Escreva a reação global da pilha e as respectivas meias-reações. Para cada célula, calcule o potencial-padrão e verifique se a reação ocorre de forma espontânea: Cu(s)|Cu^2+(aq)||Mn^2+(aq), H^+(aq)| MnO2(s) mid Pt(s)

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício de células eletroquímicas onde precisamos:
  • Escrever a reação global da pilha.
  • Escrever as meias-reações.
  • Calcular o potencial-padrão de cada célula.
  • Verificar se a reação acontece de forma espontânea.
Para resolver isso, vamos precisar entender como funcionam as células galvânicas, identificar os agentes oxidantes e redutores, e usar a tabela de potenciais padrão de redução. Vamos nessa!

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as duas semicíclílias da célula. A célula que você forneceu é:
Cu(s),|,Cu^2+(aq),||,Mn^2+(aq), H^+(aq),|,MnO2(s) ,|, Pt(s)
Aqui, temos duas partes principais:
  1. Eletrodo de cobre (Cu):
    • Metal sólido de cobre ( Cu(s))
    • Ions cobre II ( Cu^2+(aq))
  2. Eletrodo de manganês (MnO₂) com platina (Pt):
    • Dióxido de manganês sólido ( MnO2(s))
    • Ions manganês II ( Mn^2+(aq)) e íons hidrogênio ( H^+(aq))
Vamos agora escrever as meias-reações de cada eletrodo.

Passo 3

Meia-reação de redução no eletrodo de manganês:
Primeiro, precisamos saber o que está sendo reduzido e oxidado. No eletrodo de manganês, o MnO2 está agindo como agente oxidante e será reduzido.
A meia-reação de redução para o MnO2 é:
MnO2(s) + 4,H^+(aq) + 2,e^- Mn^2+(aq) + 2,H2O(l)
Meia-reação de oxidação no eletrodo de cobre:
No eletrodo de cobre, o Cu(s) está sendo oxidado para Cu^2+(aq).
A meia-reação de oxidação é:
Cu(s) Cu^2+(aq) + 2,e^-

Passo 4

Agora, vamos montar a reação global da célula, somando as duas meias-reações. Como as duas meias-reações já estão balanceadas em elétrons, podemos somá-las diretamente:
Oxidação (ánodo):
Cu(s) Cu^2+(aq) + 2,e^-
Redução (cátodo):
MnO2(s) + 4,H^+(aq) + 2,e^- Mn^2+(aq) + 2,H2O(l)
Reação global:
Cu(s) + MnO2(s) + 4,H^+(aq) Cu^2+(aq) + Mn^2+(aq) + 2,H2O(l)

Passo 5

Agora, vamos calcular o potencial-padrão de cada eletrodo usando a tabela de potenciais padrão de redução.
Potencial de redução para a meia-reação de manganês:
MnO2(s) + 4,H^+(aq) + 2,e^- Mn^2+(aq) + 2,H2O(l) E^circ = +1,23,V
Potencial de redução para a meia-reação de cobre:
Cu^2+(aq) + 2,e^- Cu(s) E^circ = +0,34,V
Como a reação no eletrodo de cobre é uma oxidação, invertemos o sinal do potencial:
Cu(s) Cu^2+(aq) + 2,e^- E^circ = -0,34,V

Passo 6

Para encontrar o potencial-padrão da célula ( E^circcélulaé), usamos a fórmula:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo éáâ
Substituindo os valores:
E^circcátodo = +1,23,V E^circânodo = -0,34,V E^circcélula = 1,23,V - (-0,34,V) = 1,23,V + 0,34,V = 1,57,V áâé

Passo 7

Por último, vamos verificar se a reação ocorre de forma espontânea. Em células galvânicas, se o potencial-padrão da célula ( E^circcélulaé) for positivo, a reação é espontânea.
No nosso caso:
E^circcélula = +1,57,V é
Como é positivo, a reação ocorre de forma espontânea.

Resposta

A reação global da pilha é:
Cu(s) + MnO2(s) + 4,H^+(aq) Cu^2+(aq) + Mn^2+(aq) + 2,H2O(l)
As meias-reações são:
Oxidação (ânodo):
Cu(s) Cu^2+(aq) + 2,e^-
Redução (cátodo):
MnO2(s) + 4,H^+(aq) + 2,e^- Mn^2+(aq) + 2,H2O(l)
O potencial-padrão da célula é +1,57,V, e a reação ocorre de forma espontânea.

Exercícios relacionados