Exercícios: Eletrólise e leis de Faraday

Explique a diferença entre uma pilha e uma eletrólise quanto à espontaneidade da reação e à origem da energia elétrica. Indique também qual é o sinal do cátodo em cada caso.

Na eletrólise ígnea do cloreto de sódio ($\text{NaCl}$ fundido), escreva as semirreações que ocorrem no cátodo e no ânodo e indique os produtos formados em cada eletrodo.

Em eletroquímica, a carga elétrica que atravessa um circuito é dada por $Q = i \cdot t$. Calcule a carga, em coulombs, que passa por uma cuba eletrolítica percorrida por uma corrente de $2{,}0\ \text{A}$ durante $10$ minutos.

Considere a constante de Faraday $F = 96.500\ \text{C/mol de elétrons}$. Em uma eletrólise de solução de sulfato de cobre($\text{II}$), passa-se uma corrente de $5{,}0\ \text{A}$ durante $1.930$ segundos. A semirreação no cátodo é $\text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \rightarrow \text{Cu}$, e a massa molar do cobre é $63{,}5\ \text{g/mol}$. Calcule a massa de cobre depositada.

Miguel quer pratear uma peça metálica por eletrólise de uma solução de nitrato de prata. A semirreação no cátodo é $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$. Dados: $F = 96.500\ \text{C/mol}$ e massa molar da prata $108\ \text{g/mol}$.

(a) Calcule a quantidade de matéria de elétrons necessária para depositar $5{,}4\ \text{g}$ de prata.

(b) Calcule a carga elétrica correspondente.

(c) Calcule o tempo necessário se a corrente for de $0{,}50\ \text{A}$.

Na eletrólise aquosa do cloreto de sódio com eletrodos inertes, forma-se gás cloro no ânodo, conforme $2\,\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-$. Uma corrente de $10\ \text{A}$ atravessa a cuba por $965$ segundos. Com $F = 96.500\ \text{C/mol}$, calcule a quantidade de matéria de $\text{Cl}_2$ formada e o seu volume nas CNTP, considerando volume molar de $22{,}7\ \text{L/mol}$.

Duas cubas eletrolíticas, uma contendo solução de $\text{AgNO}_3$ e outra contendo solução de $\text{CuSO}_4$, são ligadas em série e percorridas pela mesma corrente durante certo tempo. Na primeira cuba se depositam $10{,}8\ \text{g}$ de prata. Dados: massas molares $\text{Ag} = 108\ \text{g/mol}$ e $\text{Cu} = 63{,}5\ \text{g/mol}$.

(a) Explique por que a mesma carga elétrica atravessa as duas cubas.

(b) Calcule a quantidade de matéria de elétrons que passou pelo circuito.

(c) Calcule a massa de cobre depositada na segunda cuba.

(d) Se a corrente foi de $2{,}0\ \text{A}$ e $F = 96.500\ \text{C/mol}$, calcule o tempo de eletrólise.

Uma indústria de Manaus produz alumínio por eletrólise ígnea da alumina ($\text{Al}_2\text{O}_3$), com a semirreação catódica $\text{Al}^{3+} + 3\,e^- \rightarrow \text{Al}$. Uma cuba opera com corrente de $50.000\ \text{A}$ durante $1{,}0$ hora. Dados: $F = 96.500\ \text{C/mol}$ e massa molar do alumínio $27\ \text{g/mol}$.

(a) Calcule a carga elétrica total que atravessa a cuba.

(b) Calcule a massa teórica de alumínio produzida.

(c) Se a massa realmente obtida foi de $14{,}0\ \text{kg}$, calcule o rendimento do processo.

(d) Argumente por que o consumo de energia elétrica é um fator econômico determinante para esse tipo de indústria.