Faça um esboço de uma célula para a eletrólise de HBr aquoso usando eletrodos de cobre. Dê as reações do eletrodo rotulando o anodo e o catodo. Calcule a voltagem mínima necessária a ser aplicada para que a eletrólise ocorra, supondo condições-padrão.
Passo 1
Então, o exercício pede: “Desenhar uma célula de eletrólise de HBr aquoso com eletrodos de cobre, indicar reação do ânodo e do cátodo e calcular a voltagem mínima (condições-padrão) para que a eletrólise ocorra.” Matéria: eletroquímica (eletrólise e potenciais padrão). Vamos precisar dos potenciais-padrão de redução dos pares redox envolvidos:
,
e
.
Passo 2
No cátodo rola a redução (ganho de elétrons). As opções são reduzir
ou, se houver,
. Pelos potenciais padrão:
• ,
V
• ,
V
Embora o par cobre tenha potencial mais positivo, inicialmente não há Cu na solução (só aparece quando o cobre do anodo dissolve). Então o que acontece primeiro é a redução de
.
Cátodo (redução):
•
•
Embora o par cobre tenha potencial mais positivo, inicialmente não há Cu
Cátodo (redução):
Passo 3
No ânodo rola a oxidação (perda de elétrons). As possibilidades são:
• , reduzido:
V ⇒ oxidação
V
• , reduzido:
V ⇒ oxidação
V
A oxidação do cobre é menos “cara” (menor módulo negativo), então o elétron sai primeiro do metal e ele vai se dissolvendo.
Ânodo (oxidação):
•
•
A oxidação do cobre é menos “cara” (menor módulo negativo), então o elétron sai primeiro do metal e ele vai se dissolvendo.
Ânodo (oxidação):
Passo 4
Para achar a voltagem mínima (teórica) usamos
Substituindo:
Como deu negativo, precisamos aplicar pelo menos
V na polaridade correta para forçar a reação.
Passo 5
Esboço mental da célula:
– Um béquer com solução 1 M de HBr.
– Dois eletrodos de cobre mergulhados.
– O eletrodo ligado ao polo (+) da fonte é o ânodo (cobre some como Cu ).
– O eletrodo ligado ao polo (–) é o cátodo (saem bolhas de H ).
– A fonte precisa fornecer ≥ 0,34 V.
– Um béquer com solução 1 M de HBr.
– Dois eletrodos de cobre mergulhados.
– O eletrodo ligado ao polo (+) da fonte é o ânodo (cobre some como Cu
– O eletrodo ligado ao polo (–) é o cátodo (saem bolhas de H
– A fonte precisa fornecer ≥ 0,34 V.
Resposta
Ânodo (oxidação):
Cátodo (redução):
Voltagem mínima (condições-padrão):