Leia conteúdos de todas as disciplinas
Exercícios sobre pilhas e sobre baterias
(PUC) Em um sistema eletroquímico de medição de diferença de potencial (estabelecida espontaneamente como numa pilha), um fio de cobre funciona como eletrodo sensível à concentração de íons Cu2+, e um fio de prata, recoberto com uma camada de AgCl (s), funciona como eletrodo de referência com potencial constante. As semirreações padrões de redução são as seguintes:
Cu2+ (aq) + 2 e− → Cu (s) E° = +0,34 V
AgCl (s) + e− → Ag (s) + Cl− (aq) E° = +0,20 V
Sobre esse sistema, é correto afirmar que
A) o eletrodo de cobre é o anodo.
B) na reação espontânea, a prata se oxida.
C) o potencial padrão da pilha é + 0,54 V.
D) os elétrons fluem do fio de cobre para o fio de prata recoberto.
Alternativa B.
Como o cobre tem um maior potencial de redução, neste caso, ele será reduzido, sendo o cátodo do processo, enquanto a prata deverá ser oxidada; logo, os elétrons saem do eletrodo de prata em direção ao cobre. E a d.d.p. é:
ΔE = +0,34 – (+0,20) = +0,14 V
(Enem) O quadro lista alguns dispositivos eletrônicos que estão presentes no dia a dia, bem como a faixa de força eletromotriz necessária ao seu funcionamento.
Considere que uma bateria é construída pela associação em série de três pilhas de lítio-iodo, nas condições-padrão, conforme as semiequações de redução apresentadas.
I2 + 2 e− → 2 I− E° = +0,54 V
Li+ + e− → Li E° = −3,05 V
Essa bateria é adequada para o funcionamento de qual dispositivo eletrônico?
A) I.
B) II.
C) III.
D) IV.
E) V.
Alternativa D.
O iodo, tendo maior potencial de redução, acaba por se reduzir nessa pilha, enquanto o lítio sofre oxidação. A d.d.p. será:
ΔE = +0,54 – (−3,05) = +3,59 V
Se três pilhas são associadas em série, então a voltagem é triplicada, ficando igual a +10,77 V. Nesse caso, a bateria é adequada para o funcionamento do carrinho de controle remoto.
(Enem digital) As pilhas recarregáveis, bastante utilizadas atualmente, são formadas por sistemas que atuam como uma célula galvânica, enquanto estão sendo descarregadas, e como célula eletrolítica, quando estão sendo recarregadas.
Uma pilha é formada pelos elementos níquel e cádmio e seu carregador deve fornecer uma diferença de potencial mínima para promover a recarga. Quanto maior a diferença de potencial gerada pelo carregador, maior será o seu custo. Considere os valores de potencial padrão de redução dessas espécies:
Ni2+ (aq) + 2 e− ⇌ Ni (s) E° = −0,230 V
Cd2+ (aq) + 2 e− ⇌ Cd (s) E° = −0,402 V
Teoricamente, para que um carregador seja ao mesmo tempo eficiente e tenha o menor preço, a diferença de potencial mínima, em volt, que ele deve superar é de
A) 0,086.
B) 0,172.
C) 0,316.
D) 0,632.
E) 1,264.
(Enem) Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando à produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.
No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é
A) H2 (g).
B) O2 (g).
C) H2O (l).
D) OH− (aq).
E) Zn(OH)42− (aq).
Alternativa E.
Ânodo é o eletrodo em que ocorre a oxidação. Quando o O2 vira OH− no eletrodo poroso, o seu número de oxidação passa de 0 para −2, configurando uma redução. Por isso, o eletrodo poroso é o cátodo; logo, o ânodo será o eletrodo de zinco. Percebe-se que o eletrodo de zinco possui zinco na forma metálica, cujo número de oxidação é igual a 0. O zinco é uma espécie que, na forma de compostos, sempre adquire carga igual a +2. Como a carga do zinco passa de 0 para +2, isso confirma que ele está se oxidando e a espécie que está sendo formada é Zn(OH)42−.
O fabricante de um dispositivo eletroeletrônico sem fio indica, no manual do produto, que o dispositivo deve ter uma voltagem mínima de 1,5 V. Um consumidor que adquiriu o produto decidiu comprar pilhas de níquel-cádmio para o funcionamento dele.
Determine o número mínimo de pilhas, em série, que devem ser utilizadas para o funcionamento do dispositivo eletroeletrônico sem fio.
Dados:
Ni2+ (aq) + 2e− → Ni (s) E° = −0,25 V
Cd2+ (aq) + 2e− → Cd (s) E° = −0,40 V
A) 2 pilhas.
B) 4 pilhas.
C) 6 pilhas.
D) 8 pilhas.
E) 10 pilhas.
Alternativa E.
A d.d.p. pode tranquilamente ser calculada pela fórmula:
ΔE = Emaior − Emenor = −0,25 – (−0,40) = + 0,15 V
Como a voltagem mínima deve ser de 1,5 V, são necessárias, portanto, 10 pilhas em série.
Considere as seguintes afirmações relacionadas às células eletroquímicas.
I. Uma pilha transforma energia química em energia elétrica.
II. Os elétrons em uma pilha saem do cátodo e migram para o ânodo.
III. A d.d.p. global da pilha é sempre um valor negativo.
IV. O processo químico em uma pilha é considerado espontâneo.
A opção que apresenta as afirmativas corretas é:
A) I, apenas.
B) I e IV.
C) I e II.
D) II e III.
E) II e IV.
Alternativa B.
A alternativa II está incorreta, pois no cátodo ocorre a redução, ou seja, as espécies captam os elétrons. Dessa forma, os elétrons saem do ânodo, no qual são produzidos por reações de oxidação, e migram para o cátodo.
Já a alternativa III está incorreta, pois as pilhas possuem d.d.p. global sempre positivo, o que indica, inclusive, que o processo é espontâneo.
Uma pilha é montada com base nos dois metais a seguir.
Cr3+ (aq) + 3 e− → Cr (s) E° = −0,74 V
Pb2+ (aq) + 2 e− → Pb (s) E° = −0,13 V
Considere, agora, as seguintes afirmativas:
I. A reação global da pilha é 3 Pb2+ (aq) + 2 Cr (s) → 3 Pb (s) + 2 Cr3+ (aq).
II. O cromo metálico é o cátodo da pilha.
III. A d.d.p. dessa pilha é igual a +0,87 V.
Estão corretas as afirmativas:
A) I e III.
B) II, apenas.
C) II e III.
D) III, apenas.
E) I, apenas.
Alternativa E.
A alternativa II está incorreta porque o cromo, como tem menor potencial de redução, sofrerá oxidação e, por conta disso, será o ânodo.
Já a alternativa III está incorreta porque a d.d.p. será calculada da seguinte forma:
ΔE = Emaior − Emenor = −0,13 – (−0,74) = + 0,61 V
Observe a seguinte pilha:
Zn2+ (aq) | Zn (s) || Al (s) | Al3+ (aq)
Indique a alternativa que apresenta a espécie química formada no cátodo, a espécie química formada no ânodo e a diferença de potencial desenvolvida pela pilha respectivamente.
Dados:
E° (Zn2+/Zn) = −0,76 V; E° (Al3+/Al) = −1,66 V
A) Zn2+, Al3+, −2,42 V.
B) Al, Zn, +0,90 V.
C) Al3+, Zn, −2,42 V
D) Zn, Al3+, +0,90 V.
E) Al, Zn2+, +0,90 V.
Alternativa D.
Nessa forma de representação da pilha, vê-se que o zinco se inicia na forma de Zn2+ e termina como Zn. Portanto, o zinco está sofrendo redução e é o cátodo da pilha. Já o alumínio inicia-se como Al e termina como Al3+, portanto, está se oxidando. Por isso, o alumínio é o ânodo.
A d.d.p. é dada por:
ΔE = Emaior − Emenor = −0,76 – (−1,66) = + 0,90 V
Quatro metais estavam disponíveis em um laboratório para um experimento de eletroquímica: ferro, zinco, cobre e alumínio.
Assinale a alternativa que apresenta o par de metais que produzirá a pilha de maior diferença de potencial.
Dados:
Fe2+ (aq) + 2e− → Fe (s) E° = −0,44 V
Zn2+ (aq) + 2e− → Zn (s) E° = −0,76 V
Cu2+ (aq) + 2e− → Cu (s) E° = +0,34 V
Al3+ (aq) + 3e− → Al (s) E° = −1,66 V
A) Fe e Zn.
B) Al e Zn.
C) Cu e Fe.
D) Cu e Al.
E) Fe e Al.
Alternativa D.
A pilha com maior d.d.p. será aquela formada pelo metal com maior potencial de redução junto ao metal com menor potencial de oxidação, conforme é possível ver pela análise da fórmula:
ΔE = Emaior − Emenor
Ou seja, quando maior a diferença, maior a d.d.p. Por isso, serão escolhidos o cobre (maior potencial de redução) e o alumínio (menor potencial de redução).
Sobre o funcionamento de uma pilha, são feitas as seguintes afirmativas.
I. As reações químicas de uma pilha são reversíveis.
II. Na superfície do cátodo ocorre a reação de redução.
III. O eletrodo para o qual migram os elétrons é chamado de ânodo.
IV. A massa final do ânodo é menor que a massa inicial.
Estão corretas as afirmativas:
A) I e II.
B) II e IV.
C) II, apenas.
D) III e IV.
E) I e III.
Alternativa B.
A afirmativa I está equivocada, pois as reações das pilhas são irreversíveis. O processo químico só é reversível em baterias.
A afirmativa III está incorreta, pois os elétrons são produzidos no ânodo, em que ocorrem reações de oxidação — perda de elétrons —, migrando para o cátodo.
Para uma suposta pilha formada por prata e zinco, espera-se que:
Dados:
Ag+ (aq) + e− → Ag (s) E° = +0,80 V
Zn2+ (aq) + 2e− → Zn (s) E° = −0,76 V
A) a prata sofra oxidação.
B) o eletrodo de zinco seja o cátodo.
C) a diferença de potencial da pilha seja igual a +0,04 V.
D) que o zinco sofra redução.
E) que o eletrodo de prata aumente a sua massa durante o processo reacional.
Alternativa E.
A prata se reduz nesse sistema, pois apresenta maior potencial de redução. Com base nisso, podemos afirmar que ocorrerá a deposição de prata metálica sobre o eletrodo. A deposição de novos átomos faz a sua massa aumentar.
É difícil imaginar a nossa vida sem a utilização das pilhas e das baterias. São usadas para providenciar energia para os dispositivos eletrônicos que estão em nossa volta.
A energia elétrica de uma pilha é advinda de uma reação química, conhecida como:
A) combustão.
B) neutralização.
C) oxirredução.
D) decomposição.
E) desidratação.
Alternativa C.
A energia de uma pilha só é possível por meio de reações químicas de oxirredução, pois são essas as reações que permitem o fluxo de elétrons; assim, gerando carga e corrente elétrica.
Ferramentas
