Question

a. Usando a Equação de Nernst, calcule o potencial de uma célula eletroquímica a
25 °C e determine o tipo de célula representada por:
Cu+2 (aq, 0,1M) │Cu(s) ║ Fe(s) │Fe+2 (aq, 0,04 M)
b. Os diversos metais utilizados pelo homem, podem ser obtidos à partir dos minérios
existentes na natureza. A metalurgia é a área que estuda essas transformações.
Na produção de ferro metálico á partir da hematita (Fe2O3) obtém-se o óxido de
ferro (II) e posteriormente o ferro metálico. Determinar a massa de ferro obtina na
produção do mesmo partir da solução de FeCl2 ao aplicar-se durante 3 horas uma
corrente de 8,6 A ?

Answer 1

a) A reação entre Cu²+ e Fe(s) pode ser representada por:

Cu²+ + Fe(s) → Fe²+ + Cu(s)

A equação de Nerst é:

E = Eo - 0,0592 logQ
                _____
                   n

Em que Q = [Fe²+]/[Cu²+] os valores entre parênteses são as concentrações dos respectivos elementos em solução.
Os potenciais da semi-reações são:

Cu2+(aq) + 2 e− → Cu(s) +0.337VFe2+(aq) + 2 e− → Fe(s) −0.44V
E o Eo da reação é:
Eo = Ered - Eoxi
Eo = +0.337V − (-0.44V)
Eo = 0,777V
substituindo na expressão:

E = 0,777 - 0,0592 log(0,04)
                  _____       _____
                      2             (0,1)

E = 0,777 -  0,0296.(-0,397)
E = 0,788V


b) O FeCl2 dissocia-se em solução conforme abaixo:

FeCl2 --> Fe²+ 2Cl-

Cada mol de Fe2+ necessita de 2mol de elétrons para que seja reduzido a 1mol de Fe(s):

Fe2+ + 2e- --> Fe(s)

Calculamos a carga que passa ao longo de 3 horas por uma corrente de 8,6 A.

1A = carga elétrica (C)/t (s)

3h = 10800s

Q = A.t
Q = 8,6Ax10800s
Q = 92880C

Cada 1mol de elétrons contém carga de F = 96485C
Desta forma, a quantidade de elétrons associada a 92880 C é:

1mol de e- ---------96485C 
xmol de e- ---------92880C

x = 0,963 mol de e-
A massa de Fe(s) depositada, considerando a massa molar do Fe é 56g/mol
2mol de e- --------------- 56g
0,963 mol de e- --------- y 

y = 27g de Fe(s).