Uma solução aquosa de
é eletrolisada numa célula com eletrodos de platina, mediante a passagem de uma corrente elétrica constante de 268 mA , durante 1 hora. No catodo, além da eletrodeposição de níquel, foi observada a formação de
(CNTP) de um certo gás. Assinale a opção que apresenta a razão percentual correta entre a carga elétrica utilizada para a eletrodeposição de níquel e a carga elétrica total que circulou pelo sistema:
a) 10
b) 25
c) 50
d) 75
a) 10
b) 25
c) 50
d) 75
Passo 1
O enunciado pede que a gente ache a razão percentual entre a carga elétrica usada para a eletrodeposição de níquel e a carga elétrica total que passou pela célula. Informações dadas:
- Corrente elétrica:
. - Tempo de eletrólise:
. - No cátodo, além do depósito de níquel, formou-se
de um gás, medidos em CNTP (condições normais). - Eletrodos de platina; solução aquosa de
.
O que se deve calcular: a porcentagem da carga total que foi realmente utilizada na redução de(eletrodeposição de Ni).
Passo 2
Calcular a carga elétrica total que passou pela célula. Lembre que carga é corrente vezes tempo:
Converter unidades:
. Tempo
. Então
Explanação: a corrente em ampères é coulombs por segundo, então multiplicando por segundos obtemos a quantidade total de carga em coulombs.
Passo 3
Identificar o gás formado no cátodo e a reação responsável. Em eletrólise de solução aquosa de
no cátodo podem ocorrer:
- redução de
: ; - redução da água / dos íons hidrogênio gerando
: (ou ).
Como foi observado gás no cátodo, esse gás é hidrogênio (). Cada mol de produzido consome mol de elétrons (porque são 2 elétrons por molécula de ).
Passo 4
Calcular o número de mols do gás formado usando o volume na CNTP. Em CNTP
mol de gás ideal ocupa
.
Volume observado: . Logo
Volume observado:
Explicação: divisão direta do volume pelo volume molar em CNTP.
Passo 5
Calcular a carga elétrica consumida para formar esse
. Cada mol de
requer
mol de elétrons. Usamos a constante de Faraday
(carga de um mol de elétrons). Então a carga usada para o gás é
com
. Substituindo:
Interpretação: cerca de
do total foram “gastados” produzindo hidrogênio.
Passo 6
Calcular a carga que efetivamente foi usada para a eletrodeposição de níquel: é a carga total menos a carga gasta na formação do gás:
Explicação: a corrente que passou se divide entre as diferentes reações ocorrendo; a parcela que sobrou foi usada para reduzir
.
Passo 7
Calcular a razão percentual pedida (carga usada para Ni em relação à carga total), ou seja
Substituindo os valores:
Arredondamento: aproximadamente
. Interpretação: cerca de
da carga total serviu para depositar níquel; cerca de
foi consumida na geração de
.