3- Esquematize uma célula para a eletrólise de solução de \mathrm{NiCl}_{2} entre eletrodos inertes. Dê as reações que ocorrem no anodo e no catodo. Explique.

Passo 1

O enunciado pede para montar o esquema de uma célula de eletrólise de solução aquosa de \mathrm{NiCl}_{2} com eletrodos inertes e indicar as reações que ocorrem no ânodo e no cátodo. O conteúdo envolvido é eletroquímica (eletrólise), em que devemos identificar as espécies presentes, comparar potenciais de redução padrão e decidir qual íon será descarregado em cada eletrodo.

Passo 2

Em solução aquosa de \mathrm{NiCl}_{2} temos principalmente as seguintes espécies:
\mathrm{Ni^{2+}}, \mathrm{Cl^{-}}, \mathrm{H_{2}O}, \mathrm{H^{+}} e \mathrm{OH^{-}} (provenientes da água). Para cada eletrodo, as reações possíveis são a redução ou oxidação dessas espécies.

Passo 3

Comparamos os potenciais padrão de redução ( E\circ) para decidir a descarga:
\text{Ni}^{2+} + 2\,\mathrm{e^{-}} \longrightarrow \mathrm{Ni}(s),\quad E^\circ = -0{,}25\text{ V}
2\,\mathrm{H_{2}O} + 2\,\mathrm{e^{-}} \longrightarrow \mathrm{H_{2}}(g) + 2\,\mathrm{OH^{-}},\quad E^\circ = -0{,}83\text{ V}
Como -0{,}25\text{ V} > -0{,}83\text{ V}, a redução de \mathrm{Ni^{2+}} é termodinamicamente mais favorável que a de água, então no cátodo forma-se níquel metálico.

Passo 4

Reação no cátodo (redução):
\mathrm{Ni^{2+}}(aq) + 2\,\mathrm{e^{-}} \longrightarrow \mathrm{Ni}(s)

Passo 5

No ânodo com eletrodos inertes, as oxidações possíveis são:
2\,\mathrm{Cl^{-}} \longrightarrow \mathrm{Cl_{2}}(g) + 2\,\mathrm{e^{-}},\quad E^\circ_{\text{ox}} = -1{,}36\text{ V}
2\,\mathrm{H_{2}O} \longrightarrow \mathrm{O_{2}}(g) + 4\,\mathrm{H^{+}} + 4\,\mathrm{e^{-}},\quad E^\circ_{\text{ox}} = -1{,}23\text{ V}
Embora a formação de \mathrm{O_{2}} tenha potencial de oxidação ligeiramente menor em tabela, na prática em cátodos de platina/carbono e alta concentração de \mathrm{Cl^{-}} a evolução de \mathrm{Cl_{2}} é favorecida por cinética e alta atividade de \mathrm{Cl^{-}}. Logo no ânodo produz-se cloro gasoso.

Passo 6

Esquema da célula:
\text{Fonte de tensão (+)} \;\bigl|\;\mathrm{Pt\,(anodo)}\;\bigl|\;\mathrm{NiCl_{2}(aq)}\;\bigl|\;\mathrm{Pt\,(cathodo)}\;\bigl|\;\text{Fonte de tensão (–)}ãã
No cátodo (pólo-negativo) deposita-se níquel metálico; no ânodo (pólo-positivo) evolui gás \mathrm{Cl_{2}}.

Resposta

Reação no cátodo:
\mathrm{Ni^{2+}}(aq) + 2\,\mathrm{e^{-}} \longrightarrow \mathrm{Ni}(s)
Reação no ânodo:
2\,\mathrm{Cl^{-}}(aq) \longrightarrow \mathrm{Cl_{2}}(g) + 2\,\mathrm{e^{-}}
Esquema da célula (eletrodos Pt inertes):
(+)\;\bigl|\;\mathrm{Pt\,(anodo)}\;\bigl|\;\mathrm{NiCl_{2}(aq)}\;\bigl|\;\mathrm{Pt\,(cathodo)}\;\bigl|\;(-)

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