(Ufpr) Na pilha de Daniell, barras de cobre e zinco se encontram mergulhadas em soluções de sulfato de cobre (II) e sulfato de zinco, respectivamente. As duas soluções estão separadas por uma parede porosa. Sabendo que os potenciais-padrão de redução são:
a) Escreva as reações espontâneas que ocorre na pilha de Daniell.
b) Calcule a diferença de potencial da pilha.
c) Desenhe a pilha de Daniell indicando, através de setas, como os elétrons fluem através de um circuito externo que conecta os eletrodos.

Passo 1

Beleza, então o enunciado diz que temos uma pilha de Daniell com eletrodos de cobre e zinco em suas soluções de sulfato, separados por uma ponte porosa. O conteúdo aqui é eletroquímica básica: reações de oxirredução, potenciais padrão de redução e como calcular a força eletromotriz (E°) de uma pilha. Para resolver vamos precisar:
  1. Identificar qual semi-reação vai ocorrer como redução (cátodo) e qual como oxidação (ânodo) com base nos potenciais-padrão.
  2. Inverter a semi-reação do ânodo (porque lá ocorre oxidação) e somar as duas para achar a reação global.
  3. Calcular E° da pilha pela fórmula
Epilha^0 = Ecátodo^0 - Eânodo^0 áâ
  1. Descrever como os elétrons fluem no circuito externo.

Passo 2

Parte (a): escrever as reações espontâneas.
  1. Olha os potenciais-padrão de redução:
Cu^2+ + 2e^- &to Cu E^0 = +0,34 V Zn^2+ + 2e^- &to Zn E^0 = -0,76 V
Quem tiver o potencial-padrão mais positivo é quem se reduz (cátodo). Então:
– Cátodo (redução):
Cu^2+ + 2e^- ;to; Cu
– Ânodo (oxidação): inverter a reação de redução do zinco:
Zn ;to; Zn^2+ + 2e^-
Somando as duas, a reação global espontânea na pilha é:
Zn + Cu^2+ ;to; Zn^2+ + Cu

Passo 3

Parte (b): calcular a diferença de potencial da pilha.
A fórmula geral para pilha é
Epilha^0 = Ecátodo^0 - Eânodo^0 áâ
Aqui o cátodo é Cu ( Epilha^0 = +0,34 V ;-; (-0,76 V) = +1,10 V ) e o potencial de redução do zinco ( ) a gente usa como â. Então:

Passo 4

Parte ©: desenhar a pilha e indicar o fluxo de elétrons.
Já que não dá pra rabiscar aqui, imagina assim:
– No lado esquerdo você tem a barra de Zn mergulhada em solução de ZnSO₄ (ânodo);
– No lado direito a barra de Cu em solução de CuSO₄ (cátodo);
– Entre elas, uma ponte porosa (ou salina) que fecha o circuito iônico.
Os elétrons saem do ânodo (Zn), via fio externo, e vão para o cátodo (Cu). Então você desenha uma seta do Zn em direção ao Cu indicando esse fluxo de elétrons.

Resposta

a)
Ânodo (oxidação):
Cátodo (redução):
Reação global:
b)
c) Esquema:
Zn(s) | ZnSO₄(aq) || CuSO₄(aq) | Cu(s)
Elétrons fluem de Zn (ânodo) → Cu (cátodo).

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