Físico-Química - Pilhas (20 questões)

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BANCO DE QUESTÕES - FÍSICO-QUÍMICA PILHAS (20 questões)

1. (UFMG-1999) Pilhas a combustível são dispositivos eletroquímicos em que a reação de um combustível com oxigênio produz energia elétrica. O diagrama representa, simplificadamente, uma pilha a combustível, que envolve a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio, conforme a equação

2H2 (g) + O2 (g)

� 2 H2O(l)

Com relação a essa pilha, todas as afirmativas abaixo estão corretas, EXCETO: A) O circuito externo transporta, para o oxigênio, elétrons retirados do hidrogênio. B) O transporte de carga através da solução é feito por íons. C) A reação torna iguais os números de oxidação do hidrogênio e do oxigênio. D) O hidrogênio atua na reação como o agente redutor. 2. (Fuvest-2002) Considere três metais A, B e C, dos quais apenas A reage com ácido clorídrico diluído, liberando hidrogênio. Varetas de A, B e C foram espetadas em uma laranja, cujo suco é uma solução aquosa de pH 4 = . A e B foram ligados externamente por um resistor (formação da pilha 1). Após alguns instantes, removeu-se o resistor, que foi então utilizado para ligar A e C (formação da pilha 2). Nesse experimento, o pólo positivo e o metal corroído na pilha 1 e o pólo positivo e o metal corroído na pilha 2 são, respectivamente,



3. (Vunesp-2001) Em maio de 1800, Alessandro Volta anunciou a invenção da pilha elétrica, a primeira fonte contínua de eletricidade. O seu uso influenciou fortemente o desenvolvimento da Química nas décadas seguintes. A pilha de Volta era composta de discos de zinco e de prata sobrepostos e intercalados com material poroso embebido em solução salina, como mostrado a seguir.

Com o funcionamento da pilha, observa-se que os discos de zinco sofrem corrosão. A respeito da pilha de Volta, são feitas as seguintes afirmações: I — Nos discos de zinco ocorre a semi-reação: Zn(s) • Zn2+ + 2e–. II — Os discos de prata são fontes de elétrons para o circuito externo. III — O aumento do diâmetro dos discos empregados na montagem não influencia na tensão fornecida pela pilha. Das três afirmações apresentadas, A) apenas I é verdadeira. B) apenas II é verdadeira. C) apenas I e II são verdadeiras. D) apenas I e III são verdadeiras. E) apenas II e III são verdadeiras. 4. (UFSCar-2000) Filtros de piscinas, construídos em ferro, são muito afetados pela corrosão. No processo de corrosão ocorre a dissolução lenta do metal, com a formação de íons Fe2+ em solução aquosa. Para a proteção dos filtros são utilizados os chamados “eletrodos de sacrifício”. Estes eletrodos são barras de metais convenientemente escolhidos que, colocados em contato com o filtro, sofrem corrosão no lugar do ferro. Com base nos dados tabelados a seguir

Semi-Reação E0 (volt) Mg2+ + 2e– = Mg0 -2,37 Fe2+ + 2e– = Fe0 -0,44 Ni2+ + 2e– = Ni0 -0,26 Cu2+ + 2e– = Cu0 +0,34

pode-se prever que são “eletrodos de sacrifício” adequados barras de A) magnésio, apenas. B) cobre, apenas. C) níquel, apenas. D) cobre e níquel, apenas. E) cobre, níquel e magnésio. 5. (Unifesp-2002) Ferro metálico reage espontaneamente com íons Pb2+, em solução aquosa. Esta reação pode ser representada por: Fe + Pb2+ � �� 2+ + Pb Na pilha, representada pela figura,



em que ocorre aquela reação global, A) os cátions devem migrar para o eletrodo de ferro. B) ocorre deposição de chumbo metálico sobre o eletrodo de ferro. C) ocorre diminuição da massa do eletrodo de ferro. D) os elétrons migram através da ponte salina do ferro para o chumbo. E) o eletrodo de chumbo atua como anodo. 6. (ITA-2002) Um elemento galvânico é constituído pelos eletrodos abaixo especificados e separados por uma ponte salina. ELETRODO I: placa de chumbo metálico mergulhada em uma solução aquosa 1mol/L de nitrato de chumbo. ELETRODO II: sulfato de chumbo sólido prensado contra uma “peneira” de chumbo metálico mergulhada em uma solução aquosa 1mol/L de ácido sulfúrico. Nas condições-padrão, o potencial de cada um destes eletrodos, em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, é: E0 Pb/Pb2+ = – 0,1264V (ELETRODO I). E0 Pb/PbSO4, SO4

2–= – 0,3546V (ELETRODO II). Assinale a opção que contém a afirmação CORRETA sobre as alterações ocorridas neste elemento galvânico quando os dois eletrodos são conectados por um fio de baixa resistência elétrica e circular corrente elétrica no elemento. A) A massa de sulfato de chumbo sólido na superfície do ELETRODO II aumenta. B) A concentração de íons sulfato na solução aquosa do ELETRODO II aumenta. C) O ELETRODO I é o pólo negativo. D) O ELETRODO I é o anodo. E) A concentração de íons chumbo na solução aquosa do ELETRODO I aumenta. 7. (Mack-2002) Nas semi-reações: Ni2+(aq.) + 2e � Ni(s)0 Ag+(aq.) + 1e � Ag(s)0 O ∆E da pilha, o cátodo e o ânodo são, respectivamente: Dados: ∆Ered Ag = 0,80V; ∆EredNi = 0,24V (a 25 °C e 1 atm.) a) + 1,04 V, prata, níquel. b) + 1,04 V, níquel, prata. c) -0,56 V, prata, níquel. d) -1,04 V, níquel, prata. e) + 0,56 V, prata, níquel.



8. (UFMG-2002) Na figura, está representada a montagem de uma pilha eletroquímica, que contém duas lâminas metálicas – uma de zinco e uma de cobre – mergulhadas em soluções de seus respectivos sulfatos. A montagem inclui um longo chumaço de algodão, embebido numa solução saturada de cloreto de potássio, mergulhado nos dois béqueres. As lâminas estão unidas por fios de cobre que se conectam a um medidor de corrente elétrica.

Quando a pilha está em funcionamento, o medidor indica a passagem de uma corrente e pode-se observar que • a lâmina de zinco metálico sofre desgaste; • a cor da solução de sulfato de cobre (II) se torna mais clara; • um depósito de cobre metálico se forma sobre a lâmina de cobre. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, quando a pilha está em funcionamento, A) nos fios, elétrons se movem da direita para a esquerda; e, no algodão, cátions K+ se movem da direita para a esquerda e ânions Cl–, da esquerda para a direita. B) nos fios, elétrons se movem da direita para a esquerda; e, no algodão, elétrons se movem da esquerda para a direita. C) nos fios, elétrons se movem da esquerda para a direita; e, no algodão, cátions K+ se movem da esquerda para a direita e ânions Cl–, da direita para a esquerda. D) nos fios, elétrons se movem da esquerda para a direita; e, no algodão, elétrons se movem da direita para a esquerda. 9. (UFBA-1999)

Semi-reação

Potencial Padrão de Redução a 25 oC Eo (V)

o3

o2

o

o3

o2

o3

AuAue3

HgHge2

AgAge

FeFee3

SnSne2

AAe3

-

-

-

-

-

-

←→+

←→+

←→+

←→+

←→+

←→+

+

+

+

+

+

+ ��

– 1,66 – 0,14 – 0,04 + 0,80 + 0,85 + 1,50

Fonte: FELTRE, p. 396; BRADY et al., p. 615. A tabela acima apresenta o potencial padrão de redução de alguns metais e suas semi-reações. Com base nesses dados, pode-se afirmar: (01) Desses metais, o que apresenta maior tendência a perder elétrons é o ouro. (02) A diferença de potencial da pilha Aλλo | Aλλ3+ || Au3+ | Auo é 3,16 V.



(04) O alumínio pode ser utilizado para inibir a oxidação do ferro. (08) A concentração de ( )

+2aqHg diminui, quando uma solução de (( ))23NOHg é armazena-

da em um recipiente de prata. (16) Embalagens de alimentos feitas com lâminas de ferro revestidas com estanho, quando rompidas ou amassadas, contaminam internamente os alimentos devido à formação de Sn2+. (32) A reação ( ) ( ) ( ) ( )��

Hg3CA2A2CHg3 aq3saq2 +→+ não ocorre esponta-

neamente. Na pilha Sno | Sn2+ || Ag+ | Ago , a prata é o redutor. 10. (PUCPR-2000) Conhecidos os potenciais normais de oxidação: Zn Æ Zn++ + 2 e- E° = + 0,76 V Cu Æ Cu++ + 2 e- E° = - 0,34 V Fe Æ Fe++ + 2 e- E° = + 0,44 V Ag Æ Ag+ + 1 e- E° = - 0,80 V considere as reações: I - Fe + Cu++ Fe++ + Cu II - Cu + Zn++ Cu++ + Zn III - 2Ag + Cu++ 2Ag+ + Cu IV - Zn + 2Ag+ Zn++ + 2 Ag Dessas reações, na construção de pilhas, são utilizadas: I e II II e III II e IV I e IV III e IV 11. (UFBA-2000) A figura ao lado representa uma pilha de combustível hidrogênio-oxigênio, muito utilizada em veículos espaciais. Esse tipo de pilha tem por base as semi-reações apresentadas na tabela a seguir.



Semi-reação Potencial Padrão de Redução, Eº (V)

2H2O( �� + 2e− H2(g) + 2OH −

(aq) − 0,83

O2(g) + 2H2O( �� + 4e− 4OH −(aq) 0,40

(Fonte: PERUZZO & CANTO, p. 135.) Considerando-se essas informações, pode-se afirmar: (01) A diferença de potencial da pilha é + 1,23V. (02) No cátodo da pilha, forma-se água e, no ânodo, OH −

(aq) .

(04) Na pilha, a água é o agente redutor. (08) A reação global da pilha é 2H2(g) + O2(g) → 2H2O( �� . (16) Durante o funcionamento da pilha, acumula-se OH −

(aq) .

(32) Na pilha, a corrente de elétrons flui do ânodo para o cátodo. (64) Uma bateria formada por associação em série de 6 pilhas de combustível

hidrogênio – oxigênio fornece 6,0 V de tensão. 12. (UFMG-1999) Pilhas a combustível são dispositivos eletroquímicos em que a reação de um combustível com oxigênio produz energia elétrica. O diagrama representa, simplificadamente, uma pilha a combustível, que envolve a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio, conforme a equação 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) Com relação a essa pilha, todas as afirmativas abaixo estão corretas, EXCETO A) O circuito externo transporta, para o oxigênio, elétrons retirados do hidrogênio. B) O transporte de carga através da solução é feito por íons. C) A reação torna iguais os números de oxidação do hidrogênio e do oxigênio 13. (UPE-2001) Analise as alternativas abaixo, relativas à eletroquímica, e assinale a verdadeira. Dados: Ni( EO = - 0,23V ) a Aλ ( EO = - 1,666V) A) É conveniente guardar uma solução de sulfato de níquel em laboratório, em um recipiente de alumínio. B) As pilhas secas alcalinas são mais duráveis do que as pilhas secas comuns, porque originam gases durante o seu funcionamento que potencializam a voltagem entre os terminais.



C) A eletrólise do nitrato de prata em solução aquosa, diluída com eletrodos inertes, torna o meio alcalino. D) A eletrólise ígnea do cloreto de sódio produz no ânodo o hidróxido de sódio e, no cátodo, o gás cloro. E) Na eletrólise de uma solução aquosa de hidróxido de sódio, utilizando-se eletrodos inertes, apenas a água da solução se decompõe. 14. (PUC-MG-2001) A pilha alcalina substituiu com sucesso a pilha Leclanché, pilha comercial mais antiga, de 1866. A pilha alcalina, mais potente, possui o mesmo esquema redox da pilha Leclanché, mas, no lugar do cloreto de amônia (NH4Cl), emprega-se a soda (NaOH), o que dá origem ao nome da pilha. As reações redox que ocorrem na pilha alcalina são expressas por: 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e− → Mn2O3(s) + 2 OH−

(aq) Zn(s) + 2 OH− (aq) → ZnO(s) + H2O (l) + 2e− É INCORRETO afirmar que: A) a reação I é a reação anódica da pilha. B) a reação II é uma reação de oxidação. C) durante a reação, o número de oxidação do manganês (Nox) passa de +4 para +3 . D) durante a reação, o número de oxidação do zinco (Nox) passa de 0 para +2. 15. (Fuvest-2003) Três metais foram acrescentados a soluções aquosas de nitratos metálicos, de mesma concentração, conforme indicado na tabela. O cruzamento de uma linha com uma coluna representa um experimento. Um retângulo escurecido indica que o experimento não foi realizado; o sinal (–) indica que não ocorreu reação e o sinal (+) indica que houve dissolução do metal acrescentado e precipitação do metal que estava na forma de nitrato.

Cada um dos metais citados, mergulhado na solução aquosa de concentração 0,1 mol/L de seu nitrato, é um eletrodo, representado por Me | Me2+, onde Me indica o metal e Me2+, o cátion de seu nitrato. A associação de dois desses eletrodos constitui uma pilha. A pilha com maior diferença de potencial elétrico e polaridade correta de seus eletrodos, determinada com um voltímetro, é a representada por:

16. (UFC-2003) As células a combustível, capazes de converter energia das reações de oxidação-redução de reagentes químicos gasosos diretamente em eletricidade, são consideradas tecnologias prontas para substituir combustíveis derivados do petróleo. A célula a combustível hidrogênio-oxigênio baseia-se na conhecida reação de formação de



água, onde os gases são oxidados e reduzidos, em compartimentos de eletrodos separados por solução eletrolítica 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + Energia Assinale a alternativa correta. A) Hidrogênio é reduzido no anodo, segundo a semi-reação H2(g) + 4OH–

(aq) → 4H2O(l) + 4e– B) Oxigênio é reduzido no catodo, segundo a semi-reação O2(g) + 2H2O(l) + 4e– → 4OH–

(aq) C) Hidrogênio é oxidado no anodo, segundo a semi-reação 2H+

(aq) + 4OH–(aq) → 4H2O(l) +

4e– D) Oxigênio é oxidado no anodo, segundo a semi-reação O2(g) + 2H2O(l) + 4e– → 4OH–

(aq) E) Oxigênio é reduzido no catodo, segundo a semi-reação 2O-

(g) + 2H2O(l) + 4e– → 4OH–(aq)

17. (ITA-2003) A corrosão da ferragem de estruturas de concreto ocorre devido à penetração de água através da estrutura, que dissolve cloretos e/ou sais provenientes da atmosfera ou da própria decomposição do concreto. Essa solução eletrolítica em contacto com a ferragem forma uma célula de corrosão. A Figura A, ao lado, ilustra esquematicamente a célula de corrosão formada. No caderno de soluções, faça uma cópia desta figura no espaço correspondente à resposta a esta questão. Nesta cópia: i) identifique os componentes da célula de corrosão que funcionam como anodo e catodo durante o processo de corrosão e ii) escreva as meia-reações balanceadas para as reações anódicas e catódicas.

A figura B, ao lado, ilustra um dos métodos utilizados para a proteção da ferragem metálica contra corrosão. No caderno de soluções, faça uma cópia desta figura, no espaço correspondente à resposta a esta questão. Nesta cópia: i) identifique os componentes da célula eletrolítica que funcionam como anodo e catodo durante o processo de proteção contra corrosão e ii) escreva as meia-reações balanceadas para as reações anódicas e catódicas. Sugira um método alternativo para proteção da ferragem de estruturas de concreto contra corrosão.



18. (ITA-2003) Um elemento galvânico, chamado de I, é constituído pelos dois eletrodos seguintes, separados por uma membrana porosa: IA. Chapa de prata metálica, praticamente pura, mergulhada em uma solução 1mol

� � –1 de

nitrato de prata. IB. Chapa de zinco metálico, praticamente puro, mergulhada em uma solução 1mol

�� –1 de

sulfato de zinco. Um outro elemento galvânico, chamado de II, é constituído pelos dois seguintes eletrodos, também separados por uma membrana porosa: IIA. Chapa de cobre metálico, praticamente puro, mergulhada em uma solução 1mol

�� –1 de

sulfato de cobre. IIB. Chapa de zinco metálico, praticamente puro, mergulhada em uma solução 1mol

�� –1 de

sulfato de zinco. Os elementos galvânicos I e II são ligados em série de tal forma que o eletrodo IA é conectado ao IIA, enquanto que o eletrodo IB é conectado ao IIB. As conexões são feitas através de fios de cobre. A respeito desta montagem i) faça um desenho esquemático dos elementos galvânicos I e II ligados em série. Neste desenho indique: ii) quem é o elemento ativo (aquele que fornece energia elétrica) e quem é o elemento passivo (aquele que recebe energia elétrica), iii) o sentido do fluxo de elétrons, iv) a polaridade de cada um dos eletrodos: IA, IB, IIA e IIB e v) as meia-reações eletroquímicas balanceadas para cada um dos eletrodos. 19. (Vunesp-2003) A equação seguinte indica as reações que ocorrem em uma pilha: Zn(s) + Cu2+(aq) � � �� 2+(aq) + Cu(s) Podemos afirmar que: a) o zinco metálico é o cátodo. b) o íon cobre sofre oxidação. c) o zinco metálico sofre aumento de massa. d) o cobre é o agente redutor. e) os elétrons passam dos átomos de zinco metálico aos íons de cobre. 20. (UFPR-2001) As baterias chumbo-ácido são amplamente utilizadas como armazenadores de energia. Nestes dispositivos, eletrodos de Pb e PbO2 são imersos em



solução aquosa de ácido sulfúrico; durante a descarga da bateria, as semi-reações que ocorrem estão mostradas nas equações abaixo:

I) Pb(s) + SO4(aq) PbSO4(s) + x e Eº = + 0,36 V2

II) PbO2(s) + SO4(aq) + y e + 4 H+(aq) PbSO4(s) + 2 H2O(líq) Eº = ? V2

Dados: densidade / (g mL−−1): água = 1,00; ácido sulfúrico = 1,84 Com base nas informações acima, é correto afirmar: Na equação I, o Pb(s) sofre oxidação. A soma dos coeficientes x e y é igual a 4. À medida que a reação de descarga prossegue, ocorre consumo de ácido sulfúrico e produção de água. Considerar a força eletromotriz da pilha como 2,00 V implica dizer que o potencial da reação II é +2,36 V. À medida que a bateria produz energia elétrica, ocorre o aumento da densidade da solução eletrolítica.

RESPOSTAS 1. Resposta: C 2. Resposta: B Resolução Como apenas o metal A é corroído pelo HCl , ele é o metal mais reativo dos três. Numa pilha, o metal mais reativo é sempre corroído, pois sofre oxidação, sendo o pólo negativo (ânodo). Desse modo, o metal A será corroído nas duas pilhas, o metal B será o pólo positivo na pilha 1 e o metal C o pólo positivo na pilha 2. 3. Resposta: D 4. Resposta: A 5. Resposta: C 6. Resposta: A 7. Resposta:A 8. Resposta: C 9. Soma : 30 10. Resposta : D 11. Soma : 41 12. Resposta : C 13. Resposta : E



14. Resposta: a 15. Resposta: A Resolução Pelos dados fornecidos pela tabela temos a) Cd + Co2+ ocorre reação; podemos concluir que o metal cádmio é mais reativo que o metal cobalto. b) Cd + Pb2+ ocorre reação; podemos concluir que o metal cádmio é mais reativo que o metal chumbo. c) Co + Pb2+ ocorre reação; podemos concluir que o metal cobalto é mais reativo que o metal chumbo. A ordem de reatividade dos três metais será: Cd > Co > Pb A pilha que apresentará maior potencial será formada pelos metais Cd e Pb 16. Resposta: B Resolução: Na célula à combustível hidrogênio-oxigênio, o oxigênio é reduzido no catodo e o hidrogênio é oxidado no anodo, segundo as semi-reações: Anodo: 2H2(g) + 4OH–(aq) � 4H2O(l) + 4e– Catodo: O2(g) + 2H2O(l) + 4e– � 4OH–(aq) Portanto, somente a alternativa B está correta.

17.



2) Semi-reação catódica: Fe2+ (aq) + 2e– � �� Semi-reação anódica: 2Cl– (aq) ! "$# 2(aq) + 2e– 3) A proteção do ferro contra a corrosão pode ser feita usando-se eletrodo de sacrifício, por exemplo, na forma de placas de zinco ou de magnésio fixadas na superfície do ferro.

18. Admitindo que a diferença de potencial do elemento galvânico I (prata-zinco) seja maior que a d.d.p. do elemento galvânico II (zinco-cobre), concluiremos: Elemento galvânico I • Funciona como gerador (elemento ativo). • Pólo positivo (eletrodo de prata); Pólo negativo (eletrodo de zinco). • Semi-reações: Ag+(aq) + e– % Ag(s) (cátodo) Zn(s) % Zn2+(aq) + 2e– (ânodo) O sentido do fluxo de elétrons irá do pólo negativo do elemento I para o pólo negativo do elemento II. Elemento galvânico II • Funciona como receptor (elemento passivo) do circuito construído. • Pólo negativo (eletrodo de zinco); Pólo positivo (eletrodo de cobre). • Semi-reações: Zn2+(aq) + 2e– % Zn(s) (cátodo) Cu(s) % Cu2+(aq) + 2e– (ânodo)



19. Resposta: E Zn(s) sofre oxidação, logo, é o agente redutor. A semi-reação de oxidação do Zn (Zn(s) & Zn2+ + 2e–) ocorre no ânodo (pólo negativo). Cu2+(aq) sofre redução, logo, é o agente oxidante. A semi-reação de redução do Cu2+ (Cu2+ + 2e– & Cu0) ocorre no cátodo (pólo positivo). Os elétrons se dirigem dos átomos de zinco metálico aos íons de cobre. 20. Resposta: V,V,V,F,F

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