Enunciado

Considere uma célula voltaica de Z n e C u , em que a solução de C u + + contenha 10   g desses íons. Calcule: (a) a carga total que a célula pode fornecer; (b) a energia elétrica total que se pode retirar da célula antes que ela seja recarregada.

Passo 1

Para você que gostava de química no ensino médio, essa é uma questão mais de química do que de física. Bora que vou te ajudar a resolver!

A reação química responsável por gerar a corrente elétrica que dá origem a pilha nesse problema é

C u + + + 2 e - → C u

A massa molar do cobre é M C u = 63,5   g / m o l . Assim, 10   g de cobre equivalem a

n = 10 63,5 = 0,16   m o l

Pela proporção estequiométrica da reação:

1   m o l   C u     :     2   m o l   d e   e -

Assim, a quantidade de elétrons que fluíram pela pilha em mols foi

n = 2 ⋅ 0,16 = 0,32   m o l

Você deve saber também que 1 mol de elétrons equivale a 6,02 ⋅ 10 23 elétrons, de modo que a quantidade de elétrons foi

N = 0,32 ⋅ 6,02 ⋅ 10 23 = 0,96 ⋅ 10 23

Daí, basta multiplicar pela carga elementar e = 1,6 ⋅ 10 - 19   C que achamos a carga total:

Q = 0,96 ⋅ 10 23 ⋅ 1,6 ⋅ 10 - 19

Portanto,

Q = 1,5 ⋅ 10 4   C

Passo 2

Na seção 23.2.2 do livro foi apresentada essa célula voltaica (pilha) e a ddp dela é

E = 1,10   V

Para achar a energia total fornecida pela pilha, basta multiplicar a ddp pela carga total que flui por ela:

E = Q E = 1,5 ⋅ 10 4 ⋅ 1,10

Assim,

E = 1,65 ⋅ 10 4   J

Resposta

Q = 1,5 ⋅ 10 4   C

E = 1,65 ⋅ 10 4   J

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