A pilha de Daniell é baseada nas seguintes semirreções de redução:
a) Qual é a semirreação do cátodo?
b) Qual é a semirreação do ânodo?
c) Escreva a equação química da pilha.
d) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha (
).
e) Qual eletrodo é o polo positivo da pilha? E qual é o polo negativo?
b) Qual é a semirreação do ânodo?
c) Escreva a equação química da pilha.
d) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha (
e) Qual eletrodo é o polo positivo da pilha? E qual é o polo negativo?
Passo 1
O enunciado fornece duas semirreações de redução com seus potenciais-padrão:
As perguntas são:
a) Qual é a semirreação do cátodo?
b) Qual é a semirreação do ânodo?
c) Escreva a equação química da pilha.
d) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha ( ).
e) Qual eletrodo é o polo positivo e qual é o polo negativo?
a) Qual é a semirreação do cátodo?
b) Qual é a semirreação do ânodo?
c) Escreva a equação química da pilha.
d) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha (
e) Qual eletrodo é o polo positivo e qual é o polo negativo?
Passo 2
Conceitos essenciais (explicação didática e prática para a prova):
- Uma semirreação de redução escrita como
indica a tendência dessa espécie ser reduzida. O número (,n,$ é o número de elétrons envolvidos. - Em uma pilha, o cátodo é o eletrodo onde acontece redução; o ânodo é onde acontece oxidação.
- Para decidir qual espécie se reduz e qual se oxida, comparamos os potenciais-padrão de redução
: a semirreação com maior tem maior afinidade por elétrons e tende a ser reduzida (cátodo). A de menor tende a ser oxidada (ânodo). - A diferença de potencial padrão da pilha (tensão da pilha em condições padrão) é dada por
onde ambos são os potenciais-padrão de redução das respectivas semirreações. Essa fórmula funciona porque subtrair o potencial de redução do ânodo equivale a somar o potencial de oxidação do ânodo (que é o negativo do seu potencial de redução).
- Lembre-se: elétrons fluem externamente do ânodo para o cátodo; por convenção, o polo que recebe elétrons (cátodo) é o pólo positivo da pilha em muitos contextos práticos de células galvânicas (veremo-lo adiante com explicação).)
Passo 3
Comparemos os valores dados:
Como
, a semirreação de cobre tem maior tendência de redução. Portanto, a semirreação do cobre ocorre no cátodo (redução) e a do zinco ocorre como oxidação (ânodo).
Passo 4
Escrevendo explicitamente a semirreação que ocorre no cátodo (redução): a do cobre já está dada como redução:
Essa é a semirreação do cátodo.
Passo 5
Para o ânodo precisamos escrever a semirreação na forma de oxidação (inverter a semirreação de redução do zinco). A semirreação de redução dada é
Invertendo para obter a oxidação que ocorre no ânodo:
Essa é a semirreação do ânodo. Note que os elétrons aparecem nos produtos, mostrando que o zinco metálico perde elétrons (oxida).
Passo 6
Agora montamos a equação global da pilha somando a redução do cátodo com a oxidação do ânodo. Ambas as semirreações envolvem
, portanto os elétrons se cancelam diretamente ao somar:
redução (cátodo):
oxidação (ânodo):
somando termo a termo e cancelando
:
Essa é a equação química da pilha.
Passo 7
Calculemos a diferença de potencial padrão da pilha usando a fórmula indicada:
Aqui
e
. Então
Interpretação: valor positivo indica que a reação espontânea (sob condições padrão) ocorre no sentido escrito (Zn metal se oxida e
se reduz), produzindo energia elétrica.
Passo 8
Qual polo é positivo e qual é negativo? Explicação clara:
- O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (
é reduzido para ). Em uma pilha galvânica, o cátodo é o pólo positivo porque os elétrons fluem para ele através do circuito externo (o potencial do cátodo é maior). Portanto, o eletrodo de cobre (Cu/Cu^{2+}) é o polo positivo. - O ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação (Zn perde elétrons). Esse eletrodo é o pólo negativo porque é a fonte de elétrons que saem pelo circuito externo. Portanto, o eletrodo de zinco (Zn/Zn^{2+}) é o polo negativo.
Resposta
a)
b)
c)
d)
e) polo positivo: eletrodo de cobre ( ); polo negativo: eletrodo de zinco (
)
b)
c)
d)
e) polo positivo: eletrodo de cobre (