Realiza-se a eletrólise de uma solução aquosa diluída de áci...
Realiza-se a eletrólise de uma solução aquosa diluída de ácido sulfúrico com eletrodos inertes durante 10 minutos. Determine a corrente elétrica média aplicada, sabendo-se que foram produzidos no catodo 300 mL de hidrogênio, coletados a uma pressão total de 0,54 atm sobre a água, à temperatura de 300 K.
Considere:
• Pressão de vapor da água a 300 K = 0,060 atm;
• Constante de Faraday: 1 F = 96500 C.mol–1;
• Constante universal dos gases perfeitos: R = 0,08 atm.L.K–1.mol–1
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Vamos explorar a questão proposta sobre a eletrólise de uma solução aquosa de ácido sulfúrico. A eletrólise é um processo importante que envolve a passagem de corrente elétrica através de uma solução para provocar uma reação química não espontânea.
Tema Central: O foco da questão é a determinação da corrente elétrica média aplicada durante a eletrólise que gerou hidrogênio no catodo. Entender a eletrólise é crucial, pois ela é amplamente utilizada na indústria química para a obtenção de gases e metais.
Teoria de Base:
Na eletrólise da água, a reação global na presença de ácido sulfúrico pode ser simplificada para a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio:
2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
Para resolver a questão, é necessário aplicar a Lei dos Gases Ideais, a equação de Faraday e ajustar a pressão do gás utilizando a pressão de vapor da água.
Justificando a Alternativa Correta (B - 1,93 A):
1. **Pressão Efetiva de Hidrogênio:** A pressão total é 0,54 atm, mas precisamos descontar a pressão de vapor da água (0,060 atm), então a pressão do hidrogênio é 0,48 atm.
2. **Volume em Litros:** 300 mL de hidrogênio equivale a 0,3 L.
3. **Aplicando a Equação dos Gases Ideais (PV = nRT):**
n = (P * V) / (R * T) = (0,48 atm * 0,3 L) / (0,08 atm.L.K-1.mol-1 * 300 K) = 0,006 mol
4. **Número de Mols de Elétrons (2 e- por mol de H2):** 0,006 mol H2 produz 0,012 mol de e-.
5. **Carga Total Usando Faraday:** Q = n * F = 0,012 mol * 96500 C/mol = 1158 C
6. **Corrente Média (I = Q/t):** I = 1158 C / (10 min * 60 s/min) = 1,93 A
Analisando as Alternativas Incorretas:
- A - 2,20 A: Superestima a corrente, possivelmente por erro de cálculo dos mols de gás ou da pressão.
- C - 1,08 A: Subestima a corrente, talvez por não ajustar corretamente a pressão de vapor.
- D - 0,97 A: Possível erro na consideração do tempo ou da carga.
- E - 0,48 A: Erro significativo, refletindo um possível cálculo incorreto do volume ou da pressão.
Estratégia para Interpretação: Sempre verifique a pressão correta do gás, ajuste pela pressão de vapor, e utilize as constantes adequadas para cálculos. A atenção aos detalhes nos passos intermediários é crucial.
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