A seguir são apresentadas algumas semi-equações de redução:
Fe^3+(aq)+e- Fe^2+(aq)
varepsilon^0=+0,77 V
S2 O6 ^2-(aq)+4 H^+(aq)+2 e- 2 H2 SO3(aq) varepsilon^o=+0,60 V
N2 O(aq)+2 H^+(aq)+2 e- N2(g)+H2 O(l) varepsilon^0=-1,77 V
VO2 ^+(aq)+2 H^+(aq)+e- VO^2+(aq)+H2 O(l) varepsilon^0=+1,00 V
a) Escreva as equações químicas balanceadas para a oxidação de Fe^2+(aq) por S2 O6 ^2-(aq), por N2 O(aq) e por VO2 ^+(aq). Calcule o De para cada uma dessas reações. Indique se cada uma das reações é ou não espontânea.
b) Calcule a constante de equilíbrio para cada umas reações apresentadas no item anterior à 298 K.

Passo 1

Beleza, o enunciado tá pedindo pra gente pegar três pares de semi-reações (com seus potenciais padrão ), montar as reações globais em que é oxidado por cada um dos três oxidantes, calcular de cada reação e dizer se rola espontaneidade. Depois, ainda precisamos achar a constante de equilíbrio a 298 K.
Conteúdo: eletroquímica de pilhas, onde usamos
  1. ;
  2. ;
  3. .
    Vamos do início, explicando tudo passo a passo.

Passo 2

Reação com 2,Fe^2+ ;to; 2,Fe^3+ + 2e^- :
  1. Semi-reações (padrão):
    S2O6^2- + 4H^+ + 2e^- ;to; 2,H2SO3 , S2O6^2- + 4H^+ + 2,Fe^2+ ;to; 2,H2SO3 + 2,Fe^3+ (inversa, pois E^0cel = E^0cat - E^0an = +0,60 - (+0,77) = -0,17 V será oxidado).
    , (redução, como está).
  2. Balanceando: a oxidação de ferro libera 1 e⁻, a redução do persulfito consome 2 e⁻, então duplicamos a oxidação:
Combina com a outra:
→ reação global:
  1. Potencial da célula:
  1. .
    Como , não é espontânea.

Passo 3

Reação com 2,Fe^2+ to 2,Fe^3+ + 2e^- :
  1. Semi-reações:
    N2O + 2H^+ + 2e^- to N2 + H2O , N2O + 2H^+ + 2,Fe^2+ to N2 + H2O + 2,Fe^3+ (inverter).
    , .
  2. Balanceamento: a oxidação do Fe dá 1 e⁻, mas a redução do óxido nitroso exige 2 e⁻, então dobramos a oxidação:
Combina com
→ global:
  1. .
  2. .
    Não é espontânea ( ).

Passo 4

Reação com VO2^+ + 2H^+ + Fe^2+ ;to; VO^2+ + H2O + Fe^3+ :
  1. Semi-reações:
    , (inverter).
    , (redução).
  2. Ambas usam 1 e⁻, então o global é direto:
  1. .
  2. .
    Como , é espontânea.

Passo 5

Agora, calculando via , ou a 298 K ( ):
  1. Para S O :
    mas como , na prática .
    .
  2. Para N O:
    , .
    (extremamente pequeno).
  3. Para VO :
    , .
    .

Resposta

a) Equações globais e :
  1. , J (não espontânea).
  2. , J (não espontânea).
  3. , J (espontânea).
    b) Constantes de equilíbrio a 298 K:

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