Eletrólise Aquosa

Teoria Completa

O que muda quando, ao invés de colocar uma substância fundida pra sofrer eletrólise, a gente coloca uma solução aquosa dessa substância?

Primeiramente, é um pouco mais fácil né?

Pra fundir um sal, geralmente, a gente precisa de temperaturas muito altas. O que significa muito gasto energético.

Já pra fazer uma solução aquosa de um sal, basta misturar ele com água e tá pronto.

Mas se só houvessem vantagens, ninguém faria a ígnea né?

Qual a desvantagem de fazer a eletrólise aquosa, então?

Quando você faz eletrólise aquosa, os íons da água “concorrem” com os íons do sal pra sofrer a oxirredução.

Experimentalmente, os caras verificaram que só um ânion e só um cátion vão sofrer a oxirredução.

Então, na eletrólise aquosa do N a C l , por exemplo, vamos ter: N a + ,   C l - , H + e O H - .

No cátodo, N a + e H + vão concorrer para serem reduzidos.

Já no ânodo, a concorrência para a oxidação fica entre C l - e O H - .

E a decisão fica por conta dos potenciais de redução e oxidação.

Para os cátions, quem tem maior potencial de redução, vai se reduzir.

Para os ânions, quem tem maior potencial de oxidação (menor potencial de redução), vai se oxidar.

E o outro? O outro vai continuar lá em solução, de boas.

Na prática, a ordem crescente de prioridade para as reações REDOX fica:

No nosso caso do cloreto de sódio em água:

  • O H + tem prioridade maior que metais alcalinos, como o sódio.
  • Ânions não-oxigenados, como o C l - , tem prioridade maior que o O H - .

Portanto:

n o   â n o d o : 2 C l - → C l 2 + 2 e -

n o   c á t o d o : 2 H + + 2 e - → H 2

E a reação global:

A gente teve que multiplicar as duas primeiras reações por 2, pra ter o número certo de C l - e H + das reações redox.

Ou seja, na eletrólise aquosa do N a C l , a gente não consegue produzir o sódio metálico. Produzimos o gás cloro no ânodo e o gás hidrogênio no cátodo.

Além disso, o meio fica básico (olha ali o N a O H dissociado no meio).

Pra terminar então, é bom lembrar essas duas semirreações da água:

  • No cátodo: 2 H + + 2 e - → H 2           E R E D 0 = 0,00   V
  • No ânodo: 2 O H - → 1 2 O 2 + H 2 O + 2 e -           E O X I 0 = - 0,40   V

E é claro que tem exercício de fixação pra quem quiser praticar um pouco!

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria.

Para a eletrólise aquosa do sulfato de cobre II, indique:

a) os íons que concorrem pela redução

b) os íons que concorrem pela oxidação

c) o produto obtido em cada eletrodo

d) a reação global da eletrólise.

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Passo 1

Em uma solução de sulfato de cobre I I , temos os seguintes íons:

C u 2 + ,   S O 4 2 - , H + ,   O H -

Então vamos ver o que acontece quando a gente provoca a eletrólise dessa galera.

Passo 2

a) A Redução ocorre no Cátodo (consoante com consoante, lembra?). E no cátodo, teremos os cátions concorrendo pela redução.

C u 2 + e   H +

Passo 3

b) A Oxidação ocorre no Ânodo (vogal com vogal). E no ânodo vamos ter o ânions concorrendo pela oxidação:

S O 4 2 -   e     O H -

Passo 4

c) Pra saber o produto em cada eletrodo, vamos ter que prever qual dos cátions vai sofrer a redução e qual dos ânion vai sofrer a oxidação.

Pra isso, podemos usar o esquema:

Para os cátions, então, o C u 2 + (demais metais) tem prioridade mais alta do que o H + .

Portanto, o C u 2 + será reduzido e o cobre metálico será produzido, segundo:

C u 2 + + 2 e - → C u 0

Já entre os ânions, o O H - tem prioridade maior do que ânions oxigenados como o S O 4 2 - . Portanto, o O H - será oxidado, formando gás oxigênio, conforme:

2 O H - → 1 2 O 2 + H 2 O + 2 e -

Resumindo, os produtos obtidos serão:

  • Cobre metálico no cátodo.
  • Gás oxigênio no ânodo.

Obs: a água também será produzida no ânodo (segundo aquela reação de oxidação aí de cima), mas ela acaba ficando misturada no meio mesmo. Já produtos gasosos como o O 2 ou sólidos como o C u , podem ser separados do meio e “obtidos” de fato!

Passo 5

d) E a reação global?

Já temos a reação de redução:

C u 2 + + 2 e - → C u 0

E a de oxidação:

2 O H - → 1 2 O 2 + H 2 O + 2 e -

Além disso temos a dissociação do sal:

C u S O 4 → C u 2 + + S O 4 2 -

E a autoionização da água:

H 2 O ⇌ O H - + H +

Como na reação de oxidação a gente tem 2 mols de O H - , vamos ter que multiplicar a autoionização da água, pra produzir doir mols de O H - :

2 H 2 O ⇌ 2 O H - + 2 H +

Juntando tudo isso em uma só reação, a global, vamos ter:

A gente ainda pode multiplicar a reação como um todo por dois, pra ter apenas coeficientes inteiros, e indicar o estado físico dos reagente e produtos:

2 C u S O 4 ( s ) + 2 H 2 O ( l ) → 2 C u ( s ) + O 2 ( g ) + 2 S O 4 ( a q ) 2 - + 4 H ( a q ) +

Ou seja, além de produzir o cobre metálico no cátodo e o gás oxigênio no ânodo, a eletrólise provoca a acidificação do meio!

Resposta

a) C u 2 +   e     H +

b) S O 4 2 -   e     O H -

c) Cobre metálico no cátodo e gás oxigênio no ânodo

d) 2 C u S O 4 ( s ) + 2 H 2 O ( l ) → 2 C u ( s ) + O 2 ( g ) + 2 S O 4 ( a q ) 2 - + 4 H ( a q ) +

Exercício Resolvido #2

UERJ. Professor Nilson Bispo. Lista de Eletroquímica. Questão 03.

Uma solução aquosa de N a 2 S O 4 é eletrolisada usando-se eletrodos inertes. Uma corrente de 1,00 A passa através da solução durante 1 dia. Quantos gramas de cada produto gasoso são formados?

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Passo 1

Primeiro precisamos identificar quais produtos serão formados.

Numa solução de N a 2 S O 4 , temos os íons do sal e os íons da água “concorrendo”.

No cátodo, os cátions N a + e H + concorrem pela redução.

No ânodo, os ânions S O 4 2 - e O H - concorrem pela oxidação.

Pelo esquema:

O H + tem prioridade maior que os metais alcalinos (como o sódio, N a ).

Já o O H - tem prioridade maior que os ânions oxigenados, como o S O 4 2 - .

Portanto, só os íons da água vão sofrer eletrólise.

No cátodo o H + vai ser reduzido a H 2 e no ânodo o O H - vai ser oxidado a O 2 . Estes são os produtos REDOX da água.

Passo 2

Agora vamos pras contas.

A corrente aplicada é de 1,00 A.

i = 1,00   A

E essa corrente é aplicada durante 24 horas.

t = 24   h = 86400   s

Portanto, a carga aplicada é igual a:

Q = i   .   t = 1,00   .   86400 = 86400   C

Como:

Q = n   .   F

O número de elétrons transportados será igual a:

n = Q F = 86400 96495 = 0,895   m o l

Passo 3

No cátodo:

2 H + + 2 e - → H 2

Ou seja, pra cada mol de elétrons, meio mol de H 2 é formado no cátodo.

Como temos 0,895 mol de elétrons, o número de mols de H 2 será:

n H 2 = n e 2 = 0,895 2 = 0,4475   m o l

Portanto, a massa de gás hidrogênio produzida pode ser calculada por:

M M H = 1,008   g / m o l

M M H 2 = 2   .   M M H = 2   .   1,008 = 2,016   g / m o l

m H 2 = n H 2   .   M M H 2 = 0,4475   .   2,016 = 0,902   g

Então, no cátodo, 0,902 gramas de H 2 serão formados.

Passo 4

No ânodo:

2 O H - → 1 2 O 2 + H 2 O + 2 e -

Ou seja, pra formar 1 mol de gás oxigênio, 4 mols de elétrons precisam ser transportados.

4 O H - → 1 O 2 + 2 H 2 O + 4 e -

Como temos 0,895 mol de elétrons, o número de mols de O 2 será:

n O 2 = n e 4 = 0,895 4 = 0,224   m o l

Portanto, a massa de gás oxigênio produzida pode ser calculada por:

M M O = 15,999   g / m o l

M M O 2 = 2   .   M M O = 2   .   15,999 = 31,998   g / m o l

m O 2 = n O 2   .   M M O 2 = 0,224   .   31,998 = 7,17   g

Então, 7,17 gramas de O 2 serão formados no ânodo.

Passo 5

Observação: Se alguém realmente quer produzir gás hidrogênio e gás oxigênio por eletrólise, pra que adicionar N a 2 S O 4 no meio?

Bem, a água pura é um eletrólito beeem ruim. Ela não conduz muita eletricidade (uma vez que a concentração de íons nela é bem baixa ~ 10 - 14   M ).

Por isso, a adição de um sal que não atrapalhe a eletrólise, pode ser favorável. Pois aumenta a concentração iônica do meio e, assim, a condução de eletricidade.

Resposta

0,902 gramas de H 2 e 7,17 gramas de O 2 .

Exercício Resolvido #3

UDESC – Professora Carla D. Química Geral e Inorgânica. Lista de Eletroquímica. Questão 10.

Quanto tempo é necessário para depositar, por galvanização, 1,50 g de prata a partir de uma solução de A g N O 3 (nitratao de prata), usando uma corrente de 13,6 mA?

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Passo 1

Primeiro de tudo e antes de mais nada, tá vendo aquela palavrinha mágica ali? “Solução” .

Se uma SOLUÇÃO de nitrato de prata está sendo usada, a prata está concorrendo com o H + da água, no catodo, pra sofrer redução.

Segundo: