Durante a eletrólise de uma solução de sulfato de cobre, a reação abaixo ocorre no ânodo:
2 H2 O <=ftharpoons 4 H^++O2+4 e^-
Se uma corrente constante de 2,40 A for utilizada na eletrólise dessa solução, durante 1 h, qual será o volume de oxigênio produzido, a 25 ^circ C e 1 atm, considerando comportamento ideal para O2?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão fala sobre eletrólise de uma solução de sulfato de cobre. Durante esse processo, no ânodo, ocorre a reação:
2 H2 O <=ftharpoons 4 H^++O2+4 e^-
O que precisamos descobrir é: se passarmos uma corrente constante de 2,40 A durante 1 hora, qual será o volume de oxigênio ( O2) produzido a 25°C e 1 atm, considerando que o O2 se comporta como um gás ideal.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade total de carga elétrica passada pelo sistema. A carga elétrica ( Q) pode ser obtida multiplicando a corrente elétrica ( I) pelo tempo ( t):
Q = I times t
Aqui, a corrente I é 2,40 A e o tempo t é 1 hora. Mas precisamos converter o tempo para segundos, porque a unidade padrão de tempo no Sistema Internacional é o segundo.
1 hora = 3600 segundos
Então,
Q = 2,40 , A times 3600 , s = 8640 , C

Passo 3

Agora, vamos descobrir quantos mols de elétrons estão sendo transferidos. Para isso, usamos a constante de Faraday ( F), que é aproximadamente 96485 C/mol e representa a carga de um mol de elétrons.
Mols de elétrons = QF = 8640 , C96485 , C/mol approx 0,0896 , mol é

Passo 4

A reação no ânodo mostra que 4 elétrons ( 4 e^-) são necessários para produzir 1 molécula de O2. Portanto, 4 mols de elétrons produzem 1 mol de O2.
Vamos usar a proporção para encontrar os mols de oxigênio:
Mols de O2 = Mols de elétrons4 = 0,08964 approx 0,0224 , mol é

Passo 5

Por fim, vamos calcular o volume de O2 produzido usando a equação dos gases ideais:
PV = nRT
Onde:
  • P é a pressão (1 atm)
  • V é o volume que queremos encontrar
  • n é a quantidade de mols de O2 (0,0224 mol)
  • R é a constante dos gases ideais ( 0,0821 , L·atm/mol·K)
  • T é a temperatura em Kelvin. Como a temperatura dada é 25°C, convertendo para Kelvin:
T = 25 + 273,15 = 298,15 , K
Rearranjando a equação para resolver V:
V = nRTP = 0,0224 , mol times 0,0821 , L·atm/mol·K times 298,15 , K1 , atm approx 0,55 , L

Resposta

O volume de oxigênio produzido é aproximadamente 0,55 litros.

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