Sobre as técnicas coulométricas responda:
Calcule o potencial inicial necessário para gerar uma corrente de 0,050 \mathrm{~A} na célula: \mathrm{Sn}\left|\mathrm{Sn}^{2+}\left(0,03 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}\right)\right|\left|\mathrm{Zn}^{2+}\left(0,05 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}\right)\right| \mathrm{Zn}
Se essa célula tiver uma resistência de 20,00 \Omega
Passo 1
O que o enunciado pede: calcular o potencial inicial (tensão aplicada) necessário para gerar uma corrente de \,0,050\\ \mathrm{A} na célula dada, quando a resistência da célula (externa) é \,20,00\\ \Omega.
Não foi dada temperatura; vou assumir a temperatura padrão (25^\circ\mathrm{C}) para usar a equação de Nernst na forma usuais com constante 0,05916\\ \mathrm{V}.
Passo 2
Entender as semi-reações e os potenciais padrão. Valores típicos de potenciais padrão de redução (consultados em tabela-padrão):
A reação espontânea (com E^\circ_{cell}>0) é a que tem redução no eletrodo com potencial de redução mais positivo: \mathrm{Sn}^{2+} + 2e^- \to \mathrm{Sn} (redução) e \mathrm{Zn} \to \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^- (oxidação). Para essa reação espontânea a força eletromotriz padrão é
Arredondando razoavelmente: E_{cell}\approx 0,613\\ \mathrm{V}. Esse valor é o potencial da célula para a reação espontânea (Zn oxidando, Sn2+ reduzindo).
Passo 4
Interpretar a orientação dada e a tensão necessária. A célula foi escrita como
ou seja, os eletrodos estão invertidos em relação à reação espontânea. Para fazer a reação na direção indicada pela notação dada (isto é, para oxidar \mathrm{Sn} e reduzir \mathrm{Zn}^{2+}) é preciso vencer a força eletromotriz espontânea contrária. Em módulo, essa oposição é |E_{cell}|\approx 0,613\\ \mathrm{V}.
Além disso, para manter uma corrente I através da resistência R é preciso fornecer uma queda de tensão I\!R. Em um circuito simples a equação de malha (sinais escolhidos para indicar que a fonte deve superar o emf da célula) leva à expressão prática:
V_{\text{aplicado}} = |E_{cell}| + I\,R.
Ou seja, a fonte precisa fornecer a tensão para vencer a célula que atua contra e ainda entregar a tensão que cai no resistor para produzir a corrente desejada.
Passo 5
Calcular a queda ôhmica e a tensão total necessária: