Ano 2021#eletroquímica#oxirredução#balanceamento#entalpia#energia interna#termodinâmica#fase2#discursiva

Sobre o tema

A eletroquímica e a termodinâmica se entrelaçam no estudo de reações de oxirredução, como a oxidação do sulfato de chumbo (PbSO₄) por ácido hipocloroso (HOCl). O potencial padrão de eletrodo (E°) e a variação de entalpia (ΔH°) são grandezas fundamentais para prever a espontaneidade e o calor envolvido. A relação entre ΔH° e ΔU° depende da variação do número de mols gasosos (Δn_g), já que o trabalho de expansão (PΔV) para gases ideais é dado por Δn_g·RT. Nesta questão do ITA (2021), o candidato deve balancear a reação, calcular o potencial da célula e determinar ΔU° a partir de ΔH°, além de discutir a diferença termodinâmica entre essas grandezas.

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Balanceamento de reações de oxirredução
Potencial padrão de eletrodo e equação de Nernst
Relação entre ΔH e ΔU em reações com gases
Termodinâmica de reações eletroquímicas

Enunciado

Considere a reação de oxirredução não balanceada de um mol de sulfato de chumbo com ácido hipocloroso, a 25 °C.

PbSO₄(s) + HOCl(aq) → Cl₂(g) + PbO₂(s) + HSO₄⁻(aq) + H⁺(aq) [não balanceada]

Para esta reação, a variação de entalpia padrão é ΔH° = +19,9 kJ. Sabe-se que o potencial de eletrodo padrão da espécie que sofre oxidação é +1,63 V e o da espécie que sofre redução é +1,61 V.

a) Escreva as semirreações, a reação global balanceada e o potencial padrão da reação global.

b) Determine a variação de energia interna da reação (ΔU°), considerando comportamento ideal das espécies.

c) Justifique termodinamicamente a diferença entre os valores de ΔH° e ΔU° para a reação acima.

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Perguntas frequentes

Como calcular o potencial padrão de uma reação global?

O potencial padrão da reação global (E°_célula) é obtido subtraindo o potencial de redução do cátodo pelo ânodo: E°_célula = E°_catodo - E°_anodo, onde o catodo sofre redução e o anodo sofre oxidação.

Qual a diferença entre ΔH° e ΔU° para reações com gases?

ΔH° e ΔU° diferem devido ao trabalho de expansão. Para uma reação a pressão constante, ΔH° = ΔU° + Δn_g·RT, onde Δn_g é a variação do número de mols gasosos entre produtos e reagentes.

Como balancear uma reação de oxirredução em meio ácido?

Em meio ácido, balanceie os átomos de O com H2O, depois H com H+, e finalize com elétrons. Ajuste as cargas com elétrons e iguale as semirreações.