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 para montarmos uma célula eletrolítica de \mathrm{CuCl}_{2} aquoso com eletrodos inertes, mostrar onde ocorrem as reações (ânodo e cátodo), indicar a que polo da fonte cada eletrodo está conectado e desenhar (ou descrever) os sentidos de movimento dos íons e dos elétrons. Para resolver precisamos usar conceitos de potenciais de eletrodo e lembrar que, em eletrólise, o cátodo é conectado ao polo negativo da fonte e o ânodo ao polo positivo.

Passo 2

Listamos as possíveis meias-reações e seus potenciais de redução padrão (tabela):
\begin{aligned} \text{Redução de } \mathrm{Cu}^{2+}&+\;2\,\mathrm{e}^-\;\longrightarrow\;\mathrm{Cu}(s), & E^\circ&=+0,34\:\text{V},\\\ \text{Redução da água: }2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}&+\;2\,\mathrm{e}^-\;\longrightarrow\;\mathrm{H}_2(g)+2\,\mathrm{OH}^-, & E^\circ&=-0,83\:\text{V}. \end{aligned}çãçãá
Como +0,34\:\text{V} é muito maior que -0,83\:\text{V}, no cátodo reduz-se \mathrm{Cu}^{2+} em vez de água.

Passo 3

Para o ânodo, temos duas oxidações possíveis (invertendo o sinal dos potenciais de redução):
\begin{aligned} 2\,\mathrm{Cl}^-&\longrightarrow\;\mathrm{Cl}_2(g)+2\,\mathrm{e}^-, & E^\circ_{\text{ox}}&=+1,36\:\text{V},\\\\ 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}&\longrightarrow\;\mathrm{O}_2(g)+4\,\mathrm{H}^++4\,\mathrm{e}^-, & E^\circ_{\text{ox}}&=+1,23\:\text{V}. \end{aligned}
Termodinâmicamente a oxidação da água exige +1,23\:\text{V}, mas em soluções concentradas de \mathrm{Cl}^- costuma evoluir \mathrm{Cl}_2. A questão padrão assume formação de cloro:
2\,\mathrm{Cl}^-\;\longrightarrow\;\mathrm{Cl}_2(g)+2\,\mathrm{e}^-.

Passo 4

Agora identificamos os eletrodos e as conexões:
– Cátodo: eletrodo inerte (Pt ou grafite) conectado ao polo negativo da fonte. Nele ocorre
\mathrm{Cu}^{2+}(aq)+2\,\mathrm{e}^-\;\longrightarrow\;\mathrm{Cu}(s).
– Ânodo: eletrodo inerte conectado ao polo positivo da fonte. Nele ocorre
2\,\mathrm{Cl}^-(aq)\;\longrightarrow\;\mathrm{Cl}_2(g)+2\,\mathrm{e}^-.

Passo 5

Descrevendo o esboço e os fluxos:
– No interior do béquer com \mathrm{CuCl}_2 aquoso, trace duas barras de Pt paralelas. À esquerda, o cátodo (sinal “–”); à direita, o ânodo (sinal “ +”).
– Ligue o polo negativo da fonte ao cátodo e o polo positivo ao ânodo.
– Os elétrons saem do ânodo, percorrem o circuito exterior até o polo negativo da fonte e entram no cátodo.
– No interior, os cátions \mathrm{Cu}^{2+} migram em direção ao cátodo e são reduzidos. Os ânions \mathrm{Cl}^- migram em direção ao ânodo e são oxidados, formando \mathrm{Cl}_2 gasoso que borbulha ali.

Resposta

Esboço (descrição):
Pt(--) \quad \mathrm{CuCl}_{2}(aq) \quad Pt(+)
-- Cátodo (conectado ao polo negativo):
\mathrm{Cu}^{2+}(aq)+2\,\mathrm{e}^-\;\longrightarrow\;\mathrm{Cu}(s).
-- Ânodo (conectado ao polo positivo):
2\,\mathrm{Cl}^-(aq)\;\longrightarrow\;\mathrm{Cl}_2(g)+2\,\mathrm{e}^-.
Fluxos:
-- Elétrons: do ânodo\to fonte ( +)\to fonte (--)\to cátodo.
-- Íons:\mathrm{Cu}^{2+} \to cátodo; \mathrm{Cl}^- \to ânodo.

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