Question

Na eletrólise da água, por meio de uma solução aquosa diluída sulfúrico, obteve- se 16,0g de oxigênio. Nesta reação, verificou-se:
a- Formação de 6,02 x 10²³ moléculas de hidrogênio.
b- Formação de 1,0g de hidrogênio.
c- Decomposição de 8,0g de água.
d- Consumo de 98,0g de ácido sulfúrico.

Answer 1

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A água sofrerá eletrólise por meio de uma solução aquosa de ácido sulfúrico $\mathsf{(H_2SO_4)}.$


Reações envolvidas:

•   Dissociação do ácido sulfúrico:  

$\mathsf{H_2SO_4\quad\longrightarrow\quad 2\,H^+ +SO_4^{2-}}$


•   Ionização da água:

$\mathsf{H_2O\quad\longrightarrow\quad 2\,H^+ +OH^{-}}$


Como o único cátion formado é o $\mathsf{H^+},$ este sofrerá redução
no catodo, formando gás hidrogênio $\mathsf{H_2.}$

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Por outro lado, temos aqui dois ânions formados:   o sulfato $\mathsf{(SO_4^{2-})}$ proveniente da dissociação do ácido; e a hidroxila $\mathsf{(OH^-)}$ proveniente da ionização da água.

Pergunta:   qual dos dois sofrerá oxidação no anodo?

Para responder esta pergunta, consultamos a tabela de facilidade de descarga elétrica dos ânions (oxidação), e vemos que $\mathsf{OH^-}$ possui maior tendência a ceder elétrons do que o $\mathsf{SO_4^{-2}.}$

Logo, o ânion que sofrerá oxidação é o $\mathsf{OH^-.}$

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A seguir temos o processo completo:

$\underline{\begin{array}{rrcl} \textsf{Ioniza\c{c}\~ao da \'agua:}&\mathsf{4\,H_2 O}&\longrightarrow&\mathsf{4\,H^++4\,OH^-}\\\\ \textsf{Semirrea\c{c}\~ao cat\'odica:}&\mathsf{4\,H^++4e^-}&\longrightarrow&\mathsf{2\,H_2}\\\\ \textsf{Semirrea\c{c}\~ao an\'odica:}&\mathsf{4\,OH^-}&\longrightarrow&\mathsf{2\,H_2 O +O_2+4e^-}\\\\ \end{array}}\\ \begin{array}{rrcl}\\ \hspace{31}\textsf{Rea\c{c}\~ao global:}&\hspace{22}\mathsf{2\,H_2 O}&\longrightarrow&\mathsf{2\,H_2+O_2} \end{array}$


De acordo com a reação global, temos

$\begin{array}{ccccc} \textsf{2 mols de }\mathsf{H_2 O}&\longrightarrow&\textsf{2 mols de }\mathsf{H_2}&+&\textsf{1 mol de }\mathsf{O_2}\\\\ \textsf{36 g de }\mathsf{H_2 O}&\longrightarrow&\textsf{4 g de }\mathsf{H_2}&+&\textsf{32 g de }\mathsf{O_2}\\\\ \textsf{x (g) de }\mathsf{H_2 O}&\longrightarrow&\textsf{y (g) de }\mathsf{H_2}&+&\textsf{16 g de }\mathsf{O_2} \end{array}$


Resolvendo a proporção, encontramos

$\mathsf{\dfrac{36}{x}=\dfrac{32}{16}}\\\\\\ \mathsf{\dfrac{36}{x}=2}\\\\\\ \mathsf{x=18~g}\quad\longleftarrow\quad\textsf{massa de \'agua decomposta (eletrolisada).}$


$\mathsf{x=y+16}\\\\ \mathsf{18=y+16}\\\\ \mathsf{y=2~g}\quad\longleftarrow\quad\textsf{massa de hidrog\^enio formado.}$


Mas, temos que

$\textsf{2 g de }\mathsf{H_2}=\textsf{1 mol de }\mathsf{H_2}=\mathsf{6,\!02\cdot 10^{23}}\textsf{ mol\'eculas de }\mathsf{H_2.}$


Resposta:   alternativa a) formação de 6,02 × 10²³ moléculas de hidrogênio.


Bons estudos! :-)