12- Uma solução de \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2} 1 \mathrm{M} é colocada em um béquer e nela se mergulha uma lâmina de cobre. Num outro béquer, coloca-se uma solução de \mathrm{SnSO}_{4} 1 \mathrm{M}, na qual se mergulha uma lâmina de Sn metálico. Os dois béqueres são ligados por uma ponte de sal e os dois eletrodos metálicos são ligados a um voltímetro. (a) Qual eletrodo é o anodo e qual é o catodo? (b) Qual eletrodo ganha massa durante a operação da pilha e qual eletrodo perde massa? (c) Dê a reação da pilha. (d) Qual a fem da pilha em condições-padrão? 0,473 \mathrm{~V}

Passo 1

O enunciado descreve duas semi-células conectadas por uma ponte salina: uma com a lâmina de cobre em solução de \mathrm{Cu}^{2+} 1\,\mathrm{M} e outra com a lâmina de estanho em solução de \mathrm{Sn}^{2+} 1\,\mathrm{M}. O conteúdo é eletroquímica de pilhas voltaicas, e vamos precisar usar potenciais padrão de redução para identificar ânodo, cátodo, reações e calcular a fem da pilha.

Passo 2

Os potenciais padrão de redução de cada semi-célula são conhecidos:
\mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}(s)
com E^\circ = +0,337\,\mathrm{V},
\mathrm{Sn}^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow \mathrm{Sn}(s)
com E^\circ = -0,136\,\mathrm{V}.

Passo 3

Na pilha, a semi-reação que ocorre como redução é aquela com maior E^\circ. Comparando +0,337\,\mathrm{V} (cobre) e -0,136\,\mathrm{V} (estanho), vemos que o cobre tem o potencial mais positivo. Logo, o eletrodo de cobre é o cátodo (redução) e o eletrodo de estanho é o ânodo (oxidação).

Passo 4

No cátodo ocorre deposição de metal, portanto a lâmina de cobre ganha massa. No ânodo ocorre dissolução do metal, portanto a lâmina de estanho perde massa.

Passo 5

As semi-reações que ocorrem são:
oxidação (ânodo, estanho):
\mathrm{Sn}(s) \rightarrow \mathrm{Sn}^{2+}(aq) + 2e^-
redução (cátodo, cobre):
\mathrm{Cu}^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}(s)
Somando-as, a reação global é
\mathrm{Sn}(s) + \mathrm{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \mathrm{Sn}^{2+}(aq) + \mathrm{Cu}(s).

Passo 6

A fem padrão da pilha é
E^\circ_{\text{pilha}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} = +0,337\,\mathrm{V} - (-0,136\,\mathrm{V}) = +0,473\,\mathrm{V}.áâ

Resposta

(a) ânodo: lâmina de Sn; cátodo: lâmina de Cu.
(b) perde massa o eletrodo de Sn; ganha massa o eletrodo de Cu.
(c) \mathrm{Sn}(s) + \mathrm{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \mathrm{Sn}^{2+}(aq) + \mathrm{Cu}(s).
(d) E^\circ_{\text{pilha}} = 0,473\,\mathrm{V}.

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