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Exercícios sobre eletrólise em série

Com estes exercícios, você poderá avaliar seus conhecimentos sobre eletrólise em série, técnica muito empregada na determinação da massa ou volume de gases formados durante uma eletrólise.

Questão 1

Quando realizamos a eletrólise em série de soluções aquosas de Zn(NO3)2 e TiSO4, foram formados 50g de zinco metálico no cátodo da primeira cuba. A massa de titânio depositada na segunda cuba é de aproximadamente? (Dados: Zn = 200 u; Ti= 64 u)

a) 56 g

b) 46 g

c) 36 g

d) 26 g

e) 16 g

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Questão 2

Duas cubas eletrolíticas ligadas em série contêm soluções aquosas de FeSO4 e PbSO4 e recebem a passagem de uma corrente elétrica. Após a passagem, verifica-se a presença de um depósito de 30 g de ferro na primeira cuba. Determine a massa de chumbo que será depositada na segunda cuba.

a) 120 g

b) 200 g

c) 250 g

d) 111 g

e) 91 g

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Questão 3

(FEI-SP) Duas cubas eletrolíticas dotadas de eletrodos inertes, ligadas em série, contêm, respectivamente, solução aquosa de AgNO3 e solução aquosa de Kl. Certa quantidade de eletricidade acarreta a deposição de 108 g de prata na primeira cuba. Em relação às quantidades e à natureza das substâncias liberadas, respectivamente, no cátodo e no ânodo da segunda cuba, pode-se dizer (massas atômicas (u): H = 1; O = 16; K = 39; Ag = 108; I = 127):

a) 39 g de K e 8 g de O2

b) 11,2 L (CNTP) H2 e 127 g de I2

c) 11,2 L (CNTP) H2 e 5,6 g de O2

d) 39 g de K e 127 g de I2

e) 1 g de H2 e 254 g de I2

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Questão 4

(ITA-SP) Uma cuba eletrolítica com eletrodos de cobre e contendo solução aquosa de Cu(NO3)2 é ligada em série a outra provida de eletrodos de prata e contendo solução aquosa de AgNO3. Esse conjunto de cubas em série é ligado a uma fonte durante certo intervalo de tempo. Nesse intervalo de tempo, um dos eletrodos de cobre teve um incremento de massa de 0,64 g. O incremento de massa em um dos eletrodos da outra célula deve ter sido de? (Massas molares (g/mol): Cu = 64; Ag = 108)

a) 0,32 g

b) 0,54 g

c) 0,64 g

d) 1,08 g

e) 2,16 g

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Respostas

Resposta Questão 1

Letra c). Os dados necessários para a resolução da questão são:

• Massa de zinco formado (mZn): 50 g

• Massa molar do zinco (mZn): 65 g/mol (presente na tabela periódica)

• Massa molar do titânio (MTi): 48 g/mol (presente na tabela periódica)

• Massa de titânio formada (mTi): ?

• Carga do zinco (KZn): +2 (NOX fixo)

• Carga do titânio (KTi): +2 (O NOX do titânio aqui é +2 porque faz parte do composto iônico TiSO4. O composto não possui índice na frente do cátion Ti e do ânion SO4. Como o SO4 é -2, logo, o NOX do Ti será +2.)

Para determinar a massa de prata formada, basta utilizar os dados na seguinte expressão para eletrólise em série:

mZn.KZn = mTi.KTi
    MZn         MTi  

50.2 = mTi.2
  65      48  

65.mTi.2 = 100.48

130.mTi = 4800

mTi = 4800
         130

mTi = 36,92 g

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Resposta Questão 2

Letra d). Os dados necessários para a resolução da questão são:

•  Massa de ferro formado (mFe): 30 g

•  Massa molar do ferro (mFe): 56 g/mol (presente na tabela periódica)

•  Massa molar do chumbo (MPb): 208 g/mol (presente na tabela periódica)

•  Massa de chumbo formada (mPb): ?

•  Carga do ferro (KFe): + 2 (O NOX do ferro aqui é +2 porque faz parte do composto iônico FeSO4. O composto não possui índice na frente do cátion Pb e do ânion SO4. Como o SO4 tem NOX fixo -2, logo, o NOX do Pb tem que ser +2.)

•  Carga do chumbo (KPb): +2 (O NOX do chumbo aqui é +2 porque faz parte do composto iônico PbSO4. O composto não possui índice na frente do cátion Pb e do ânion SO4. Como o SO4 tem NOX fixo -2, logo o NOX do Pb tem que ser +2);

Para determinar a massa de prata formada, basta utilizar os dados na seguinte expressão para eletrólise em série:

mFe.KFe = mTi.KPb
    MFe         MPb

30.2 = mTPb.2
56       208

56.mPb.2 = 60.208

112.mPb = 12480

mTi = 4800
         112

mTi = 111 g

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Resposta Questão 3

Os dados fornecidos pelo exercício foram:

• Massa molar da prata (MAg): 108 g/mol

• Massa de prata formada (mAg): 108

• Carga da prata (KAg): +1 (NOX fixo)

• Carga do potássio (KK): +1 (NOX fixo, por ser da família IA)

• Carga do iodo (KI): -1 (NOX fixo, por ser da família VIIA)

1o Passo: Análise da eletrólise aquosa (íons presentes)

Está ocorrendo uma eletrólise aquosa, pois temos a presença de dois sais (AgNO3 e KI) dissolvidos em água. Ao serem dissolvidos em água, esses sais fornecem os íons K+, Ag+, I- e NO3- (provenientes dos sais). Como a água sofre ionização, também temos os íons H+ e OH- (provenientes da água).

Quando a corrente elétrica (primordial em uma eletrólise) chegar a essas cubas, apenas um cátion sofrerá descarrega e formará uma substância. De acordo com a escala de descarga seletiva de íons,

•  na cuba em que está o AgNO3, o Ag do sal sofrerá descarga por ser mais reativo que o hidrônio (H+) da água, enquanto o OH- da água sofrerá descarga por ser mais reativo que o nitrato (NO3-) do sal. Como resultado, teremos a formação de prata sólida e gás oxigênio.

•  Na cuba em que está o iodeto de potássio (KI), o hidrônio (H+) da água sofrerá hidrólise por ser mais reativo que o potássio (K), enquanto o iodo sofrerá descarga por ser mais reativo que o hidróxido (OH-) da água. Como resultado, teremos a formação de gás hidrogênio e iodo sólido (a substância simples formada pelo iodo é sempre sólida).

2o Passo: Volume de H2 formado:

Quando a água sofre ionização, ela produz 2 mol de cátion H+.

H2O → H+ + OH-

Quando o H+ recebe elétrons, ele forma o gás hidrogênio. São necessários 2 mol de elétrons e hidrônios para a equação ficar balanceada:

2 H+ + 2 e → H2

Existem 2 mol de elétrons para 1 mol de gás hidrogênio, logo, temos 2 Faraday de elétrons para 1 Faraday de hidrogênio. Como a quantidade de litros em 1 mol é 22,4 L, temos que:

2 Faraday de elétrons---------22,4 L de H2

1 mol de H2-----x

x = 2,4
       2 

x = 11,2 L de H2

Como a quantidade de H+ foi alterada para a formação do H2, a equação da água apresenta um novo balanceamento:

2 H2O → 2 H+ + 2 OH-

3o Passo: Massa de I2 formada

Quando o iodo perde elétrons (por ser um ânion) durante a eletrólise, forma uma substância simples de fórmula I2.

I- → I2 + 1 e

A equação deve ser balanceada para igualar as quantidades de átomos e elétrons:

2 I- → I2 + 2 e

Temos que 1 mol de I2 está para 2 mol de elétrons, ou seja, 1 mol de Faraday de I2 está para 2 Faraday de elétrons. Como o Faraday está relacionado a massa molar:

254 g/mol------2 Faraday de elétrons

x------------1 Faraday

2.x = 254

x = 254
     2    

x = 127 g

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Resposta Questão 4

Letra e). Os dados fornecidos pelo exercício foram:

•  Massa de cobre formada (mCu): 0,64 g

•  Massa molar do cobre (mCu): 64 g/mol (presente na tabela periódica)

•  Massa molar da prata (MAg): 108 g/mol (presente na tabela periódica)

•  Massa de prata formada (mAg): ?

•  Carga da prata (KAg): +1 (NOX fixo)

•  Carga do cobre (KCu): +2 (O NOX do cobre aqui é +2 porque faz parte do composto iônico Cu(NO3)2, sendo o índice 2 originário do Cu.)

Para determinar a massa de prata formada, basta utilizar os dados na seguinte expressão para eletrólise em série:

mCu.KCu = mAg.KAg
    MCu          MAg  

0,64.2 = mAg.1
   64        108  

64.mAg = 1,28.108

64.mAg = 138,24

mAg = 138,24
             64 

mAg = 2,16 g

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