Eletrólise em solução aquosa – Aula de Química Enem

“Energia elétrica proveniente de fonte externa, é utilizada para produzir reações de oxidação-redução (redox) não espontâneas.”

Obs.: A fonte de energia externa não pode criar nem destruir elétrons.

Ex.:

Funcionamento

Eletrólise do NaCl em solução aquosa.

Ocorre competição entre dissociação da água e do NaCl:

Dissociação da água

Dissociação do NaCl

No polo negativo, pode ser reduzido o H+ a H2 ou Na+ a Na0

No polo negativo, pode ser oxidado o Cl– ou o HO–

Polo

negativo

No caso, ocorrerá primeiramente a descarga (redução) do cátion H+ no polo negativo e descarga (oxidação) do ânion Cl– no polo positivo. Pois estes são mais reativos.

Ordem de redução dos cátions

Au3+ > Pt2+ > Hg2+ > Ag+ > Cu2+ > Ni2+ > Cd2+ > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > Mn2+ > H3O+ > Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+ > Ba2+ > K+ > Li+ > Cs+

Ordem de oxidação dos ânions

Ânions não oxigenados e o HSO4– > HO– > ânions oxigenados e o F–

Análise quantitativa da eletrólise

Leis da eletroquímica

• • Primeira Lei de Faraday

m = k’.Q Q= i.Δt

onde:

m= massa formada ou transformada

k’= constante de proporcionalidade

Q= quantidade de carga elétrica aplicada

i= intensidade da corrente elétrica

Δt= intervalo de tempo

Assim:

m= k’.i.Δt

Quanto maior a intensidade da corrente elétrica, maior a massa formada.

• • Segunda Lei de Faraday

m= k’’.E

onde:

m= massa formada ou transformada

k’’= constante de proporcionalidade

E= equivalente-grama (é o quociente entre a massa molar pela valência (carga) do átomo).

Para células eletrolíticas ligadas ou conectadas em série:

Equação geral da eletroquímica

Onde constante de Faraday (F) = 96500 C/mol

I em ampères e t em segundos

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Desafios

Questão 1

A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais com maior rendimento no processo de eletrólise, com uma recuperação de aproximadamente 99,9%. Por ser um metal de alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua recuperação torna-se viável economicamente.

Suponha que, em um processo de recuperação de cobre puro, tenha-se eletrolisado uma solução de sulfato de cobre (II) (CuSO4) durante 3h, empregando-se uma corrente elétrica de intensidade igual a 10A. A massa de cobre puro recuperada é de aproximadamente.

Dados: Constante de Faraday F= 96500 C/mol; Massa molar em g/mol: Cu= 63,5.

a) 0,02g

b) 0,04g

c) 2,40g

d) 35,5g

e) 71,0g

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Questão 2

O alumínio é o segundo metal mais utilizado no mundo. Sua resistência à corrosão é devida à camada aderente e impermeável de óxido que se forma sobre a superfície do metal. Essa camada protetora pode ser tornada mais espessa através de um processo denominado anodização (figura abaixo). Nesse processo, o oxigênio é gerado por eletrólise, segundo a semirreação.

H2O(l) → 1/2O2(g) + 2e– + 2H+(aq)

O oxigênio reage, em seguida, com o alumínio, formando o óxido correspondente.

Com referência ao exposto, a afirmativa falsa é:

a) a anodização aumenta a resistência do alumínio à corrosão.

b) o fluxo de elétrons, pelo circuito externo, ocorre na direção do abjeto de alumínio.

c) o objeto de alumínio constitui o ânodo da célula eletroquímica.

d) o processo de anodização consome energia elétrica.

e) o processo de anodização é um tipo de eletrólise em solução.

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Questão 3

Da água do mar, podem ser obtidas grandes quantidades de um sal que é a origem das seguintes transformações:

Neste esquema, X, Y, Z e W representam:

a) x= oxigênio; y= cloro; z= hidrogênio; w= sabão

b) x= sódio; y= oxigênio; z= dióxido de carbono; w= triglicerídeo

c) x= hidrogênio; y= cloro; z= água; w= sabão

d) x= cloro; y= hidrogênio; z= água; w= carboidratos

e) x= hidrogênio; y= cloro; z= dióxido de carbono; w= triglicerídeo

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Questão 4

O alumínio é um metal leve e muito resistente, tendo diversas aplicações industriais. Esse metal passou a ser explorado economicamente a partir de 1886, com a implementação do processo Héroult-Hall. O alumínio é encontrado geralmente na bauxita, minério que apresenta alto teor de alumina (Al2O3 ). O processo Héroult-Hall consiste na redução do alumínio presente na alumina para alumínio metálico, por meio de eletrólise. A semirreação de redução é representada por:

Al3+ + 3e– → Al0

Se uma cela eletrolítica opera durante uma hora, passando carga equivalente a 3600F, a massa de alumínio metálico produzida é.

a) 32,4 kg

b) 96,5 kg

c) 97,2 kg

d) 3,60 kg

e) 27,0 kg

Questão 5

Dados:

2H+ + 2e– → H2(aq) E=0,0 V

Na+ + e– → Na E=-2,7 V

A produção industrial de gás cloro (CL2) ocorre a partir da eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Sobre esse processo foram feitas algumas afirmações:

I. O ânion cloreto é oxidado no ânodo (polo positivo) da cuba eletrolítica.

II. No cátodo, o cátion sódio é reduzido, produzindo sódio metálico.

III. Nesse processo, também são produzidos gás hidrogênio (H2 ) e solução aquosa de soda cáustica (NaOH).

As afirmações corretas são:

a) apenas I.

b) apenas I e III.

c) apenas II e III.

d) apenas I e II.

e) todas.