Questão 2. (1,6 pontos) Uma solução de
é eletrolisada entre eletrodos inertes. Se 248 mL de
a 742 mmHg e a
são formados no cátodo durante 38 minutos de eletrólise, qual é a corrente média da eletrólise e quantos gramas de
, nas mesmas condições de temperatura e pressão, são obtidos simultaneamente no ânodo? (A pressão de vapor de água é de 42 mmHg )
a) O número de mols de
será:
A sua pressão parcial será
A semirreação do cátodo é:
Logo, 2 faradays produzem 1 mol de
. Então, o número de faradays que atravessou a célula foi:
№ de faradays
mols
Em Coulombs
Essa quantidade de carga atravessou a célula em 38 minutos:
No ânodo, o oxigênio formado será:
Para produzir 1 mol de
são necessários 4 faradays de eletricidade. Portanto:
de
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena - EEL
a) O número de mols de
Logo, 2 faradays produzem 1 mol de
№ de faradays
Em Coulombs
Para produzir 1 mol de
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos deu e o que pede.
Dados fornecidos:
- Volume de
: . - Pressão total (do sistema):
. - Temperatura:
. - Pressão de vapor d’água:
. - Tempo de eletrólise:
. - Constante dos gases ideais:
. - Constante de Faraday:
.
O que é pedido:
- A corrente média da eletrólise (em ampères).
- A massa de
(em gramas) obtida simultaneamente nas mesmas condições de e .
Passo 2
Primeiro, determinar a pressão parcial do hidrogênio seco (subtrair a pressão de vapor da água pela lei de Dalton):
Converter
para atmosferas (pois usaremos
em
):
Passo 3
Calcular o número de mols de
usando a equação dos gases ideais
.
Escrevendo a fórmula e substituindo:
Escrevendo a fórmula e substituindo:
Substituindo os valores (mantendo as unidades corretas):
Agora a conta passo a passo:
Passo 4
Relacionar a eletroquímica no cátodo com a quantidade de carga elétrica necessária.
Meio reação no cátodo (dada pelo enunciado):
Isto significa que para produzir
mol de
são necessários
mol de elétrons, ou seja, uma carga total
igual a
por mol de
.
Portanto a carga total que passou é:
Substituindo:
Calculemos:
Passo 5
Calcular a corrente média
, sabendo que
. Converter o tempo para segundos:
Logo:
Arredondando de forma razoável:
.
Passo 6
Determinar a quantidade de
formada no ânodo.
Meio reação no ânodo (dada pelo enunciado):
Isto mostra que para produzir
mol de
são necessários
mol de elétrons (carga
).
Podemos obter os mols de
de duas formas equivalentes:
- Usando a carga
: . - Usando a relação estequiométrica direta entre
e na eletrólise global: da reação global vemos que mol de correspondem a mol de , logo .
Usando
:
Agora calcular a massa de
usando a massa molar
:
Arredondando de forma razoável:
.