Questão 2- Dados os potenciais:
\begin{array}{cc} C u^{2+}+2 e^{-} \rightarrow C u^{0} & E^{0}=+0,34 V \\\ A l^{3+}+3 e^{-} \rightarrow A l^{0} & E^{0}=-1,67 V \\\ Z n^{2+}+2 e^{-} \rightarrow Z n^{0} & E^{0}=-0,76 V \\\ A g^{+}+1 e^{-} \rightarrow A g^{0} & E^{0}=+0,80 V \\\ P b^{2+}+2 e^{-} \rightarrow P b^{0} & E^{0}=-0,13 V \end{array}
represente a pilha que fornece a maior força eletromotriz e dê as reações de oxidação e redução que ocorrem nessa pilha.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: representar a pilha que fornece a maior força eletromotriz (maior fem) e indicar as reações de oxidação e redução que ocorrem nessa pilha. As informações fornecidas são os potenciais padrão de redução (todos em E^{0}) para as meias-reações abaixo:
\begin{array}{ll} \text{(1)} & \mathrm{Cu^{2+}+2e^{-}\rightarrow Cu^{0}}\quad E^{0}=+0,34\\ \mathrm{V}\\[4pt] \text{(2)} & \mathrm{Al^{3+}+3e^{-}\rightarrow Al^{0}}\quad E^{0}=-1,67\\ \mathrm{V}\\[4pt] \text{(3)} & \mathrm{Zn^{2+}+2e^{-}\rightarrow Zn^{0}}\quad E^{0}=-0,76\\ \mathrm{V}\\[4pt] \text{(4)} & \mathrm{Ag^{+}+e^{-}\rightarrow Ag^{0}}\quad E^{0}=+0,80\\ \mathrm{V}\\[4pt] \text{(5)} & \mathrm{Pb^{2+}+2e^{-}\rightarrow Pb^{0}}\quad E^{0}=-0,13\\ \mathrm{V} \end{array}]

Passo 2

Entendendo o que é E^{0} e como se calcula a fem da pilha:
  • Cada E^{0} acima é o potencial padrão de redução da meia-reação (condições padrão: 1\\ \mathrm{atm}, 1\\ \mathrm{M}, 25^\circ\mathrm{C}). Isso significa que o valor indica a tendência do íon ser reduzido (ganhar elétrons).
  • A fem padrão da pilha (potencial da célula), E_{\text{célula}}^{0}é, formada por duas meias-reações em condições padrão é dada por
E_{\text{célula}}^{0}=E_{\text{redução (cátodo)}}^{0}-E_{\text{redução (ânodo)}}^{0}.éçãáçãâ
Explicação intuitiva: para obter a maior diferença de potencial (maior fem) escolhemos como cátodo a meia-reação com o maior E^{0} (mais favorável à redução) e como ânodo a meia-reação com o menor E^{0} (menos favorável à redução, ou mais favorável à oxidação). Assim maximizamos a diferença E_{\text{cátodo}}^{0}-E_{\text{ânodo}}^{0}áâ.

Passo 3

Identificando os extremos na lista dada:
  • O maior E^{0} (mais positivo) é para \mathrm{Ag^{+}+e^{-}\rightarrow Ag^{0}} com E^{0}=+0,80\\ \mathrm{V}. Portanto essa meia-reação será o cátodo (redução).
  • O menor E^{0} (mais negativo) é para \mathrm{Al^{3+}+3e^{-}\rightarrow Al^{0}} com E^{0}=-1,67\\ \mathrm{V}. Portanto essa meia-reação será o ânodo (será oxidada, ou seja, a reação escrita será revertida).
    Cálculo da fem padrão da pilha escolhida:
E_{\text{célula}}^{0}=E^{0}_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}}-E^{0}_{\text{Al}^{3+}/\text{Al}}=+0,80-(-1,67)=+2,47\\ \mathrm{V}.é

Passo 4

Escrevendo as meias-reações (com atenção aos elétrons e balanceamento):
  • Meia-reação de redução no cátodo (mantemos como dada):
\mathrm{Ag^{+}+e^{-}\rightarrow Ag^{0}}.
  • Meia-reação de redução do alumínio dada é \mathrm{Al^{3+}+3e^{-}\rightarrow Al^{0}}. Como o alumínio atua como ânodo, sua reação será a oxidação (inverso da escrita):
\mathrm{Al^{0}\rightarrow Al^{3+}+3e^{-}}.
Balanceamento de elétrons: a redução do prata consome 1 elétron; a oxidação do alumínio libera 3 elétrons. Para cancelar elétrons, multiplicamos a meia-reação da prata por 3:
3\left(\mathrm{Ag^{+}+e^{-}\rightarrow Ag^{0}}\right)\Rightarrow \mathrm{3Ag^{+}+3e^{-}\rightarrow 3Ag^{0}}.
Agora somamos com a oxidação do alumínio:
\mathrm{Al^{0}\rightarrow Al^{3+}+3e^{-}}
e os 3e^{-} se cancelam.

Passo 5

Escrevendo a reação global balanceada da pilha e a notação da célula:
  • Reação global (somando as meias-reações após o ajuste):
\mathrm{3Ag^{+}+Al^{0}\rightarrow 3Ag^{0}+Al^{3+}}.
Verificação rápida: átomos e cargas balanceadas (átomos: Ag 3 de ambos os lados, Al 1; cargas: 3(+1)+0=+3 à esquerda e 0+(+3)=+3 à direita).
  • Notação convencional da célula (ânodo à esquerda, cátodo à direita), em condições padrão:
\mathrm{Al(s)\\ |\\ Al^{3+}(aq)\\ ||\\ Ag^{+}(aq)\\ |\\ Ag(s)}.

Resposta

A pilha que fornece a maior fem é a formada por \mathrm{Al/Al^{3+}} (ânodo) e \mathrm{Ag^{+}/Ag} (cátodo); E_{\text{célula}}^{0}=+2,47\\ \mathrm{V}é.
Oxidação (ânodo): \mathrm{Al^{0}\rightarrow Al^{3+}+3e^{-}}.
Redução (cátodo): \mathrm{Ag^{+}+e^{-}\rightarrow Ag^{0}}.
Reação global: \mathrm{3Ag^{+}+Al^{0}\rightarrow 3Ag^{0}+Al^{3+}}.

Exercícios relacionados