Uma célula eletroquimica é montada utilizando dois compartimentos. Um deles contém uma lâmina de aluminio mergulhada em uma solução de \mathrm{Al}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{3}, e o outro contém uma lâmina de cobre mergulhada em uma solução de \mathrm{CuSO}_{4}. A reaçâo global que ocorre na célula é:
\mathrm{Al}(\mathrm{~s})+3 \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Al}^{3+}(\mathrm{aq})+3 \mathrm{Cu}(\mathrm{~s})
Com base nessa célula, responda:
A) Escreva as semirreações que ocorrem nos dois compartimentos, indicando qual eletrodo é o ânodo e qual é o cátodo.
B) Assinale os sinais dos eletrodos.
C) Identifique o agente redutor e \circ agente oxidante.
D) Explique o sentido da migração dos cátions e ânions pela solução, considerando a presença de uma ponte salina.
E) Calcule a ddp dessa célula.

Passo 1

O enunciado descreve uma célula galvânica com eletrodos de alumínio e cobre, cujas soluções são, respectivamente, \mathrm{Al(NO_3)_3} e \mathrm{CuSO_4}. A reação global é
\mathrm{Al}(s)+3\,\mathrm{Cu}^{2+}(aq)\longrightarrow \mathrm{Al}^{3+}(aq)+3\,\mathrm{Cu}(s).
Vamos precisar das semirreações de oxidação e redução, dos potenciais-padrão de redução ( E^\circ_{\mathrm{Cu^{2+}/Cu}}=+0,34,V e E^\circ_{\mathrm{Al^{3+}/Al}}=-1,66,V), e das noções de ânodo, cátodo, agentes oxidante e redutor, migração na ponte salina e cálculo da ddp:

Passo 2

Escrevemos as semirreações (no ânodo ocorre oxidação e no cátodo ocorre redução):
\text{ânodo (oxidação)}:\quad \mathrm{Al}(s)\longrightarrow \mathrm{Al}^{3+}(aq)+3\,e^-.âçã
\text{cátodo (redução)}:\quad \mathrm{Cu}^{2+}(aq)+2\,e^-\longrightarrow \mathrm{Cu}(s).áçã
Para combinar, elevamos a primeira a 2 e a segunda a 3, mas a identificação de ânodo e cátodo independe da estequiometria: alumínio é oxidado e cobre é reduzido.

Passo 3

Os sinais dos eletrodos em operação são:
ânodo (onde há perda de elétrons) fica negativamente carregado;
cátodo (onde há ganho de elétrons) fica positivamente carregado.

Passo 4

O agente redutor é a espécie que doa elétrons, isto é, \mathrm{Al}(s).
O agente oxidante é a espécie que recebe elétrons, isto é, \mathrm{Cu}^{2+}(aq).

Passo 5

Na ponte salina, para manter a eletroneutralidade:
– No compartimento do ânodo, a oxidação gera excesso de cargas positivas \mathrm{Al}^{3+}, então anions da ponte salina migram para lá.
– No compartimento do cátodo, a redução consome \mathrm{Cu}^{2+} e gera excesso de cargas negativas (restam \mathrm{SO}_4^{2-}), então cátions da ponte migram para lá.

Passo 6

A ddp padrão da célula é
E^\circ_{\text{célula}}=E^\circ_{\text{cátodo}}-E^\circ_{\text{ânodo}} =0,34\;{\rm V}-(-1,66\;{\rm V}) =2,00\;{\rm V}.éáâ

Resposta

A) ânodo: \mathrm{Al}(s)\to\mathrm{Al}^{3+}+3e^-; cátodo: \mathrm{Cu}^{2+}+2e^-\to\mathrm{Cu}(s).
B) ânodo (–), cátodo (+).
C) agente redutor: \mathrm{Al}(s); agente oxidante: \mathrm{Cu}^{2+}(aq).
D) anions da ponte migram ao ânodo para neutralizar o excesso de \mathrm{Al}^{3+}; cations migram ao cátodo para compensar a falta de \mathrm{Cu}^{2+}.
E) \,E^\circ_{\text{célula}}=2,00\;\mathrm Vé.

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