Qual a massa de níquel obtida no catodo a partir de uma solução de cloreto de níquel, submetida a uma corrente elétrica de 20 A durante 2 horas?
a)
.
b)
.
c)
.
d)
.
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O enunciado pede a massa de níquel metal depositada no cátodo quando uma solução de cloreto de níquel é submetida a uma corrente elétrica de
durante
horas.
Informações dadas e necessárias:
Informações dadas e necessárias:
- Corrente:
. - Tempo:
. Vou converter para segundos porque a unidade de carga em Coulomb usa segundos: . - O ânion/complexo não muda o número de elétrons trocados; o íon de níquel em solução costuma ser
(cloreto de níquel dá ), logo a semirreação de redução é . Isso significa que cada átomo de níquel necessita de elétrons para ser depositado. Vou tomar . (Estou pegando essa informação do enunciado implícito “cloreto de níquel” que fornece .) - Constante de Faraday:
(quantidade de carga elétrica por mol de elétrons). - Massa molar do níquel:
.
Objetivo final: calcular a massade níquel depositada no cátodo.
Passo 2
Calcular a carga elétrica total que passou pela solução. A fórmula é
onde
é a carga em Coulomb (
),
é a corrente em ampères (
) e
é o tempo em segundos (
). Substituindo:
Passo 3
Converter a carga total em número de mols de elétrons transferidos. Cada mol de elétrons carrega
Coulomb, então o número de mols de elétrons
é
Substituindo
e
:
Explicação didática: isso diz quantos mols de elétrons efetivamente passaram — útil porque a redução do íon consome um certo número de elétrons por átomo.
Passo 4
Relacionar mols de elétrons com mols de níquel depositado usando a estequiometria da semirreação. A redução é
ou seja, são necessários
mols de elétrons para formar
mol de níquel metálico. Logo:
Substituindo
:
Didática: dividir por
(a valência/quantidade de elétrons por átomo) é sempre o passo para passar de mols de elétrons para mols de espécie reduzida.
Passo 5
Calcular a massa de níquel depositada usando
onde
é a massa molar do níquel. Substituindo:
Explicação: multiplicamos mols por massa por mol para obter a massa em gramas. Os pequenos arredondamentos ocorrem por causa dos valores de
e de
usados; em provas é comum aceitar a alternativa mais próxima.
Passo 6
Comparar o valor calculado com as alternativas dadas. O valor obtido
está mais próximo da alternativa b)
. Diferenças pequenas vêm de arredondamento de constantes (por ex. usar
ou valores ligeiramente diferentes para
). Portanto a alternativa correta é a (b).
Resposta
b)