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title: "Pilhas e eletrólise"
book: "Química dos ensinos fundamental e médio"
subject: chemistry
language: pt
chapter: 47
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/47-pilhas-e-eletrolise
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 47 — Pilhas e eletrólise

Um celular mostra 1 % numa noite de inverno e desliga. Ligado na tomada durante a noite, de manhã ele está carregado de novo. Dentro da sua bateria, a mesma [reação química](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reaction) acontece num sentido durante o dia, fornecendo energia elétrica, e é forçada no outro sentido à noite pelo carregador. Uma [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) vira uma fonte de eletricidade quando os seus [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) são obrigados a passar por um fio; e a eletricidade, empurrada através de uma solução, pode forçar uma [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) que nunca aconteceria sozinha.

**O que você já sabe.**

Os [oxidantes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) ganham [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus), os [redutores](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) os perdem; [semirreações](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple), [pares redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple) e [reações de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) ([Capítulo 35](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#ch-g11-redox)). Um sistema evolui até $Q = K$ ([Capítulo 43](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/43-o-equilibrio-quimico-quociente-e-constante#ch-g12-equilibrium)). As soluções de [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) conduzem ([Capítulo 17](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#ch-g9-ions)); o [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) e a [constante de Avogadro](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-avogadro) ([Capítulo 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#ch-g10-the-mole)).

![Carregar um celular: uma reação forçada no sentido inverso durante a noite.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-49517e36d302.jpg)

*Carregar um celular: uma reação forçada no sentido inverso durante a noite.*

## 47.1 Uma reação de oxirredução dividida em duas

Quando uma lâmina de zinco é mergulhada numa solução de sulfato de cobre, o zinco é oxidado e os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre são reduzidos na superfície da lâmina, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$: os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) passam diretamente do [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) para os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion), e a energia se perde como um pouco de calor. Separe as duas metades e ligue-as por um fio: os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) agora têm de passar pelo fio, e podem acender uma lâmpada no caminho.

**Definição 47.1 (Pilha eletroquímica, meia-pilha, ponte salina).**

Uma *pilha eletroquímica* produz energia elétrica a partir de uma [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) cuja [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) e cuja [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) acontecem em dois compartimentos separados. Cada compartimento, um eletrodo de [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) mergulhado numa solução dos seus [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion), é uma *meia-pilha*. Uma *ponte salina*, um tubo ou uma tira de papel embebida numa solução de [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion), liga as duas soluções e fecha o circuito, mantendo-as separadas.

**Definição 47.2 (Ânodo, cátodo).**

O eletrodo onde acontece uma [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) é o *ânodo*; o eletrodo onde acontece uma [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) é o *cátodo*.

![A pilha de Daniell. Os elétrons saem do ânodo de zinco pelo fio e entram no cátodo de cobre; na ponte salina, os íons se deslocam para manter cada solução neutra.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-d8ff0fa8a58b.svg)

*A pilha de Daniell. Os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) saem do [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de zinco pelo fio e entram no [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de cobre; na [ponte salina](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell), os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) se deslocam para manter cada solução neutra.*

**Proposição 47.3 (Para onde vão os elétrons).**

Numa pilha que fornece corrente, os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) saem da pilha pelo [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), onde são liberados pela [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation), percorrem o circuito externo e entram pelo [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), onde são captados pela [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation). O [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) é o polo negativo, o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), o polo positivo. Dentro da pilha, a corrente é transportada por [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion): os [cátions](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) se deslocam para o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), os [ânions](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) para o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**Demonstração.** A [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) produz [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); a [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) os consome no [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); o fio é o único caminho entre os dois. Sem isso, cada solução ficaria carregada, o que os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) da ponte impedem. ∎

**Método 47.4 (Descrever uma pilha).**

1. Escreva a [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) global que acontece espontaneamente.
2. Divida-a em duas [semirreações](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple) : a [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) ( [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) e a [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) ( [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
3. Indique a polaridade: [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$ , [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $+$ ; o sentido dos [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) no fio (do [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) para o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) e o da corrente (do [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) para o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
4. Descreva o movimento dos [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) na ponte.

**História — A pilha de Volta, 1800.**

Em 1800, o físico Alessandro Volta empilhou discos de dois [metais](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) diferentes, zinco e cobre ou prata, separados por pedaços de pano embebidos em salmoura, e obteve uma corrente elétrica estável: a primeira pilha. Ela deu aos físicos a sua primeira fonte contínua de eletricidade, e aos químicos uma nova ferramenta: em poucos anos, a [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) isolou o sódio e o potássio pela primeira vez.

![Uma pilha de Volta num museu. Foto de GuidoB, CC BY-SA 3.0.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-90c8f7e514de.jpg)

*Uma pilha de Volta num museu. Foto de GuidoB, CC BY-SA 3.0.*

## 47.2 A tensão de uma pilha

**Definição 47.5 (Tensão da pilha).**

A *tensão da pilha* é a tensão medida entre os polos de uma pilha que não fornece corrente (circuito aberto), com um voltímetro; ela é positiva quando o polo positivo do voltímetro está no [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**Exemplo 47.6 (A pilha de Daniell).**

Com as duas soluções a $1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, a pilha de Daniell dá $1.10\,\mathrm{V}$. Como prever uma tensão assim a partir de tabelas de potenciais de eletrodo é mostrado no volume do primeiro ano da universidade.

**Observação 47.7 (Por que uma pilha se esgota).**

A reação da pilha, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$, tem uma constante $K$ muito grande. Enquanto a pilha funciona, $Q = [\ce{Zn^{2+}}]/[\ce{Cu^{2+}}]$ aumenta, e a reação continua enquanto $Q < K$. Quando um [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) acaba (o zinco, ou os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre), a corrente para: a pilha está “descarregada”.

## 47.3 Carga e capacidade

**Definição 47.8 (Constante de Faraday, capacidade).**

A *constante de Faraday* $F$ é a carga elétrica de um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus), $F = N_A e = 96\,485\,\mathrm{C}/\mathrm{mol}$. A *capacidade* de uma pilha é a maior carga elétrica que ela pode fornecer, muitas vezes dada em ampères-horas: $1\,\mathrm{A}\,\mathrm{h} = 3600\,\mathrm{C}$.

**Proposição 47.9 (Carga e quantidade de matéria de elétrons).**

Uma corrente $I$ que passa durante um tempo $\Delta t$ transporta a carga $Q = I\,\Delta t$, isto é, uma [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus)

$$
n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{I\,\Delta t}{F} .
$$

**Demonstração.** Cada [elétron](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) carrega a carga elementar $e$; $n$ [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) carregam $n N_A e = n F$. ∎

**Exemplo 47.10 (A capacidade de uma pilha de Daniell).**

O eletrodo de zinco contém $6.5\,\mathrm{g}$ de zinco que pode reagir, isto é, $6.5/65.4 = 0.099\,\mathrm{mol}$. Cada [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de zinco cede dois [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $n(e^-) = 0.199\,\mathrm{mol}$, logo $Q = 0.199 \times 96485 = 1.9 \times 10^{4}\,\mathrm{C}$, cerca de $1.9 \times 10^{4}\,/3600 = 5.3\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, se os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre não acabarem antes.

## 47.4 A eletrólise

**Definição 47.11 (Eletrólise, acumulador).**

Uma *eletrólise* é uma [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) forçada por um gerador elétrico, no sentido oposto ao que ela tomaria sozinha. Um *acumulador* é uma pilha que pode ser recarregada: durante a carga, o gerador força a sua reação no sentido inverso, como uma eletrólise.

**No laboratório — A eletrólise da água.**

Dois eletrodos ficam mergulhados em água tornada condutora com um pouco de sulfato de sódio, cada um sob um tubo de ensaio invertido cheio da solução. Com um gerador de alguns volts, sobem bolhas dos dois eletrodos: no [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (ligado ao polo $-$), gás hidrogênio; no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), gás oxigênio, o primeiro em quantidade duas vezes maior que o segundo. Uma tala acesa produz um estalo no primeiro gás; uma tala em brasa volta a se acender no segundo.

![A eletrólise da água: acima dos eletrodos se junta duas vezes mais gás hidrogênio que gás oxigênio.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-f25f225b7eb7.svg)

*A [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) da água: acima dos eletrodos se junta duas vezes mais gás hidrogênio que gás oxigênio.*

**Exemplo 47.12 (A água, dividida).**

No [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$; no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{6H2O -> O2 + 4H3O+ + 4e-}$. Para quatro [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus), duas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de gás hidrogênio e uma de gás oxigênio, enquanto os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{H3O+}$ e $\ce{OH-}$ formados nos dois eletrodos se recombinam em água: no total, $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, o inverso da [combustão](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) do hidrogênio, que precisa de energia para acontecer.

**Método 47.13 (A massa depositada por uma eletrólise).**

1. Escreva a [semirreação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple) no eletrodo onde o [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) se forma, por exemplo $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$ .
2. Calcule a carga $Q = I \Delta t$ e $n(e^-) = Q/F$ .
3. Divida pelo número de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) por [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) : $n(\ce{Cu}) =  n(e^-)/2$ ; depois $m = n \times M$ .

**Exemplo 47.14 (O refino do cobre).**

O cobre impuro que sai da fundição é usado como [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de uma cuba de [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) com solução de sulfato de cobre, e uma folha fina de cobre puro como [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode). No [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), o cobre [se dissolve](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve), $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$; no [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), cobre puro se deposita, $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$; as impurezas caem no fundo ou ficam em solução. Uma corrente de $100\,\mathrm{A}$ durante $24\,\mathrm{h}$ transporta $Q = 100 \times 86400 = 8.64 \times 10^{6}\,\mathrm{C}$, isto é, $n(e^-) = 89.5\,\mathrm{mol}$, que deposita $89.5/2 = 44.8\,\mathrm{mol}$ de cobre: $2.84\,\mathrm{kg}$.

![O refino do cobre por eletrólise: o cobre passa do ânodo impuro para o cátodo puro através da solução.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-c81fad019077.svg)

*O refino do cobre por [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): o cobre passa do [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) impuro para o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) puro através da solução.*

## 47.5 Pilhas, baterias recarregáveis e células a combustível

Toda pilha ou bateria descartável é uma [pilha eletroquímica](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell); toda bateria recarregável, um [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis). A bateria de chumbo-ácido de um carro funciona com chumbo, óxido de chumbo e ácido sulfúrico; a bateria de [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) de lítio de um celular desloca [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio entre dois eletrodos, um de grafite e outro de um óxido metálico, através de um eletrólito líquido ou polimérico, enquanto os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) dão a volta pelo circuito externo. Uma célula a [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) é uma pilha cujos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) são alimentados continuamente: uma célula a [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) de hidrogênio realiza a reação $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$, o inverso da [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) da água, e fornece eletricidade e água. O gás hidrogênio produzido por [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) com eletricidade do vento ou do Sol, e depois usado em células a [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel), é uma maneira de armazenar essa eletricidade.

![Um galpão de eletrolisadores: a água é dividida em gás hidrogênio e gás oxigênio.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-2386bb811d27.jpg)

*Um galpão de eletrolisadores: a água é dividida em gás hidrogênio e gás oxigênio.*

## 47.6 Exercícios

**Exercício 47.1 ★.**

Na pilha de Daniell, que eletrodo é o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? E o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? Escreva a [semirreação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple) em cada um.

**Solução de Exercício 47.1.**

O eletrodo de zinco é o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e-}$; o eletrodo de cobre é o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$.

**Exercício 47.2 ★.**

Uma corrente de $0.20\,\mathrm{A}$ passa durante $30\,\mathrm{min}$. Calcule a carga transportada e a [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**Solução de Exercício 47.2.**

$Q = 0.20 \times 1800 = 360\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = 360/96485 =
3.7 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$.

**Exercício 47.3 ★.**

Qual é o papel da [ponte salina](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell)? O que acontece se ela for retirada?

**Solução de Exercício 47.3.**

Ela fecha o circuito e mantém cada solução eletricamente neutra, com os seus [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) entrando nos compartimentos. Sem ela, o circuito fica aberto: não passa corrente, o voltímetro indica zero e uma lâmpada continua apagada.

**Exercício 47.4 ★.**

Converta uma [capacidade](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) de $2.5\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$ em coulombs.

**Solução de Exercício 47.4.**

$2.5 \times 3600 = 9000\,\mathrm{C}$.

**Exercício 47.5 ★.**

Numa [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis), a reação é espontânea? O que fornece a energia?

**Solução de Exercício 47.5.**

Não: a reação vai no sentido oposto ao espontâneo. O gerador fornece a energia.

**Exercício 47.6 ★★.**

Uma pilha é feita de um eletrodo de prata em nitrato de prata e de um eletrodo de cobre em sulfato de cobre. O voltímetro mostra que os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) saem pelo cobre. Escreva as [semirreações](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-couple), dê o nome do [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) e do [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), e dê a reação global.

**Solução de Exercício 47.6.**

[Ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (cobre, $-$): $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$. [Cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (prata, $+$): $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. Global: $\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$.

**Exercício 47.7 ★★.**

Uma bateria de relógio fornece $10\,\text{µ}\mathrm{A}$ continuamente durante três anos. Qual é a sua [capacidade](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) em $\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

**Solução de Exercício 47.7.**

Três anos são $3 \times 365 \times 24 = 26\,280\,\mathrm{h}$; $0.010 \times 26280 = 263\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$.

**Exercício 47.8 ★★.**

Uma colher é prateada com uma corrente de $0.50\,\mathrm{A}$ durante $40\,\mathrm{min}$, $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. Que massa de prata é depositada?

**Solução de Exercício 47.8.**

$Q = 0.50 \times 2400 = 1200\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = n(\ce{Ag}) =
1200/96485 = 0.0124\,\mathrm{mol}$; $m = 0.0124 \times 107.9 =
1.34\,\mathrm{g}$.

**Exercício 47.9 ★★.**

Na figura da pilha de Daniell, dê o sentido da corrente no fio e o sentido em que se deslocam os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ e $\ce{NO3-}$ da ponte.

**Solução de Exercício 47.9.**

A corrente vai no fio do cobre ($+$) para o zinco ($-$), no sentido oposto ao dos [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus). Os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ se deslocam para o compartimento do cobre, que perde $\ce{Cu^{2+}}$; os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{NO3-}$, para o compartimento do zinco, que ganha $\ce{Zn^{2+}}$.

**Exercício 47.10 ★★.**

Compare uma pilha e uma [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): o sinal do [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), o sentido da reação, a conversão de energia.

**Solução de Exercício 47.10.**

Nos dois casos, o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) é onde acontece a [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation). Numa pilha, o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) é $-$, a reação é espontânea e a energia química vira energia elétrica; numa [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis), o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) está ligado ao $+$ do gerador, a reação é forçada e a energia elétrica vira energia química.

**Exercício 47.11 ★★.**

Na [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) da água, recolhem-se $24\,\mathrm{mL}$ de gás hidrogênio. Que volume de gás oxigênio é recolhido ao mesmo tempo? Por quê?

**Solução de Exercício 47.11.**

$12\,\mathrm{mL}$: a equação $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$ dá duas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de gás hidrogênio para uma de gás oxigênio, e quantidades iguais de gás ocupam volumes iguais.

**Exercício 47.12 ★★★.**

Uma pilha de Daniell contém $5.0\,\mathrm{g}$ de zinco e $100\,\mathrm{mL}$ de sulfato de cobre a $0.50\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. Que [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) acaba primeiro? Qual é a [capacidade](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) da pilha? Durante quanto tempo ela pode fornecer $50\,\mathrm{mA}$?

**Solução de Exercício 47.12.**

$n(\ce{Zn}) = 5.0/65.4 = 0.076\,\mathrm{mol}$; $n(\ce{Cu^{2+}}) = 0.100 \times 0.50 = 0.050\,\mathrm{mol}$; eles reagem um para um, logo os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre acabam primeiro. $n(e^-) = 2 \times 0.050
= 0.100\,\mathrm{mol}$, $Q = 9.65 \times 10^{3}\,\mathrm{C} = 2.68\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. A $50\,\mathrm{mA}$: $2.68/0.050 = 54\,\mathrm{h}$.

**Exercício 47.13 ★★★.**

Uma pilha de $1.5\,\mathrm{V}$ fornece $2.0\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. Calcule a energia que ela armazena ($E = Q U$), em joules e em watts-hora.

**Solução de Exercício 47.13.**

$Q = 2.0 \times 3600 = 7200\,\mathrm{C}$; $E = 7200 \times 1.5 =
1.08 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, isto é, $1.5 \times 2.0 = 3.0\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**Exercício 47.14 ★★★.**

A água é eletrolisada com $2.0\,\mathrm{A}$ durante $1.0\,\mathrm{h}$. Calcule as [quantidades de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount), e depois os volumes a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$), de gás hidrogênio e de gás oxigênio produzidos.

**Solução de Exercício 47.14.**

$Q = 7200\,\mathrm{C}$, $n(e^-) = 0.0746\,\mathrm{mol}$. Dois [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) por $\ce{H2}$: $n(\ce{H2}) = 0.0373\,\mathrm{mol}$, $V = 0.90\,\mathrm{L}$. Quatro por $\ce{O2}$: $n(\ce{O2}) = 0.0187\,\mathrm{mol}$, $V = 0.45\,\mathrm{L}$.

**Exercício 47.15 ★★★.**

No refino do cobre, o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) perde $3.00\,\mathrm{kg}$ de material enquanto o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ganha $2.84\,\mathrm{kg}$ de cobre. Qual é a porcentagem de cobre no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) impuro, supondo que só o cobre se oxida no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) e que as impurezas simplesmente se soltam?

**Solução de Exercício 47.15.**

O cobre dissolvido no [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) é igual ao cobre depositado, já que os mesmos [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) passam nos dois: $2.84/3.00 = 94.7\,\%$ de cobre.

## 47.7 Problema: a bateria do celular

**Problema 47.1.**

Problema de fim de semana — que massa de lítio vai e vem entre os eletrodos de uma bateria de celular de $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

Uma bateria de celular traz a indicação “$3.7\,\mathrm{V}$, $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$”. Numa imagem simplificada, durante a descarga, cada [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de lítio armazenado no eletrodo de grafite cede um [elétron](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) e sai como [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio, $\ce{Li -> Li+ + e-}$; o [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) atravessa o eletrólito e é captado pelo eletrodo de óxido metálico, que ganha um [elétron](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ao mesmo tempo.

**Parte I — A pilha.**

1. Durante a descarga, o eletrodo de grafite é o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ou o [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ? Por quê?
2. Qual é o polo negativo?
3. Em que sentido os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) percorrem o celular? E os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio dentro da bateria?
4. Por que essa pilha é um [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?

**Parte II — A carga.**

5. Converta $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$ em ampères-horas, e depois em coulombs.
6. Calcule a [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) que essa carga representa.
7. Quantos [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) são isso?
8. O celular consome em média $0.25\,\mathrm{A}$ . Quanto tempo dura uma bateria carregada?
9. A tela mostra 20 %. Que carga, em coulombs, resta?

**Parte III — A energia.**

10. Calcule a energia armazenada, $E = Q U$ , em joules.
11. Converta-a em watts-hora.
12. Compare com a energia liberada pela [queima](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de $1\,\mathrm{g}$ de metano ( $55.7\,\mathrm{kJ}$ ).
13. Quantas cargas completas dá $1\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ de eletricidade, se nenhuma energia fosse perdida?

**Parte IV — A recarga.**

14. Durante a carga, que reação acontece no eletrodo de grafite? É uma [oxidação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) ou uma [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation) ?
15. Por que a recarga é uma [eletrólise](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?
16. O carregador fornece $2.0\,\mathrm{A}$ . Quanto tempo leva, no mínimo, uma recarga completa?
17. Que [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio atravessa o eletrólito durante uma carga completa?
18. Calcule a sua massa.
19. Dê a resposta final: que massa de lítio vai e vem entre os eletrodos numa carga completa?

**Solução de Problema 47.1.**

**1.** O [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): o lítio é oxidado ali.

**2.** O eletrodo de grafite, o [ânodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**3.** Os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) percorrem o celular do eletrodo de grafite para o eletrodo de óxido; os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio atravessam o eletrólito no mesmo sentido, da grafite para o óxido.

**4.** A sua reação pode ser forçada no sentido inverso por um carregador.

**5.** $4.000\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, isto é, $4.000 \times 3600 =
14\,400\,\mathrm{C}$.

**6.** $14400/96485 = 0.1492\,\mathrm{mol}$.

**7.** $0.1492 \times 6.022 \times 10^{23} = 8.99 \times 10^{22}$ [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**8.** $4.000/0.25 = 16\,\mathrm{h}$.

**9.** $0.20 \times 14400 = 2880\,\mathrm{C}$.

**10.** $E = 14400 \times 3.7 = 5.3 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, cerca de $53\,\mathrm{kJ}$.

**11.** $53280/3600 = 14.8\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**12.** Queimar $1\,\mathrm{g}$ de metano libera um pouco mais de energia ($55.7\,\mathrm{kJ}$) do que uma bateria de celular carregada armazena.

**13.** $1000/14.8 = 67.6$: 67 cargas completas.

**14.** $\ce{Li+ + e- -> Li}$: uma [redução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidation).

**15.** O carregador força a reação no sentido oposto ao espontâneo.

**16.** $14400/2.0 = 7200\,\mathrm{s}$, $2.0\,\mathrm{h}$.

**17.** Um [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) lítio por [elétron](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $0.1492\,\mathrm{mol}$.

**18.** $0.1492 \times 6.9 = 1.03\,\mathrm{g}$.

**19.** Cerca de $1.03\,\mathrm{g}$ de lítio vai e vem entre os eletrodos numa carga completa.