Considere o processo de eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico.
c. Qual a reação global do processo e a fem mínima necessária para que o processo ocorra?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente descobrir qual é a reação global que acontece quando a gente faz eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico (H₂SO₄) e qual é a fem mínima necessária para que esse processo ocorra. Ou seja, vamos precisar entender um pouco sobre eletrólise, reações de oxidação e redução, e como calcular a força eletromotriz mínima para que a eletrólise aconteça.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é eletrólise. É um processo que usa energia elétrica para provocar reações químicas que não ocorreriam espontaneamente. No caso da solução aquosa de ácido sulfúrico, temos íons H⁺ e SO₄²⁻ em meio aquoso.

Passo 3

Na eletrólise da água (H₂O), que é o solvente na nossa solução, temos duas reações principais:
  • No cátodo (polo negativo): ocorre a redução dos íons H⁺ para formar hidrogênio gasoso (H₂).
    2H^+ + 2e^- H2(g)
  • No ânodo (polo positivo): ocorre a oxidação da água para formar oxigênio gasoso (O₂) e liberar íons H⁺.
    2H2O(l) O2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-

Passo 4

Agora, para encontrar a reação global, a gente soma as duas reações de meio-célula. Primeiro, vamos igualar o número de elétrons para que eles se cancelem:
  • A reação do cátodo libera 2 elétrons.
  • A reação do ânodo consome 4 elétrons.
Então, multiplicamos a reação do cátodo por 2:
4H^+ + 4e^- 2H2(g)
Agora, somamos com a reação do ânodo:
2H2O(l) O2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-
Ao somar, os elétrons e os íons H⁺ se cancelam:
2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

Passo 5

A reação global da eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico é, portanto:
2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

Passo 6

Agora, vamos calcular a fem mínima necessária para que esse processo ocorra. A fem mínima é a diferença de potencial que precisamos aplicar para que a reação seja espontânea sob eletrólise.
Para isso, usamos os potenciais padrão de eletrodo das reações de redução e oxidação.
  • Cátodo: A redução dos íons H⁺ para H₂ tem potencial padrão $ E^\circ = 0 , V $.
  • Ânodo: A oxidação da água para O₂ tem potencial padrão $ E^\circ = -1.23 , V $.
A fem mínima é a diferença entre o potencial do ânodo e do cátodo:
E^circ = 0 , V íâá
Como a fem é uma diferença de potencial, consideramos o valor absoluto:
E^circ = -1.23 , V í

Resposta

A reação global da eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico é:
2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)
E a fem mínima necessária para que o processo ocorra é de 1,23 volts.

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