20̂.22 Uma célula voltaica que usa a reação: \mathrm{PdCl}_{4}{ }^{2-}(a q)+\mathrm{Cd}(s) \longrightarrow \mathrm{Pd}(s)+4 \mathrm{Cl}^{-}(a q)+\mathrm{Cd}^{2+}(a q) tem potencial-padrão de célula medido de +1,03 \mathrm{~V}. (a) Escreva as duas reações das semicélulas. (b) Usando os dados do Apêndice E, determine E_{\text {red }}^{\circ} para a reação envolvendo Pd . (c) Faça o esboço da célula voltaica, rotule o anodo e o catodo e indique a direção do fluxo de elétron.

Passo 1

O enunciado descreve uma célula voltaica que opera segundo a reação global
\mathrm{PdCl}_{4}^{2-}(aq) \;+\;\mathrm{Cd}(s)\longrightarrow \mathrm{Pd}(s)\;+\;4\,\mathrm{Cl}^{-}(aq)\;+\;\mathrm{Cd}^{2+}(aq)
e pede:
– (a) escrever as duas semi-reações das semicélulas;
– (b) determinar o potencial padrão de redução E_{\mathrm{red}}^{\circ} para a reação de \mathrm{PdCl}_{4}^{2-}/\mathrm{Pd} usando E_{\mathrm{cel}}^{\circ}=+1{,}03,V e dados do Apêndice E;
– (c) esboçar a célula, rotular ânodo e cátodo e indicar o sentido do fluxo de elétrons.
O conteúdo aqui envolve conhecimentos de reações de oxirredução, cálculo de potencial de célula
E_{\mathrm{cel}}^{\circ}=E_{\mathrm{cátodo}}^{\circ}-E_{\mathrm{ânodo}}^{\circ}áâ
e representação esquemática de células eletroquímicas.

Passo 2

Identificamos as semi-reações, equilibrando elétrons e íons:
– semi-reação de redução (cátodo), em que \mathrm{PdCl}_{4}^{2-} recebe 2 e^{-}:
\mathrm{PdCl}_{4}^{2-}(aq)\;+\;2\,e^{-}\longrightarrow \mathrm{Pd}(s)\;+\;4\,\mathrm{Cl}^{-}(aq)
– semi-reação de oxidação (ânodo), em que o metal \mathrm{Cd} se oxida liberando 2 e^{-}:
\mathrm{Cd}(s)\longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+}(aq)\;+\;2\,e^{-}

Passo 3

Para achar E_{\mathrm{red}}^{\circ} da meia-célula de \mathrm{PdCl}_{4}^{2-}/\mathrm{Pd}, usamos
E_{\mathrm{cel}}^{\circ}=E_{\mathrm{cátodo}}^{\circ}-E_{\mathrm{ânodo}}^{\circ}\,.áâ
Do Apêndice E, o par \mathrm{Cd}^{2+}/\mathrm{Cd} tem
E_{\mathrm{red}}^{\circ}(\mathrm{Cd}^{2+}/\mathrm{Cd})=-0{,}403\text{ V}
e sabemos que esse par funciona como ânodo (é oxidado), logo E_{\mathrm{ânodo}}^{\circ}=-0{,}403â,V.

Passo 4

Substituindo em
+1{,}03\;\text{V}=E_{\mathrm{cátodo}}^{\circ}-\bigl(-0{,}403\;\text{V}\bigr)á
temos
E_{\mathrm{cátodo}}^{\circ} =+1{,}03\;\text{V}-0{,}403\;\text{V} =+0{,}627\;\text{V}.á
Portanto
E_{\mathrm{red}}^{\circ}\bigl(\mathrm{PdCl}_{4}^{2-}/\mathrm{Pd}\bigr)=+0{,}627\;\text{V}.

Passo 5

Esboço da célula voltaica:
– no ânodo (esquerda) está a eletrodo de \mathrm{Cd}(s) imerso em solução de \mathrm{Cd}^{2+}(aq). Ali ocorre \mathrm{Cd}\to\mathrm{Cd}^{2+}+2e^{-}.
– no cátodo (direita) está o eletrodo de \mathrm{Pd}(s) em solução contendo \mathrm{PdCl}_{4}^{2-} e \mathrm{Cl}^-, onde ocorre \mathrm{PdCl}_{4}^{2-}+2e^{-}\to\mathrm{Pd}+4\mathrm{Cl}^-.
– os elétrons fluem através do circuito externo do ânodo para o cátodo; o ponte salino completa o circuito iônico entre as soluções.

Resposta

(a) Semi-reação de redução (cátodo):
\mathrm{PdCl}_{4}^{2-}(aq)+2e^{-}\longrightarrow \mathrm{Pd}(s)+4\,\mathrm{Cl}^{-}(aq)
Semi-reação de oxidação (ânodo):
\mathrm{Cd}(s)\longrightarrow \mathrm{Cd}^{2+}(aq)+2e^{-}
(b)
E_{\mathrm{red}}^{\circ}(\mathrm{PdCl}_{4}^{2-}/\mathrm{Pd})=+0{,}627\;\text{V}
(c)
Ânodo: eletrodo de \mathrm{Cd}/\mathrm{Cd}^{2+} (oxidação)
Cátodo: eletrodo de \mathrm{PdCl}_{4}^{2-}/\mathrm{Pd} (redução)
Fluxo de elétrons: do \mathrm{Cd} (ânodo) ao \mathrm{Pd} (cátodo) através do circuito externo.

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