Dadas as semirreações abaixo e seus respectivos potenciais padrão de redução (
) contra o eletrodo padrão de hidrogênio:
Ao se colocar um pedaço de cobre numa solução que contém
e
(meio ácido) e
nas condições-padrão, qual será o processo espontâneo global que ocorrerá em termos de reação química? Quem oxidará e quem se reduzirá nessas condições padrão? Onde ocorrerão estas reações?
Passo 1
O enunciado dá duas semirreações de redução padrão contra o eletrodo-padrão de hidrogênio:
Queremos saber, sob condições-padrão (todas as concentrações a
M e
C), qual reação global ocorre de modo espontâneo quando um pedaço de cobre metálico é mergulhado numa solução contendo
,
e
. Vamos usar conceitos de eletroquímica (potenciais de redução, eletrodo que se reduz/corrode) para decidir quem é o oxidante, quem é o redutor e montar a equação completa.
Passo 2
Para determinar qual semirreação age como redução (cátodo) e qual como oxidação (ânodo), comparamos os potenciais de redução padrão
. A semirreação com potencial mais positivo tende a se reduzir, e a com menor potencial tende a se oxidar (quando acopladas). Aqui
Logo, sob condições-padrão a redução espontânea será
e a oxidação ocorrerá invertendo a semirreação de cobre:
Passo 3
Calculamos o potencial de célula padrão para checar a espontaneidade:
Como
, a reação global é espontânea no sentido aqui indicado.
Passo 4
Para montar a reação global, igualamos elétrons trocados. A redução do nitrato consome
e a oxidação de cobre produz
. O mínimo múltiplo comum de
e
é
. Multiplicamos a redução do nitrato por
e a oxidação do cobre por
:
Somando-as, os
cancelam, e obtemos:
Passo 5
Na prática, esse processo se dá num único eletrodo de cobre imerso na solução:
- Ânodo (oxidação): o cobre metálico se corrói, liberando
no eletrólito. - Cátodo (redução): o íon
é reduzido a (óxido nítrico) em presença de .
Resposta
A reação global espontânea sob condições-padrão é
O cobre metálico é oxidado (
) no ânodo e o nitrato é reduzido (
) no cátodo.