Enunciado

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Identifique, na lista a seguir, as reações em que K > 1 . Escreva, para essas reações, as meia-reações balanceadas de oxidação e de redução e oxidação. Mostre que K > 1 pelo cálculo da a energia livre padrão de Gibbs da reação. Use os menores coeficientes inteiros para balancear as equações.

Passo 1

Bora começar mais umaaa!

Pela equação podemos assumir que ela ficará assim:

M g 2 + + C u → C u 2 +   + M g

O que vemos é o M g 2 + se reduzindo a M g e o C u oxidando a C u 2 +   .

Então:

E 0 M g 2 + /   M g = - 2,37   V

E 0 C u 2 +   /   C u = + 0,15   V

É bom lembrarmos que nas reações espontâneas, K > 1 , as espécies com potencial mais positivo (ou menos negativo) sofrem redução, enquanto as espécies com potencial menos positivo (ou mais negativo) sofrem oxidação.

Neste caso, quem sofre redução é a espécie menos positiva e, portanto a reação não é espontânea. Ou seja, K ≤ 1 .

Vamos ver o que acontece na letra b.

Passo 2

Analisando a equação que nos foi dada, podemos deduzir que ela ficará assim:

A l + P b 2 + → A l 3 + + P b

Nesta reação, P b 2 + é reduzido para P b enquanto o A l é oxidado a A l 3 + .

Neste caso temos:

E 0 P b 2 + /   P b = - 0,13   V

E 0 A l 3 + /   A l = - 1,66   V

O potencial mais positivo é quem reduz aqui, então a reação é espontânea !

Se já sabemos que a reação é espontânea, podemos escrever as meia reações:

C a t o d o :       3 P b 2 + + 6 e - → 3 P b

A n o d o :     2   A l → 2   A l 3 + + 6 e -

Reescrevendo os potenciais padrão:

E 0 C = E 0 P b 2 + /   P b = - 0,13   V

E 0 A = E 0 A l 3 + /   A l = - 1,66   V

Se o potencial padrão da célula é:

E 0 c é l u l a = E 0 C - E 0 A

Substituindo:

E 0 c é l u l a = - 0,13   V - ( - 1,66 ) = 1,53   V

Com ente potencial poderemos calcula a energia livre de Gibbs padrão:

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 6   e l é t r o n s

F = 9,66485 × 10 4 C m o l

Substituindo:

∆ G ° = - 6 9,66485 × 10 4 C m o l 1,53   V = - 88,6 × 10 4 C V m o l

Se:

1 C V = 1 J

∆ G ° = - 88,6 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 886 k J m o l

Quando ∆ G ° < 0 a reação é espontânea, ou seja, K > 1 !

Passo 3

A letra c nós teremos:

H g 2 2 + + C e 3 + → H g + C e 4 +  

Nesta reação, H g 2 2 + é reduzido para H g enquanto o C e 3 + é oxidado a C e 4 + .

Neste caso temos:

E 0 H g 2 2 + /   H g = + 0,85   V

E 0 C e 3 + /   C e 4 + = + 1,6 1   V

Novamente nós temos o potencial menos positivo sofrendo redução, ou seja, a reação não é espontânea!

Passo 4

Calmaaa! Estamos quase acabando!

Z n + S n 2 + → Z n 2 + + S n

Nesta reação, S n 2 + é reduzido para S n enquanto o Z n é oxidado a Z n a q 2 + .

Neste caso temos:

E 0 S n 2 + /   S n = - 0 , 14   V

E 0 Z n /     Z n 2 + = - 0,76   V

Como a espécie mais positiva é aquela que reduz, então a reação é espontânea, ou seja, K > 1 !

Se já sabemos que a reação é espontânea, podemos escrever as meia reações:

C a t o d o :       S n 2 + + 2 e - → S n

A n o d o :     Z n →   Z n 2 + + 2 e -

Reescrevendo os potenciais padrão:

E 0 C = E 0 S n 2 + /   S n = - 0,14   V

E 0 A = E 0 Z n /     Z n 2 + = - 0,76   V

Se o potencial padrão da célula é:

E 0 c é l u l a = E 0 C - E 0 A

Substituindo:

E 0 c é l u l a = - 0,1 4   V - ( - 0,76 ) = 0,62   V

Com ente potencial poderemos calcula a energia livre de Gibbs padrão:

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 2   e l é t r o n s

Substituindo:

∆ G ° = - 2 9,66485 × 10 4 C m o l 0,62   V = - 12 × 10 4 C V m o l

Ou:

∆ G ° = - 12 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 120 k J m o l

Quando ∆ G ° < 0 a reação é espontânea, ou seja, K > 1 !

Passo 5

Força guerreiros! Estamos na última !

O que pode acontecer aqui é o seguinte:

O 2 + H + + H g → H 2 O + H g 2 2 +

Nesta reação, O 2 é reduzido para H 2 O enquanto o H g é oxidado a H g 2 2 + .

Neste caso temos:

E 0 H g 2 2 + /   H g = 0,79   V

E 0 O 2 /     H 2 O = 1,23   V

Como a espécie mais positiva é aquela que reduz, então a reação é espontânea, ou seja, K > 1 !

Se já sabemos que a reação é espontânea, podemos escrever as meia reações:

C a t o d o :       O 2 + H + + 4 e - → 2 H 2 O

A n o d o :     2 H g →   2 H g 2 2 + + 4 e -

Reescrevendo os potenciais padrão:

E 0 C = E 0 H g 2 2 + /   H g = 0,79   V

E 0 A = E 0 O 2 /     H 2 O = 1,23   V

Se o potencial padrão da célula é:

E 0 c é l u l a = E 0 C - E 0 A

Substituindo:

E 0 c é l u l a 0,79   V - 1,23 = 0 , 44   V

Com ente potencial poderemos calcula a energia livre de Gibbs padrão:

∆ G ° = - n F E c é l u l a 0

Lembrando que:

n = 4   e l é t r o n s

Substituindo:

∆ G ° = - 4 9,66485 × 10 4 C m o l 0 , 44   V = - 1 7 × 10 4 C V m o l

Ou:

∆ G ° = - 1 7 × 10 4 J m o l × 1   k J 10 3   J = - 1 7 0 k J m o l

Quando ∆ G ° < 0 a reação é espontânea, ou seja, K > 1 !

Ufaaaaa! :P

Resposta

  1. M g 2 + + C u → C u 2 +   + M g ,
  2. R e a ç ã o   N ã o   E s p o n t â n e a ;

  3. A l + P b 2 + → A l 3 + + P b
  4. C a t o d o :       3 P b 2 + + 6 e - → 3 P b

    A n o d o :     2   A l → 2   A l 3 + + 6 e -

    E 0 c é l u l a = + 1,53   V | ∆ G ° = - 886 k J m o l ;

  5. H g 2 2 + + C e 3 + → H g + C e 4 +
  6. R e a ç ã o   n ã o   e s p o n t â n e a ;

  7. Z n + S n 2 + → Z n 2 + + S n
  8. C a t o d o :       S n 2 + + 2 e - → S n

    A n o d o :     Z n →   Z n 2 + + 2 e -

    E 0 c é l u l a = + 0,62   V | ∆ G ° = - 120 k J m o l ;

  9. O 2 + H + + H g → H 2 O + H g 2 2 +

C a t o d o :       O 2 + H + + 4 e - → 2 H 2 O

A n o d o :     2 H g →   2 H g 2 2 + + 4 e -

E 0 c é l u l a = + 0,44   V | ∆ G ° = - 1 7 0 k J m o l .

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