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?
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).
-
No ânodo (polo positivo): ocorre a oxidação da água para formar oxigênio gasoso (O₂) e liberar íons H⁺.
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:
Agora, somamos com a reação do ânodo:
Ao somar, os elétrons e os íons H⁺ se cancelam:
Passo 5
A reação global da eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico é, portanto:
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:
Como a fem é uma diferença de potencial, consideramos o valor absoluto:
Resposta
A reação global da eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico é:
E a fem mínima necessária para que o processo ocorra é de 1,23 volts.