Questão 2

IME 2021

Química

(IME - 2021/2022 - 2ª fase)

Uma célula eletrolítica dotada de eletrodos de platina é preenchida com 1 L de uma solução 4 M de NaCl puro em água bidestilada. Em seguida, faz-se percorrer pela mesma, por 5 horas, 21 minutos e 40 segundos, uma corrente de 5 A, ocorrendo desprendimento de cloro e hidrogênio. Decorrido o tempo mencionado, a corrente é desligada e a solução remanescente é evaporada, obtendo-se um resíduo sólido. Calcule a massa do resíduo obtido.

Dados:

Massas molares: Na = 23g • mol^-1 ; O = 16g • mol^-1 e H = 1g • mol^-1 Constante de Faraday: F = 96500 C • mol^-1

Gabarito:

Resolução:

2 NaCl_(aq) → 2 Na⁺_(aq) + 2 Cl^-_(aq)

2 H₂O_(l) → 2 H⁺_(aq) + 2 OH^-_(aq)

Cátodo: 2 H⁺_(aq)+ 2 e^- → H_2(g)

Ânodo: 2 Cl^-_(aq) → Cl_2(g) + 2 e^-

Global: 2 NaCl_(aq) + 2 H₂O_(l) → 2 Na⁺_(aq) + 2 OH^-_(aq)+ H_2(g) + Cl_2(g)

$i=frac{Q}{t}$

Q = i • t

i = 5A

t = 19 300 s

$herefore$ Q = 5 C/s • 19 300 s

Q = 96500 C

Constante de Faraday

F = 96 500 C • mol^-1

Portanto, decorrido o tempo mencionado, a quantidade de matéria de elétrons que passa pela célula eletrolítica é de 1 mol. O sólido obtido após a evaporação da água é o NaOH e o NaCl em excesso.

• Cálculo da massa de NaOH formado na eletrólise:

Da proporção estequiométrica:

2 mol elétrons ------------ 2 mol NaOH

1 mol elétrons ------------ n

n = 1 mol NaOH

MM NaOH = MM Na + MM O + MM H

MM NaOH = 23 g • mol^-1 + 16 g • mol^-1 + 1 g • mol^-1

MM NaOH = 40 g • mol^-1

MM = m/n

$herefore$ m = MM • n

m = 40 g • mol^-1 • 1 mol

m = 40 g

• Cálculo da massa de NaCl em excesso.

$C_{sol.} = frac{n_{NaCl}}{V_{sol.}}$

$n_{NaCl} = C_{sol.}cdot V_{sol.}$

$n_{NaCl} = 4molcdot L^{-1}cdot 1L^{-1}$

$n_{NaCl} = 4mol$

2 NaCl_(aq) + 2 H₂O_(l) → 2 Na⁺_(aq) + 2 OH^-_(aq)+ H_2(g) + Cl_2(g)

Da proporção estequiométrica, 1mol de NaCl forma 1mol de NaOH. A quantidade de NaCl necessária para formar 1mol de NaOH é 1mol. Portanto, a quantidade de NaCl que resta após o fim da reação é 3mol.

• Cálculo da massa de 3mol de NaCl:

$MM_{NaCl} = frac{m_{NaCl}}{n_{NaCl}}$