20.77 Faça um esboço de uma célula para a életrólise de \mathrm{CuCl}_{2} aquoso usando eletrodos inativos. Indique os sentidos nos quais os íons e os elétrons se movimentam. Dê as reações do eletrodo e rotule o anodo e o catodo, indicando qual é conectado a qual terminal da fonte de voltagem.

Passo 1

O enunciado pede um esboço de célula de eletrólise para solução aquosa de \mathrm{CuCl}_2 usando eletrodos inativos, indicando:
– As reações que ocorrem em cada eletrodo (ânodo e cátodo)
– Qual eletrodo está ligado a cada terminal da fonte de tensão
– O sentido de movimento dos íons na solução e dos elétrons no circuito externo
O conteúdo envolvido é eletriólise de soluções aquosas, seleção de semirreações de oxidação e redução a partir de potenciais padrão, e convenções de fluxo de íons e elétrons.

Passo 2

Identificamos as espécies na fase aquosa:
– Cátions: \mathrm{Cu^{2+}} (do \mathrm{CuCl_2}) e em menor concentração \mathrm{H^+} (autoionização da água)
– Ânions: \mathrm{Cl^-} e em menor concentração \mathrm{OH^-}
Para escolher as reações, comparamos potenciais padrões (todos em \mathrm{V} vs. \mathrm{SHE}):
– Redução de \mathrm{Cu^{2+}}:
\mathrm{Cu^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-} \longrightarrow \mathrm{Cu(s)},\quad E^\circ = +0,34
– Redução de água:
2\,\mathrm{H_2O} + 2\,\mathrm{e^-} \longrightarrow \mathrm{H_2(g)} + 2\,\mathrm{OH^-},\quad E^\circ = -0,83
Como +0,34 > -0,83, no cátodo reduz-se \mathrm{Cu^{2+}}.
– Oxidação de \mathrm{Cl^-}:
2\,\mathrm{Cl^-} \longrightarrow \mathrm{Cl_2(g)} + 2\,\mathrm{e^-},\quad E^\circ = +1,36
– Oxidação de água:
2\,\mathrm{H_2O} \longrightarrow \mathrm{O_2(g)} + 4\,\mathrm{H^+} + 4\,\mathrm{e^-},\quad E^\circ = +1,23
Embora 1,23<1,36, em alta concentração de \mathrm{Cl^-} a cloração predomina (overpotencial para oxigênio é maior).

Passo 3

Semirreações escolhidas:
Cátodo (redução, ligado ao polo negativo da fonte)
\mathrm{Cu^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-} \longrightarrow \mathrm{Cu(s)}
Ânodo (oxidação, ligado ao polo positivo da fonte)
2\,\mathrm{Cl^-} \longrightarrow \mathrm{Cl_2(g)} + 2\,\mathrm{e^-}

Passo 4

Polaridade e conexões:
– fonte de tensão: terminal negativo (–) \to cátodo (onde entra elétron)
– fonte de tensão: terminal positivo ( +) \to ânodo (onde sai elétron)
No circuito externo os elétrons fluem do cátodo \to fonte \to ânodo.

Passo 5

Esboço esquemático (descrito):
1. Dois eletrodos inertes (grafite ou platina) mergulhados em \mathrm{CuCl_2(aq)}.
2. Eletrodo ligado ao terminal negativo (–) da fonte: cátodo.
3. Eletrodo ligado ao terminal positivo ( +) da fonte: ânodo.
4. Setas verdes na solução:
\mathrm{Cu^{2+}} móvel \to cátodo
\mathrm{Cl^-} móvel \to ânodo
5. Setas vermelhas no fio externo: elétrons fluem do cátodo \to fonte \to ânodo.
6. Gás \mathrm{Cl_2} bolha no ânodo; metal \mathrm{Cu} deposita no cátodo.

Resposta

Cátodo (ligado ao –, redução):
\mathrm{Cu^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-} \longrightarrow \mathrm{Cu(s)}
Ânodo (ligado ao +, oxidação):
2\,\mathrm{Cl^-} \longrightarrow \mathrm{Cl_2(g)} + 2\,\mathrm{e^-}
Íons: \mathrm{Cu^{2+}} \to cátodo; \mathrm{Cl^-}} \to ânodo.
Elétrons: pelo fio externo, do cátodo \to fonte \to ânodo.

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