Questão 57

ITA 2020

Química

(ITA - 2020 - 1ª FASE)

Considere uma bateria de fluxo de hidrogênio gasoso (H₂) líquido e bromo líquido (Br₂) operando nas condições padrão. Durante a descarga, a bateria converte H₂ e Br₂ em ácido bromídrico (HBr). As reações de meia célula e os respectivos potenciais-padrão de eletrodo, a 298 K, são:

Anodo, $H_2 ightarrow 2H^++2e^-;;quad (E^0=0;V)$

Catodo, $Br_2+2e^- ightarrow 2Br^- ; quad(E^0=1.087;V)$

A dissociação da água pode ser observada pelo efeito da seguinte semi-reação:

$O_2+4e^-+4H^+ ightarrow 2H_2O;quad(E_0=1.229;V)$

A formação de complexos iônicos de polibrometo ocorre segundo as reações e suas respectivas constantes de equilíbrio:

$Br_2+Br^- ightleftharpoons Br_3^-;quad K_3=16.7$

$2Br_2+Br^- ightleftharpoons Br_5^-;quad K_5=37.7$

Sejam feitas as seguintes afirmações a respeito dessa bateria:

I. O potencial da célula pode ser aproximado pela equação: E_cátodo - E_ânodo = 1,087 + 0,06 pH.

II. O solvente (água) é termodinamicamente estável somente a pH < 2,4.

III. Recarregar a bateria com um potencial catódico inferior a 1,229 V garante a estabilidade do solvente.

IV. Durante a descarga da bateria, a concentração do HBr aumenta e podem formar complexos iônicos de $Br_3^-$ e $Br_5^-$ .

Das afirmações acima, estão CORRETAS:

apenas I, II e IV.

apenas I e III.

apenas II e IV.

apenas III e IV.

todas.

Gabarito:

apenas I, II e IV.

Resolução:

I. VERDADEIRO.

$E_{catodo}=1,087V$

$E_{anodo}=E^{0}_{anodo}-frac{0,0592}{2}cdot logfrac{[H^{+}]^{2}}{1 atm}$

$E_{anodo}=0-frac{0,0592}{2}cdot 2cdot log[H^{+}]$

$E_{anodo}=0,0592cdot log[H^{+}]$

$E_{anodo}=0,06cdot pH$

$E_{catodo}-E_{anodo}=1,087+0,06cdot pH$

II. VERDADEIRO.

Para que a água fique estável o potencial de oxidação da água não poderá ser ser maior (em módulo) que o potencial de redução do bromo.

$Br_2+2e^- ightarrow 2Br^- ; quad(E^0=1.087;V)$

$2H_2O ightarrow O_2+4e^-+4H^+ ;quad(E=-1,087;V)$

$E=E^{0}-frac{0,0592}{4}cdot log[H^{+}]^{4}$

$-1,087=-1,229-0,0592cdot log[H^{+}]$

$0,142=0,0592cdot pH$

$pH=2,4$

III. FALSO. Como a estabilidade do solvente depende do pH, somente controlar o potencial aplicado não garante a estabilidade.

IV. VERDADEIRO. Com o aumento da concentração de $Br^-$ no meio, o equilíbrio das reações que formam $Br_3^-$ e $Br_5^-$ serão deslocados no sentido de formação destas espécies.

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