18.14 Uma solução aquosa de nitrato de prata, \mathrm{AgNO}_{3}, é eletrolisada entre eletrodos inertes. Faça um esquema da célula eletrolítica e mostre a direção do fluxo dos elétrons e dos íons. Escreva as semi-reações anódicas e catódicas e a reação da célula sabendo-se que \operatorname{Ag}(s) e \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) são produzidos.

Passo 1

O enunciado pede para montar uma célula eletrolítica usando solução aquosa de \mathrm{AgNO}_3 com eletrodos inertes, indicando o fluxo de elétrons e íons, e escrever as semi-reações no anodo e no catodo, bem como a reação global, sabendo que se formam \mathrm{Ag}(s) e \mathrm{O}_2(g).

Passo 2

Ao dissolver \mathrm{AgNO}_3 em água, obtemos os íons \mathrm{Ag}^+ e \mathrm{NO}_3^-. Como há água em excesso, tanto \mathrm{Ag}^+ quanto \mathrm{H_2O} são candidatos a sofrerem transformação nos eletrodos.

Passo 3

No catodo (polo negativo, onde ocorre redução), o íon \mathrm{Ag}^+ ganha elétron e se transforma em prata metálica:
\mathrm{Ag}^+ + e^- \;\longrightarrow\; \mathrm{Ag}(s)
No anodo (polo positivo, onde ocorre oxidação), a oxidação preferencial é da água, gerando oxigênio gasoso:
2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\longrightarrow\;\mathrm{O}_2(g) + 4\,\mathrm{H}^+ + 4e^-

Passo 4

Para cancelar os elétrons, multiplicamos a semi-reação do catodo por 4 e somamos com a do anodo:
\begin{aligned} 4\mathrm{Ag}^+ + 4e^- &\longrightarrow 4\mathrm{Ag}(s)\\\\ 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l) &\longrightarrow \mathrm{O}_2(g) +4\mathrm{H}^+ +4e^-\\\ \hline 4\mathrm{Ag}^+ +2\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l) &\longrightarrow 4\mathrm{Ag}(s) + \mathrm{O}_2(g) +4\mathrm{H}^+ \end{aligned}

Passo 5

Esquema da célula eletrolítica e fluxos:
Eletrodo de Pt (cátodo, -) || solução de \mathrm{AgNO}_3(aq) || Eletrodo de Pt (ânodo, +)
Fonte DC: terminal - ligado ao cátodo, terminal + ao ânodo
Fluxo de elétrons no circuito externo: do ânodo \to fonte \to cátodo
No eletrólito: \mathrm{Ag}^+ migra para o cátodo e \mathrm{NO}_3^- migra para o ânodo

Resposta

Esquema da célula:
Pt(cátodo, -) || \mathrm{AgNO}_3(aq) || Pt(ânodo, +)
Fonte DC: terminal - \to cátodo; terminal + \to ânodo
No circuito externo: elétrons fluem do ânodo para o cátodo
No eletrólito: \mathrm{Ag}^+ migra para o cátodo; \mathrm{NO}_3^- migra para o ânodo
Semi-reação no catodo:
\mathrm{Ag}^+ + e^- \;\longrightarrow\; \mathrm{Ag}(s)
Semi-reação no anodo:
2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\longrightarrow\;\mathrm{O}_2(g) + 4\,\mathrm{H}^+ + 4e^-
Reação global:
4\,\mathrm{Ag}^+ +2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\longrightarrow\;4\,\mathrm{Ag}(s) + \mathrm{O}_2(g) +4\,\mathrm{H}^+

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