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: H^+/H2, Br2/Br^- e Cu^2+/Cu.

Passo 2

No cátodo rola a redução (ganho de elétrons). As opções são reduzir H^+ ou, se houver, Cu^2+. Pelos potenciais padrão:
2H^+ + 2e^- to H2,, E^circ=0,00,V
Cu^2+ + 2e^- to Cu,, E^circ=+0,34,V
Embora o par cobre tenha potencial mais positivo, inicialmente não há Cu ^2+ na solução (só aparece quando o cobre do anodo dissolve). Então o que acontece primeiro é a redução de H^+.
Cátodo (redução):
2H^+(aq) + 2e^- ;to; H2(g)

Passo 3

No ânodo rola a oxidação (perda de elétrons). As possibilidades são:
2Br^- to Br2 + 2e^-,, reduzido: E^circ=+1,07,V ⇒ oxidação E^circox=-1,07,V
Cu to Cu^2+ + 2e^-,, reduzido: E^circ=+0,34,V ⇒ oxidação E^circox=-0,34,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):
Cu(s) ;to; Cu^2+(aq) + 2e^-

Passo 4

Para achar a voltagem mínima (teórica) usamos
E^circrm célula = E^circrm cátodo ;-; E^circrm ânodoéáâ
Substituindo:
E^circrm célula = 0,00;V ;-; (+0,34;V) = -0,34;Vé
Como deu negativo, precisamos aplicar pelo menos 0,34,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 ^2+).
– O eletrodo ligado ao polo (–) é o cátodo (saem bolhas de H 2).
– A fonte precisa fornecer ≥ 0,34 V.

Resposta

Ânodo (oxidação):
Cu(s) ;to; Cu^2+(aq) + 2e^-
Cátodo (redução):
2H^+(aq) + 2e^- ;to; H2(g)
Voltagem mínima (condições-padrão):
Emin = 0,34;V

Exercícios relacionados