Exercícios sobre eletrólise em série

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

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

(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

(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

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

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

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

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