Calcule o potencial resultante da mistura de
de uma solução de
com os seguintes volumes de solução de
: Considere
Dados:
a)
Dados:
a)
Passo 1
O enunciado pede para calcular o potencial resultante da mistura de
de solução de
com
de solução de
. Foi dada também a concentração de
:
. São fornecidos os potenciais-padrão (redução) das duas meias-reações:
Pergunta (a): para os volumes e concentrações dados (caso com
de permanganato), calcular o potencial resultante; o enunciado indica o valor final esperado
.
Passo 2
Decidir a direção espontânea (quem é oxidante e quem é redutor): compare os potenciais-padrão das reduções. O par com maior
tende a ser reduzido (agem como oxidante). Temos:
Como
, o
será o agente oxidante (reduz-se a
) e o
será o agente redutor (oxida-se a
). Portanto a reação global espontânea é a combinação da oxidação de
com a redução de
.
Passo 3
Balanceamento por elétrons das meias-reações (em meio ácido), escrevendo a oxidação de
como reverso da redução dada:
Meia-reação (redução dada — escrita aqui na forma original):
Meia-reação (redução dada — escrita aqui na forma original):
Reverso (oxidação de
):
A outra meia-reação (redução do permanganato) é:
Para igualar elétrons: múltiplo mínimo comum é
elétrons. Multiplicamos a oxidação por
e a redução por
, e somamos:
Somando e simplificando águas e íons, obtemos a reação global balanceada:
(Confira carga e massa: a equação está balanceada.)
Passo 4
Calcular as quantidades de matéria iniciais (mols) e determinar reagente limitante:
Mols de :
Mols de
Mols de
:
Pela estequiometria, para cada
mol de
consome-se
mol de
. A razão necessária é
mol de
por mol de
.
Razão disponível:
Razão disponível:
Logo
é o reagente limitante e será consumido totalmente. Mols consumidos e formados quando todo
reage:
-
consumido: (tudo). -
consumido: . -
formado: (coeficiente por cada 2 de permanganato). -
formado: .
Restante de:
Passo 5
Calcular concentrações finais após mistura (volume total
):
Passo 6
Decidir qual equação de Nernst usar para obter o potencial resultante: depois da reação o par
tem ambos os membros presentes (temos
e
), enquanto o par
não tem o oxidante (
é zero). Assim o potencial mensurável da solução será o potencial daquele par que está presente em ambas as formas — ou seja, o potencial do par
. Aplicamos a equação de Nernst para a meia-reação de redução:
A equação de Nernst (na forma base-10 para
) para um processo de
elétrons é:
onde
é o quociente de reação da meia-reação escrita como redução (produtos/reatantes, cada qual com sua potência estequiométrica),
é o número de elétrons transferidos na meia-reação e
é o potencial-padrão da meia-reação. Neste caso, para a redução de
temos
e:
Logo:
Passo 7
Calcular
com as concentrações finais (lembre que
, potência 4 não altera o valor porque
):
Agora aplicar Nernst com
e
:
Calcule
e
.
Portanto:
Passo 8
Arredondamento e interpretação final: com os algarismos iniciais (dados com 4 ou 5 algarismos significativos nas concentrações/volumes) e com o valor mostrado no enunciado, reportamos o potencial como
. Respira — deu certinho com o valor indicado.