10 exercícios de pilhas com gabarito
Em resumo:
- No ânodo ocorre a oxidação; no cátodo, a redução.
- Os elétrons percorrem o circuito externo sempre do ânodo para o cátodo.
- Nas condições-padrão, a diferença de potencial (ddp) é calculada pela diferença entre os potenciais-padrão de redução do cátodo e do ânodo.
- O metal de sacrifício ajuda a proteger outro metal (como o ferro) ao se oxidar preferencialmente em seu lugar.
Você já parou para pensar que a nossa vida moderna depende inteiramente de reações químicas portáteis? Do momento em que o seu despertador toca no celular até a hora de ligar a TV com o controle remoto, você está usando o poder das Pilhas e Baterias.
Esses dispositivos transformam energia química em energia elétrica por meio de reações de oxirredução.
Para aperfeiçoar seus conhecimentos sobre o tema, o Mundo Vestibular preparou uma série de 10 exercícios sobre o tema. Explore o funcionamento das pilhas, analise os cálculos e confira as respostas comentadas!
Exercícios sobre Pilhas e Eletroquímica
Exercício 1
Uma pilha fornece energia elétrica a um aparelho. Sobre a origem dessa energia, assinale a alternativa correta.
- a) Vem de uma reação não espontânea, que só ocorre quando uma fonte externa de corrente é ligada ao sistema.
- b) Vem exclusivamente da ponte salina, pela qual os elétrons circulam entre as duas soluções.
- c) Vem de uma reação de oxirredução espontânea, que converte energia química em energia elétrica.
- d) Vem de uma reação com transferência apenas de íons, sem transferência de elétrons.
- e) Vem de uma reação em que ocorre somente oxidação, sem redução.
Resposta: alternativa c) Vem de uma reação de oxirredução espontânea, que converte energia química em energia elétrica. A energia elétrica fornecida pela pilha resulta dessa espontaneidade. Os elétrons liberados na oxidação são recebidos na redução pelo circuito externo. A ponte salina apenas permite o transporte de íons entre as soluções (para manter o equilíbrio das cargas), ela não conduz elétrons.
Exercício 2
Considere a reação de oxirredução representada pela equação:
2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s)
Sobre os processos representados, assinale a alternativa correta.
- a) O alumínio sofre oxidação, pois perde elétrons e seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre redução.
- b) O alumínio sofre redução, pois seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre oxidação.
- c) O Cu²⁺ sofre oxidação, pois ganha elétrons e passa a cobre metálico.
- d) O alumínio e o Cu²⁺ sofrem oxidação, pois ambos participam da transferência de elétrons.
- e) O número de oxidação do cobre aumenta de +2 para 0, caracterizando oxidação.
Resposta: alternativa a) O alumínio sofre oxidação, pois perde elétrons e seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre redução. O número de oxidação (NOX) do alumínio aumenta de 0 (substância simples) para +3, indicando perda de elétrons (oxidação). Já o cobre passa de +2 para 0, indicando ganho de elétrons (redução) pelos íons Cu²⁺.
Exercício 3
Uma pilha opera nas condições-padrão com um eletrodo de cádmio em solução de Cd²⁺ e um eletrodo de níquel em solução de Ni²⁺. Um fio condutor liga os eletrodos, e uma ponte salina conecta as soluções. Considere os seguintes potenciais-padrão de redução:
- Ni²⁺(aq) + 2 e⁻ → Ni(s) (E° = −0,230 V)
- Cd²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cd(s) (E° = −0,402 V)
Quanto aos eletrodos dessa pilha, assinale a alternativa correta.
- a) O níquel é o ânodo e constitui o polo negativo.
- b) O níquel é o ânodo e constitui o polo positivo.
- c) O cádmio é o cátodo e constitui o polo positivo.
- d) O cádmio é o ânodo e constitui o polo negativo; o níquel é o cátodo e constitui o polo positivo.
- e) O cádmio é o ânodo e constitui o polo positivo.
Resposta: alternativa d) O cádmio é o ânodo e constitui o polo negativo; o níquel é o cátodo e constitui o polo positivo. Entre os dois pares, o níquel apresenta o maior potencial-padrão de redução (−0,230 V é maior que −0,402 V). Assim, os íons Ni²⁺ são reduzidos no cátodo (polo positivo). O cádmio metálico, por ter o menor potencial, se oxida no ânodo (polo negativo).
Exercício 4
Na pilha de Daniell, o zinco se oxida e os íons Cu²⁺ são reduzidos no eletrodo de cobre. Um fio condutor liga os eletrodos, enquanto uma ponte salina conecta as soluções das duas semicelas. Qual alternativa descreve corretamente o fluxo de elétrons no fio e a migração dos íons pela ponte salina?
- a) Os elétrons vão do cobre para o zinco pelo fio; os cátions migram para o ânodo.
- b) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o cátodo e os ânions, para o ânodo.
- c) Os elétrons vão do zinco para o cobre pela ponte salina; os íons não se movimentam.
- d) Os elétrons vão do cobre para o zinco pelo fio; os ânions migram para o cátodo.
- e) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o ânodo e os ânions, para o cátodo.
Resposta: alternativa b) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o cátodo e os ânions, para o ânodo. Os elétrons percorrem o circuito externo saindo do ânodo (zinco, que oxida) em direção ao cátodo (cobre, que reduz). Na ponte salina, o transporte é puramente iônico: cátions (cargas positivas) migram para o cátodo e ânions (cargas negativas) migram para o ânodo, mantendo a neutralidade elétrica das soluções.
Exercício 5
Considere a reação de oxirredução representada a seguir:
Al(s) + 3 Ag⁺(aq) → Al³⁺(aq) + 3 Ag(s)
Nessa reação, o alumínio atua como:
- a) agente oxidante, pois sofre redução e passa a Al³⁺.
- b) agente oxidante, pois ganha elétrons dos íons prata.
- c) catalisador, pois não sofre alteração durante a reação.
- d) agente redutor, pois sofre redução e doa elétrons.
- e) agente redutor, pois sofre oxidação e fornece os elétrons que reduzem os íons Ag⁺.
Resposta: alternativa e) agente redutor, pois sofre oxidação e fornece os elétrons que reduzem os íons Ag⁺. O alumínio passa de NOX 0 para +3, perdendo elétrons. Portanto, ele sofre oxidação. Ao se oxidar, ele atua como agente redutor, pois fornece os elétrons necessários para que os íons Ag⁺ sejam reduzidos à prata metálica.
Exercício 6
Considere os potenciais-padrão de redução abaixo:
- Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu (E° = +0,34 V)
- Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni (E° = −0,230 V)
- Cd²⁺ + 2 e⁻ → Cd (E° = −0,402 V)
- Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn (E° = −0,76 V)
- Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (E° = −1,66 V)
Nas condições-padrão, qual reação abaixo é espontânea no sentido indicado?
- a) Cu(s) + Zn²⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + Zn(s)
- b) Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s)
- c) Ni(s) + Cd²⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Cd(s)
- d) 3 Cu(s) + 2 Al³⁺(aq) → 3 Cu²⁺(aq) + 2 Al(s)
- e) 3 Cd(s) + 2 Al³⁺(aq) → 3 Cd²⁺(aq) + 2 Al(s)
Resposta: alternativa b) Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s). Para saber se a reação é espontânea, a ddp (ΔE°) deve ser positiva. Calcula-se subtraindo o E° de quem oxida do E° de quem reduz:
- a) −0,76 − (+0,34) = −1,10 V (não espontânea)
- b) −0,230 − (−0,76) = +0,53 V (espontânea)
- c) −0,402 − (−0,230) = −0,172 V (não espontânea)
- d) −1,66 − (+0,34) = −2,00 V (não espontânea)
- e) −1,66 − (−0,402) = −1,258 V (não espontânea)
Exercício 7
Uma pilha opera nas condições-padrão com um eletrodo de alumínio e um de cobre, cada um em contato com uma solução de seus íons. Adote os dados:
- Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (E° = −1,66 V)
- Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu (E° = +0,34 V)
A diferença de potencial dessa pilha é:
- a) +1,32 V
- b) +1,10 V
- c) +2,00 V
- d) −2,00 V
- e) +1,66 V
Resposta: alternativa c) +2,00 V. Para calcular o potencial-padrão da pilha (ΔE°), identifique os eletrodos: o alumínio tem o menor potencial, logo atua como ânodo; o cobre tem o maior, logo atua como cátodo. Usando a fórmula: ΔE° = E°(cátodo) − E°(ânodo) = 0,34 − (−1,66) = 0,34 + 1,66 = +2,00 V.
Exercício 8
Uma pilha utilizada em um bafômetro apresenta as seguintes semirreações:
- Eletrodo A: CH₃CH₂OH(g) → CH₃CHO(g) + 2 H⁺(aq) + 2 e⁻
- Eletrodo B: ½ O₂(g) + 2 H⁺(aq) + 2 e⁻ → H₂O(l)
Com base nessas semirreações, é correto afirmar que o dispositivo funciona com:
- a) o eletrodo A como polo positivo, pois nele ocorre a oxidação do etanol.
- b) o eletrodo A como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
- c) o eletrodo B como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
- d) o eletrodo B como polo negativo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
- e) os dois eletrodos como polos negativos, pois ambos participam da reação.
Resposta: alternativa c) o eletrodo B como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio. Na semirreação A, os elétrons aparecem nos produtos, indicando perda (oxidação do etanol) no ânodo (polo negativo). Na semirreação B, os elétrons estão nos reagentes, sendo consumidos: ocorre redução do oxigênio no cátodo (polo positivo).
Exercício 9
O zinco é frequentemente utilizado como “metal de sacrifício” na proteção de um tanque de aço (ferro) contra a corrosão. Qual alternativa explica o critério eletroquímico dessa escolha?
- a) O zinco apresenta maior potencial de redução que o metal protegido e recebe seus elétrons.
- b) O zinco impede a corrosão porque permanece sem sofrer transformação química.
- c) O zinco apresenta menor potencial de redução que o metal protegido e se oxida preferencialmente.
- d) O zinco atua como cátodo e sofre redução durante a proteção.
- e) Qualquer metal em contato com o tanque exerce a mesma função, independentemente de seu potencial.
Resposta: alternativa c) O zinco apresenta menor potencial de redução que o metal protegido e se oxida preferencialmente. O metal de sacrifício deve ter uma tendência à oxidação maior (ou seja, menor potencial de redução) do que o metal que se quer proteger. O zinco atua como ânodo da pilha formada com o aço, oxidando-se e corroendo-se no lugar dele.
Exercício 10
Considere uma bateria de zinco-ar cuja reação anódica, em meio alcalino, forma uma espécie solúvel de zinco. Entre as alternativas abaixo, qual corresponde à espécie formada no ânodo dessa bateria?
- a) OH⁻(aq)
- b) O₂(g)
- c) H₂O(l)
- d) Zn(s)
- e) Zn(OH)₄²⁻(aq)
Resposta: alternativa e) Zn(OH)₄²⁻(aq). Na bateria considerada, o ânodo é onde ocorre a oxidação. O zinco metálico (Zn) sofre oxidação em meio rico em hidroxilas (OH⁻), passando de NOX 0 para NOX +2 e formando o íon complexo solúvel tetrahidroxozincato, cuja fórmula é Zn(OH)₄²⁻.
Gabarito
| Exercício | Alternativa | Resposta |
| 1 | c) | Reação espontânea, que converte energia química em elétrica. |
| 2 | a) | Alumínio oxida (passa a +3); Cu²⁺ sofre redução. |
| 3 | d) | Cádmio é o ânodo (negativo); níquel é o cátodo (positivo). |
| 4 | b) | Elétrons: do Zn pro Cu no fio; Cátions: pro cátodo; Ânions: pro ânodo. |
| 5 | e) | Agente redutor, pois sofre oxidação e fornece elétrons. |
| 6 | b) | Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s) |
| 7 | c) | +2,00 V |
| 8 | c) | Eletrodo B é o polo positivo (redução do oxigênio). |
| 9 | c) | Menor potencial de redução; oxida preferencialmente. |
| 10 | e) | Zn(OH)₄²⁻(aq) |
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