Observando a célula eletroquímica Mg(s)|Mg^+2 (aq)||Fe^+2 (aq)| Fe(s) e seus potenciais-padrão de redução do Mg 2+ e Fe2+ iguais a -2,38 V e -0,44 V, respectivamente. Responda:
a) Qual a FEM dessa célula sob condições-padrão?
b) Qual a variação de energia livre de Gibbs dessa célula?
c) A reação que ocorre nessa célula eletroquímica é espontânea ou não-espontânea?

Passo 1

O enunciado apresenta a célula eletroquímica
Mg(s)l|Mg^2+(aq)r|l|Fe^2+(aq)r|Fe(s)
com potenciais-padrão de redução
Mg^2+ + 2,e^- to Mg(s), E^circMg^2+/Mg = -2,38 V,
Fe^2+ + 2,e^- to Fe(s), E^circFe^2+/Fe = -0,44 V
Queremos (a) a força eletromotriz E^circcélulaé, (b) a variação de energia livre padrão De<a G^circ e (c) saber se a reação é espontânea. Vamos usar que
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo, éáâ
e
De<a G^circ = -n,F,E^circcélula, é
onde n=2 é o número de elétrons e F=9,6485times10^4 C/mol é a constante de Faraday.

Passo 2

Identificamos que o ânodo é o metal que sofre oxidação mais facilmente, ou seja, o par com potencial mais negativo, portanto o magnésio:
Mg(s)to Mg^2++2,e^-(oxidação), çã
e o cátodo é o ferro, que é reduzido:
Fe^2++2,e^-to Fe(s)
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E^circcátodo = -0,44 V, E^circânodo = -2,38 V áâ

Passo 3

Calculamos a força eletromotriz padrão da célula:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo = (-0,44) - (-2,38) = +1,94 V éáâ

Passo 4

Agora achamos a variação de energia livre padrão usando De<a G^circ = -n,F,E^circcélulaé com n=2:
De<a G^circ = -2 times (9,6485times10^4),C/moltimes 1,94 V approx -3,74times10^5 J/mol

Passo 5

Como E^circcélula>0é e De<a G^circ<0, a reação ocorre de forma espontânea nas condições-padrão.

Resposta

(a) E^circcélula = +1,94 Vé
(b) De<a G^circ = -3,74times10^5 J/mol
(c) A reação é espontânea.

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