Defina, baseando-se na tabela de potencial de redução, se a reação entre uma solução de
e uma lâmina de cobre é espontânea.
Passo 1
O enunciado pergunta se a reação entre uma solução de
e uma lâmina de cobre é espontânea, usando a tabela de potenciais de redução. Informações dadas (que vou usar tal como estão no enunciado):
- Há
em solução (vinda de ). - Há uma lâmina de cobre metálico
. - Foi indicado que se deve usar a tabela de potenciais de redução (vou pegar os valores dessa tabela).
O objetivo: decidir se, nas condições-padrão, a reação entre
e
ocorre espontaneamente (isto é, se o processo redox escrito na forma usual tem potencial de célula positivo e
).
Passo 2
Vou explicar a ideia e a ferramenta que uso (de forma bem didática):
- A tabela de potenciais de redução dá valores padrão
para semirreações do tipo redução: cada linha tem uma meia-reação como e o seu em volts. Esse número indica a tendência da espécie ser reduzida: quanto maior , maior a tendência de reduzir (capturar elétrons). - Para decidir espontaneidade de uma reação redox entre duas metades, escolhe-se como cátodo (redução) a meia-reação com maior
(mais positiva) e como ânodo (oxidação) a outra meia-reação revertida. O potencial padrão da célula é
onde
é o potencial de redução da meia-reação que será invertida.
- A relação com a energia livre padrão é
onde
é o número de elétrons transferidos no balanço global e
é a constante de Faraday (
). Se
então
e a reação é espontânea nas condições-padrão.
Passo 3
Agora pego os potenciais relevantes da tabela de potenciais de redução (peguei esses valores da tabela padrão):
- Meia-reação prata:
- Meia-reação cobre:
Explanação: esses
são potenciais de redução padrão; o maior é o da prata (
), portanto a prata tem maior tendência a ser reduzida.
Passo 4
Decidir qual sofre redução e qual oxidação:
- Como
é maior que , a meia-reação da prata será a redução (cátodo) e o cobre metálico será oxidado (ânodo). - Escrevendo a oxidação (invertendo a meia-reação do cobre) obtemos:
(isto é, o potencial de oxidação é o negativo do potencial de redução da mesma meia-reação).
Passo 5
Balancear elétrons e escrever a reação global:
- A redução da prata consome 1 elétron; a oxidação do cobre libera 2 elétrons. Multiplica-se a meia-reação da prata por 2 para balancear:
- Reação global iônica já balanceada:
- Em termos de compostos com nitrato (espécies presentes na solução), a equação molecular é:
Passo 6
Calcular o potencial padrão da célula:
- Usando a fórmula
, com (prata) e (valor de redução do par cobre, antes de inverter),
Resultado:
, positivo.
Passo 7
Concluir sobre espontaneidade e calcular
:
- Como
, a reação é espontânea sob condições padrão (isto é, a reação como escrita ocorre de forma espontânea). - Calcular
usando . Aqui (dois elétrons transferidos), e :
- Interpretação:
confirma que a reação é espontânea; experimentalmente observa-se que a lâmina de cobre se cobre de prata e o cobre vai para a solução na forma de .
Resposta
Sim. A reação é espontânea sob condições padrão:
e
. Equação global:
.