Questão 7 - Considere a pilha: \mathrm{Zn}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Zn}^{2+}(1 \mathrm{M})\right|\left|\mathrm{Cu}^{2+}(1 \mathrm{M})\right| \mathrm{Cu}(\mathrm{s})
a) Escreva as semirreações
b) Identifique ânodo e cátodo
c) Calcule o potencial padrão da pilha
O enunciado pede três coisas para a pilha \mathrm{Zn}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Zn}^{2+}(1\\ \mathrm{M})\right|\left|\mathrm{Cu}^{2+}(1\\ \mathrm{M})\right|\mathrm{Cu}(\mathrm{s}):
(a) escrever as semirreações;
(b) identificar ânodo e cátodo;
(c) calcular o potencial padrão da pilha \,E^\circ_{\text{cel}}.
Informações fornecidas (condições padrão, pois as concentrações são 1\\ \mathrm{M}):
Uma semirreação de redução é escrita no formato: espécie iônica + elétrons \to metal (ou outra espécie reduzida). O valor \,E^\circ dado é sempre o potencial de redução padrão dessa semirreação.
Em uma pilha eletroquímica, a meia-reação com maior \,E^\circ (mais positivo) tem maior tendência a ser reduzida — essa ocorre no cátodo. A outra é oxidada no ânodo.
onde ambos os E^\circ são potenciais de redução padrão (portanto ao subtrair usamos o valor de redução do ânodo, mesmo que nele ocorra oxidação).
Alternativamente, pode-se somar E^\circ_{\text{red(cátodo)}}á com E^\circ_{\text{ox(ânodo)}}â; para obter E^\circ_{\text{ox(ânodo)}}â basta inverter o sinal do E^\circ de redução do ânodo.
Passo 3
Escrevendo as semirreações de redução (usando exatamente os dados fornecidos):
Expliquei: os elétrons aparecem no lado dos reagentes nas semirreações de redução; cada equação mostra quantos elétrons são envolvidos (aqui, 2 elétrons em ambas).
Passo 4
Identificação de ânodo e cátodo (explicando o raciocínio):
Compare os potenciais de redução: +0,34\\ \mathrm{V} (Cu) é maior (mais positivo) que -0,76\\ \mathrm{V} (Zn). A meia-reação com maior E^\circ é reduzida.
Logo, a redução ocorre no cátodo: cátodo = eletrodo de cobre (\mathrm{Cu}).
Assim, a oxidação ocorre no ânodo: ânodo = eletrodo de zinco (\mathrm{Zn}).
Escrevendo a semirreação de oxidação correspondente (inverter a semirreação de redução do zinco e trocar o sinal do potencial):
(Observação alternativa: somando E^\circ_{\text{red(cátodo)}}á com E^\circ_{\text{ox(ânodo)}}â: +0,34 + (+0,76)=+1,10\\ \mathrm{V}, mesmo resultado.)
Passo 7
Resumo final e incentivo: está tudo balanceado (ambas as meias consomem/produzem 2 elétrons), o cátodo é \mathrm{Cu} (redução) e o ânodo é \mathrm{Zn} (oxidação). O potencial padrão da pilha é relativamente alto e positivo, indicando que a reação espontânea (como escrita: \mathrm{Zn}+\mathrm{Cu}^{2+}\to\mathrm{Zn}^{2+}+\mathrm{Cu}) é favorável sob condições padrão. Vai dar tudo certo na prova — respira e confia na resolução passo a passo!