Faça um esboço de uma célula para a eletrólise do
aquoso usando no cátodo um eletrodo inativo e no ânodo um eletrodo de cobre eletrodos inativos. Indique os sentidos nos quais os íons e os elétrons se movimentam. Dê as reações do eletrodo e rotule o anodo e o catodo, indicando qual é conectado a qual terminal da fonte de voltagem.
Semirreação de redução |
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---|---|
|
+2.87 |
|
+2.07 |
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+1.82 |
|
+1.77 |
|
+1.70 |
|
+1.61 |
|
+1.51 |
|
+1.50 |
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+1.36 |
|
+1.33 |
|
+1.23 |
|
+1.23 |
|
+1.07 |
|
+0.96 |
|
+0.92 |
|
+0.85 |
|
+0.80 |
|
+0.77 |
|
+0.68 |
|
+0.59 |
|
+0.53 |
|
+0.40 |
|
+0.34 |
|
+0.22 |
|
+0.20 |
|
+0.15 |
|
+0.13 |
|
0.00 |
|
-0.13 |
|
-0.14 |
|
-0.25 |
|
-0.28 |
|
-0.31 |
|
-0.40 |
|
-0.44 |
|
-0.74 |
|
-0.76 |
|
-0.83 |
|
-1.18 |
|
-1.66 |
|
-1.85 |
|
-2.37 |
|
-2.71 |
|
-2.87 |
|
-2.89 |
|
-2.90 |
|
-2.93 |
|
-3.05 |
Passo 1
Beleza, vamos desenrolar essa célula de eletrólise de CuCl₂ aquoso. O que a questão pede é: “monte um esquema de célula em que o cátodo é inerte (por exemplo, Pt) e o ânodo é de cobre. Mostre quais semi‐reações rolam em cada eletrodo, pra onde vão os íons e os elétrons, e ligue cada eletrodo ao seu terminal na fonte.”
Conteúdo: eletroquímica básica, potenciais de redução (E°), critério de escolha de semi‐reações em eletrólise. Para resolver, vamos:
Conteúdo: eletroquímica básica, potenciais de redução (E°), critério de escolha de semi‐reações em eletrólise. Para resolver, vamos:
- saber quais espécies podem ser reduzidas (cátodo) ou oxidadas (ânodo) – olhando E°.
- escolher a reação com E° mais favorável em cada eletrodo.
- montar o diagrama com movimentos de íons e elétrons.
Passo 2
Teoria rápida:
- Em eletrólise forçamos uma reação não espontânea aplicando uma tensão.
- No cátodo (polo negativo), rola redução. A reação com maior E° de redução é a que acontece primeiro.
- No ânodo (polo positivo), rola oxidação. Para saber qual se oxida preferencialmente, a gente olha os potenciais de redução da tabela: a espécie com o menor E° de redução é a que se oxida mais fácil (porque seu E° de oxidação = –E° de redução é mais alto).
Da tabela nos interessa:
- Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s) E° = +0,34 V
- 2 H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2 OH⁻(aq) E° = –0,83 V
- Cl₂(g) + 2e⁻ → 2 Cl⁻(aq) E° = +1,36 V
Passo 3
Escolhendo a semi‐reação de redução no cátodo:
Comparamos E°(red). O maior valor é +0,34 V (Cu²⁺ → Cu). Como +0,34 V > –0,83 V, o que vai reduzir mesmo é o íon cobre.
Semi‐reação do cátodo:
Comparamos E°(red). O maior valor é +0,34 V (Cu²⁺ → Cu). Como +0,34 V > –0,83 V, o que vai reduzir mesmo é o íon cobre.
Semi‐reação do cátodo:
Explicando a teoria: em redução a gente ganha elétrons, então o Cu²⁺ agarra 2 e⁻ e vira Cu metálico.
Passo 4
Escolhendo a semi‐reação de oxidação no ânodo:
Temos três candidatos:
Temos três candidatos:
- oxidação de Cl⁻ → Cl₂ (E° ox = –1,36 V)
- oxidação de H₂O → O₂ (E° ox = –1,23 V)
- oxidação de Cu(s) → Cu²⁺ (E° ox = –0,34 V)
Como a oxidação de cobre tem o menor E° de redução (+0,34 V é o menor da lista), ela corresponde à maior E° de oxidação (–0,34 V é maior que –1,23 e –1,36). Ou seja, dá menos trabalho arrancar elétrons do metal do eletrodo de cobre do que oxidar água ou cloreto. Então o próprio cobre do ânodo se dissolve:
Semi‐reação do ânodo:
Semi‐reação do ânodo:
Teoria: eletrodo ativo (cobre) libera Cu²⁺ quando sofre oxidação.
Passo 5
Movimentos de íons e elétrons e conexões:
- A fonte de tensão cobra o eletrodo de cobre no polo + (ânodo), e o eletrodo inerte no polo – (cátodo).
- Elétrons saem do ânodo (Cu) → passam pelo fio → chegam ao cátodo.
- No cátodo, esses elétrons reduzem Cu²⁺ vindos da solução, depositando cobre.
- No ânodo, cobre metálico vira Cu²⁺ e volta pra solução, mantendo [Cu²⁺] quase constante.
- Os ânions Cl⁻ só “acompanham” o balanço de carga: migram do cátodo pro ânodo, mas não são oxidados (Cl₂ não aparece).
Esquematicamente:
Fonte
(+) ───> [Cu(s)]
│
Cu → Cu²⁺ + 2e⁻
↑
solução: Cl⁻ migra pra cá
↓ e⁻ pelo fio
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
│
[Eletrodo inerte (cátodo)] <─── (–) Fonte
(+) ───> [Cu(s)]
│
Cu → Cu²⁺ + 2e⁻
↑
solução: Cl⁻ migra pra cá
↓ e⁻ pelo fio
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
│
[Eletrodo inerte (cátodo)] <─── (–) Fonte
Resposta
A célula é montada com o eletrodo de cobre ligado ao pólo positivo (ânodo) e um eletrodo inerte ligado ao polo negativo (cátodo).
Semi‐reações:
Ânodo (oxidação):
Semi‐reações:
Ânodo (oxidação):
Cátodo (redução):
Íons e elétrons: Cu²⁺ → cátodo, Cl⁻ → ânodo (só para neutralizar carga), elétrons do ânodo → fonte → cátodo.