Calcule o potencial de cada pilha, indicando qual é o agente redutor e oxidante e a energia (kJ / kg) envolvida no processo para produção de \mathbf{1} kg do produto na forma reduzida. \mathrm{Mg}_{(\mathrm{s})}\left|\mathrm{Mg}^{+2}{ }_{(\mathrm{aq})}\right|\left|\mathrm{Ag}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}\right| \mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}
Passo 1
O enunciado descreve uma pilha do tipo \mathrm{Mg}_{(\mathrm{s})}\bigl|\mathrm{Mg}^{2+}_{(\mathrm{aq})}\bigr|\bigl|\mathrm{Ag}^{+}_{(\mathrm{aq})}\bigr|\mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}
e pede (i) o potencial padrão da pilha, (ii) o agente redutor e o agente oxidante e (iii) a energia em kJ por kg do produto na forma reduzida. Isso envolve conceitos de eletroquímica: potenciais padrão de semi-reações e cálculo da energia elétrica máxima via W = n\,F\,E^\circ_{\rm cel}.
Passo 2
Identificamos as semi-reações padrão com seus potenciais de redução:
Na pilha espontânea, o magnésio metálico se oxida e o íon prata se reduz.
Portanto, o agente redutor (quem doa elétrons) é \mathrm{Mg}_{(\mathrm{s})} e o agente oxidante (quem recebe elétrons) é \mathrm{Ag}^+_{(\mathrm{aq})}.
Passo 5
Vamos calcular a energia elétrica máxima liberada ao gerar 1,kg de prata metálica (produto reduzido).
Massa molar da prata: M_{\mathrm{Ag}} = 107{,}8682 g/mol.
Número de mols:
n = \frac{1000\text{ g}}{107{,}8682\text{ g/mol}}\approx9{,}27\text{ mol}.
Cada mol de \mathrm{Ag} envolve a transferência de 1 mol de elétrons, logo a carga total é
Em outras palavras, produzindo 1,kg de prata podemos obter até cerca de 2840,kJ de energia elétrica.
Resposta
Potencial da pilha: E^\circ_{\rm cel}=+3,17,V
Agente redutor: \mathrm{Mg}_{(\mathrm{s})}
Agente oxidante: \mathrm{Ag}^+_{(\mathrm{aq})}
Energia envolvida para 1,kg de prata metálica: aproximadamente 2840,kJ/kg.