?
(c) Que reação ocorreria no anodo?
(d) Qual seria o potencial padrão da pilha? 1,005 \mathrm{~V}

Passo 1

O enunciado apresenta duas meias-reações de redução em uma pilha voltaica:
\mathrm{Fe}^{3+}(aq) + e^{-} \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+}(aq)
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(aq) + 2\,\mathrm{H}^{+}(aq) + 2\,e^{-} \longrightarrow 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l)
O conteúdo é o uso de potenciais-padrão de redução para montar pilhas e calcular o potencial da célula. Precisamos dos valores de E^\circ de cada meia-reação para identificar qual redução ocorre mais facilmente e depois determinar o cátodo, o ânodo e o potencial padrão da pilha.

Passo 2

Consultando a tabela de potenciais-padrão de redução, temos:
E^\circ(\mathrm{Fe}^{3+}/\mathrm{Fe}^{2+}) = +0,77\\ \mathrm{V},
E^\circ(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}/\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}) = +1,78\\ \mathrm{V}.
O potencial mais positivo indica a reação de redução que ocorre com mais facilidade.

Passo 3

Comparando os potenciais, vemos que
+1,78\\ \mathrm{V} > +0,77\\ \mathrm{V},
logo a meia-reação
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(aq) + 2\,\mathrm{H}^{+}(aq) + 2\,e^{-} \longrightarrow 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l)
é a que se reduz com mais facilidade.

Passo 4

Num galvanômetro, a redução de maior E^\circ ocorre no cátodo. Portanto, no cátodo teremos:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(aq) + 2\,\mathrm{H}^{+}(aq) + 2\,e^{-} \longrightarrow 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l).

Passo 5

A outra meia-reação funciona como oxidação no ânodo, invertendo a escrita:
\mathrm{Fe}^{2+}(aq) \longrightarrow \mathrm{Fe}^{3+}(aq) + e^{-}.

Passo 6

O potencial-padrão da pilha é
E^\circ_{\text{pilha}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} = +1,78\\ \mathrm{V} - (+0,77\\ \mathrm{V}) = +1,01\\ \mathrm{V}.áâ

Resposta

(a) A redução do peróxido de hidrogênio (potencial +1,78\\ \mathrm{V}).
(b) No cátodo:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(aq) + 2\,\mathrm{H}^{+}(aq) + 2\,e^{-} \longrightarrow 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l).
(c) No ânodo:
\mathrm{Fe}^{2+}(aq) \longrightarrow \mathrm{Fe}^{3+}(aq) + e^{-}.
(d) E^\circ_{\text{pilha}} = +1,01\\ \mathrm{V} (aproximadamente 1,005\\ \mathrm{V}).

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