1. Considere o processo de eletrólise da solução aquosa de ácido sulfúrico.
    a. Quais são as semiequações que podem ocorrer no polo positivo?
    b. Quais são as semiequações que podem ocorrer no polo negativo?
    c. Qual a reação global do processo e a fem mínima necessária para que o processo ocorra?
d. O que aconteceria se ao invés de solução de ácido sulfúrico tivesse sido usada água destilada? Explique.

Passo 1

O enunciado trata da eletrólise de uma solução aquosa de ácido sulfúrico ( H2SO4). O conteúdo é reações de oxirredução em eletrólise, em que no polo positivo (anodo) ocorre oxidação e no polo negativo (cátodo) ocorre redução. Para resolver vamos:
  1. Listar as semiequações possíveis em cada eletrodo.
  2. Comparar potenciais padrão para ver quais realmente ocorrem.
  3. Combinar em reação global e calcular a FEM mínima.
  4. Discutir o caso de água destilada, sem íons.

Passo 2

Semiequações possíveis no polo positivo (oxidações):
(i) Oxidação da água: 2,H2O(l) ;longrightarrow;O2(g) + 4,H^+(aq) + 4,e^-, E^circox = +1,23 V çãá
(ii) Oxidação do sulfato formando peroxodisulfato: 2,SO4^2-(aq) ;longrightarrow;S2O8^2-(aq) + 2,e^-, E^circox approx +2,05 V çã
Como o potencial de oxidação da água é menor, predomina a evolução de oxigênio por oxidação de H2O.

Passo 3

Semiequações possíveis no polo negativo (reduções):
(i) Redução de íons hidrônio: 2,H^+(aq) + 2,e^- ;longrightarrow;H2(g), E^circred = 0,00 V çãíô
(ii) Redução da água: 2,H2O(l) + 2,e^- ;longrightarrow;H2(g) + 2,OH^-(aq), E^circred = -0,83 V çãá
Como a redução de H^+ tem potencial mais positivo, forma-se H2 a partir de íons hidrônio.

Passo 4

Reação global unindo oxidação da água e redução de H^+:
2,H2O(l) ;longrightarrow; 2,H2(g) + O2(g)
A fem mínima (diferença de potencial padrão) é
Ecel^circ = E^circcat - E^circan = 0,00 - 1,23 = -1,23 V,
logo em módulo precisamos de pelo menos 1,23 V.

Passo 5

Se usássemos água destilada, praticamente não haveria íons suficientes para conduzir corrente (só os muito poucos de autoionização H2O <=ftharpoons H^+ + OH^-). A resistência seria enorme e a corrente quase zero, de forma que não ocorreriam gases em ritmo apreciável. Em prática é necessário um eletrólito como H2SO4.

Resposta

a. No anodo:
2,H2O(l) to O2(g) + 4,H^+(aq) + 4,e^- e, em menor grau, 2,SO4^2- to S2O8^2- + 2,e^-
b. No cátodo:
2,H^+(aq) + 2,e^- to H2(g), (em vez de reduzir (H2O))
c. Reação global:
2,H2O(l) to 2,H2(g) + O2(g),
com fem mínima de 1,23 V
d. Com água destilada não há eletrólito suficiente, a condutividade seria muito baixa e a eletrólise praticamente não ocorreria.

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