Duda - Reações de oxirredução

O seguinte experimento foi realizado para analisar alguns conceitos de eletrólise: uma solução aquosa de sulfato de cobre (azul) e uma solução aquosa de dicromato de potássio (alaranjada) foram misturadas em concentrações equimolares, resultando em uma solução de coloração marrom. Essa mistura foi colocada em uma célula eletrolítica em forma de U que foi, então, cuidadosamente preenchida de ambos os lados com uma solução de ácido sulfúrico diluído (incolor). Duas placas de platina ( e ) foram imersas na solução, uma em cada braço do tubo em U, e conectadas aos polos ( e ) de uma fonte externa, conforme mostra o esquema da Figura (A). A Figura (B) indica as frações de coloração da solução na célula, após um certo período de eletrólise da solução.

Com base nessas informações, faça o que se pede.

a) Liste todas as espécies iônicas presentes no meio.

b) Explique de forma sucinta por que surgem as camadas de solução de cor azul e alaranjada, observadas na Figura (B), após a eletrólise.

c) Indique qual placa de platina ( ou ) atua como anodo e como catodo e escreva as respectivas semirreações que ocorrem preferencialmente nesses eletrodos.

d) Indique qual dos polos da fonte ( ou ) é positivo, qual é negativo e qual a direção da corrente elétrica.

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Uma célula fotoeletroquímica utiliza um semicondutor sensível à luz como eletrodo fotoativo, capaz de promover a decomposição da água pela energia luminosa, gerando hidrogênio () no cátodo e oxigênio () no ânodo:

O semicondutor absorve luz com comprimento de onda máximo de . A energia dessa luz é utilizada para excitar elétrons e iniciar a reação de oxirredução da água. Suponha que cada fóton absorvido gere um elétron.

a) Escreva as semirreações que ocorrem no cátodo e no ânodo durante a decomposição da água.

b) Sabendo que o semicondutor absorve luz com comprimento de onda igual a , determine o valor numérico da energia fornecida pela luz no processo fotoeletroquímico para gerar de pela decomposição da água.

c) Suponha que a célula receba uma potência luminosa de durante , com fótons de incidindo em uma área de . Determine o valor numérico da quantidade máxima de , em , que poderia ser gerada nesse tempo, assumindo eficiência quântica de 100%.

d) Sabendo que o tanque de um carro movido a hidrogênio armazena de comprimido a , determine o valor numérico da energia mínima necessária para gerar essa quantidade de gás pela fotodecomposição da água, utilizando o semicondutor. Despreze os efeitos da alta pressão.

e) Determine o valor numérico do comprimento de onda máximo, em , que um semicondutor deveria absorver para que, de forma hipotética, a energia da luz incidente seja suficiente para gerar de , igualando a energia liberada na combustão dessa mesma quantidade de gás. Considere que não há perdas energéticas no processo e que existe uma proporção   entre elétrons e fótons.

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O etilômetro é um instrumento utilizado na detecção da quantidade de etanol no ar expirado. Nesse dispositivo, o etanol proveniente da expiração de uma pessoa entra em contato com uma solução de dicromato de potássio em meio ácido (ácido sulfúrico). O etanol é oxidado a ácido acético, enquanto o crômio (VI), de cor amarelo-alaranjado, é reduzido a crômio (III), de cor verde. Como subprodutos, são gerados sulfato de potássio e água. Mediante detecção da variação de cor da solução, a quantidade de etanol é determinada.

a) Escreva a equação química balanceada, que representa a reação que ocorre no etilômetro.

b) Considere, hipoteticamente, um limite permitido de etanol de 0,05 mg·L^-1. Em uma aferição, foi gerada uma quantidade de 0,0207 mg de água no reservatório do etilômetro. Considerando o volume de 200 mL para o reservatório do etilômetro, verifique se a quantidade de etanol presente nesse teste é superior ao limite estabelecido e apresente os cálculos

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