Desenhe diagramas de:
a. Uma célula em que CaCl2 fundido é eletrolisado
b. Uma célula voltaica em que a reação é
Pb(s)+2 Ag^+(aq) Pb^2+(aq)+2 Ag(s)
Nas duas células, indique o ânodo e o cátodo, e o sentido em que fluem os elétrons e os íons.
Consulte os potenciais padrão de redução dados a seguir para responder as questões que se seguem.
& E^0(V) & Ca^2+(aq)+2 e^- <=ftharpoons Ca(s) & -2,87 & M g^2+(a q)+2 e^- <=ftharpoons M g(s) - 2 , 3 7 & Au^3+(aq)+3e - <=ftharpoons Au(s) +1 , 5 0 & H g2^2+(aq)+2e-rightarrows 2 H g(l) +0,85 & Fe^2+(aq)+2 e^- <=ftharpoons Fe(s) -0 , 4 4 & Z n^2+(a q)+2 e^- <=ftarrows Z n(s) - 0 , 7 6 & A g^+(aq)+e^- rightharpoons A g(s) +0 , 8 0 & P t^2 ++2 e ^ - <=ftharpoons P t(s) & Ni^2+(aq)+2 e-<=ftharpoons N i(s) & +1 , 1 8 & Ni+(aq)+2 e-<=ftharpoons Ni(s) - 0 , 2 5

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente desenhar dois tipos de células eletroquímicas e identificar algumas partes importantes delas. A gente vai trabalhar com:
a. Uma célula de eletrólise usando cloreto de cálcio fundido ( CaCl2).
b. Uma célula voltaica com a reação dada.
Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de ânodo, cátodo, e como os elétrons e íons se movem nessas células. Além disso, vamos usar os potenciais padrões de redução para identificar qual eletrodo é qual.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre a célula de eletrólise com CaCl2 fundido. Eletrólise é o processo inverso das células voltaicas: a gente aplica uma corrente elétrica para causar uma reação química que não ocorreria espontaneamente.

Passo 3

Na eletrólise, o ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação (perda de elétrons) e o cátodo é onde ocorre a redução (ganho de elétrons). Como estamos eletrólisando CaCl2 fundido, que se dissocia em íons Ca^2+ e Cl^-.

Passo 4

No ânodo, os íons cloreto ( Cl^-) perdem elétrons para formar cloro gasoso ( Cl2):
2 Cl^- Cl2 + 2 e^-
No cátodo, os íons cálcio ( Ca^2+) ganham elétrons para formar cálcio metálico ( Ca):
Ca^2+ + 2 e^- Ca

Passo 5

Agora, vamos desenhar o diagrama:
  • Dois eletrodos mergulhados no CaCl2 fundido.
  • No ânodo (positivo), indica-se a liberação de elétrons e formação de Cl2.
  • No cátodo (negativo), indica-se a absorção de elétrons e formação de Ca.
  • Os elétrons fluem do ânodo para o cátodo através do circuito externo.
  • Os íons Ca^2+ vão para o cátodo e os íons Cl^- vão para o ânodo dentro da célula.

Passo 6

Agora, vamos para a célula voltaica com a reação:
Pb(s) + 2 Ag^+(aq) Pb^2+(aq) + 2 Ag(s)
Em uma célula voltaica, a reação ocorre espontaneamente, gerando eletricidade.

Passo 7

Primeiro, identificamos qual metal está sendo oxidado e qual está sendo reduzido. O chumbo ( Pb) está perdendo elétrons e se tornando Pb^2+, então é o ânodo. A prata ( Ag^+) está ganhando elétrons e se tornando Ag, então é o cátodo.

Passo 8

Vamos usar os potenciais padrão de redução para confirmar:
  • Para Pb^2+ + 2 e^- Pb, E^0 = -0,44,V
  • Para Ag^+ + e^- Ag, E^0 = +0,80,V
    Como o ânodo tem potencial menor, confirma que o Pb está sendo oxidado.

Passo 9

Desenhando o diagrama da célula voltaica:
  • Dois eletrodos separados: um de chumbo e outro de prata.
  • O ânodo de Pb está no compartimento onde ocorre a oxidação.
  • O cátodo de Ag está no outro compartimento onde ocorre a redução.
  • Uma ponte salina ou membrana permite a movimentação dos íons para balancear a carga.
  • Os elétrons fluem do ânodo para o cátodo através do fio externo, gerando corrente elétrica.

Passo 10

Indicando o fluxo:
  • Elétrons fluem do ânodo (Pb) para o cátodo (Ag).
  • Íons Pb^2+ se movem para a solução no ânodo.
  • Íons Ag^+ migram para o cátodo para receber elétrons e se transformar em prata metálica.

Resposta

Assim, desenhando as duas células conforme descrito e indicando claramente os ânodos, cátodos, e os fluxos de elétrons e íons, conseguimos resolver o exercício!

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