10 exercícios de pilhas com gabarito

Em resumo:

No ânodo ocorre a oxidação; no cátodo, a redução.
Os elétrons percorrem o circuito externo sempre do ânodo para o cátodo.
Nas condições-padrão, a diferença de potencial (ddp) é calculada pela diferença entre os potenciais-padrão de redução do cátodo e do ânodo.
O metal de sacrifício ajuda a proteger outro metal (como o ferro) ao se oxidar preferencialmente em seu lugar.

Você já parou para pensar que a nossa vida moderna depende inteiramente de reações químicas portáteis? Do momento em que o seu despertador toca no celular até a hora de ligar a TV com o controle remoto, você está usando o poder das Pilhas e Baterias.

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Esses dispositivos transformam energia química em energia elétrica por meio de reações de oxirredução.

Para aperfeiçoar seus conhecimentos sobre o tema, o Mundo Vestibular preparou uma série de 10 exercícios sobre o tema. Explore o funcionamento das pilhas, analise os cálculos e confira as respostas comentadas!

Placas de zinco e cobre imersas em recipientes de vidro de uma célula galvânica montada em laboratório de química.

Exercícios sobre Pilhas e Eletroquímica

Exercício 1

Uma pilha fornece energia elétrica a um aparelho. Sobre a origem dessa energia, assinale a alternativa correta.

a) Vem de uma reação não espontânea, que só ocorre quando uma fonte externa de corrente é ligada ao sistema.
b) Vem exclusivamente da ponte salina, pela qual os elétrons circulam entre as duas soluções.
c) Vem de uma reação de oxirredução espontânea, que converte energia química em energia elétrica.
d) Vem de uma reação com transferência apenas de íons, sem transferência de elétrons.
e) Vem de uma reação em que ocorre somente oxidação, sem redução.

Resposta: alternativa c) Vem de uma reação de oxirredução espontânea, que converte energia química em energia elétrica. A energia elétrica fornecida pela pilha resulta dessa espontaneidade. Os elétrons liberados na oxidação são recebidos na redução pelo circuito externo. A ponte salina apenas permite o transporte de íons entre as soluções (para manter o equilíbrio das cargas), ela não conduz elétrons.

Exercício 2

Considere a reação de oxirredução representada pela equação:

2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s)

Sobre os processos representados, assinale a alternativa correta.

a) O alumínio sofre oxidação, pois perde elétrons e seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre redução.
b) O alumínio sofre redução, pois seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre oxidação.
c) O Cu²⁺ sofre oxidação, pois ganha elétrons e passa a cobre metálico.
d) O alumínio e o Cu²⁺ sofrem oxidação, pois ambos participam da transferência de elétrons.
e) O número de oxidação do cobre aumenta de +2 para 0, caracterizando oxidação.

Resposta: alternativa a) O alumínio sofre oxidação, pois perde elétrons e seu número de oxidação passa de 0 para +3; o Cu²⁺ sofre redução. O número de oxidação (NOX) do alumínio aumenta de 0 (substância simples) para +3, indicando perda de elétrons (oxidação). Já o cobre passa de +2 para 0, indicando ganho de elétrons (redução) pelos íons Cu²⁺.

Exercício 3

Uma pilha opera nas condições-padrão com um eletrodo de cádmio em solução de Cd²⁺ e um eletrodo de níquel em solução de Ni²⁺. Um fio condutor liga os eletrodos, e uma ponte salina conecta as soluções. Considere os seguintes potenciais-padrão de redução:

Ni²⁺(aq) + 2 e⁻ → Ni(s) (E° = −0,230 V)
Cd²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cd(s) (E° = −0,402 V)

Quanto aos eletrodos dessa pilha, assinale a alternativa correta.

a) O níquel é o ânodo e constitui o polo negativo.
b) O níquel é o ânodo e constitui o polo positivo.
c) O cádmio é o cátodo e constitui o polo positivo.
d) O cádmio é o ânodo e constitui o polo negativo; o níquel é o cátodo e constitui o polo positivo.
e) O cádmio é o ânodo e constitui o polo positivo.

Resposta: alternativa d) O cádmio é o ânodo e constitui o polo negativo; o níquel é o cátodo e constitui o polo positivo. Entre os dois pares, o níquel apresenta o maior potencial-padrão de redução (−0,230 V é maior que −0,402 V). Assim, os íons Ni²⁺ são reduzidos no cátodo (polo positivo). O cádmio metálico, por ter o menor potencial, se oxida no ânodo (polo negativo).

Exercício 4

Na pilha de Daniell, o zinco se oxida e os íons Cu²⁺ são reduzidos no eletrodo de cobre. Um fio condutor liga os eletrodos, enquanto uma ponte salina conecta as soluções das duas semicelas. Qual alternativa descreve corretamente o fluxo de elétrons no fio e a migração dos íons pela ponte salina?

a) Os elétrons vão do cobre para o zinco pelo fio; os cátions migram para o ânodo.
b) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o cátodo e os ânions, para o ânodo.
c) Os elétrons vão do zinco para o cobre pela ponte salina; os íons não se movimentam.
d) Os elétrons vão do cobre para o zinco pelo fio; os ânions migram para o cátodo.
e) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o ânodo e os ânions, para o cátodo.

Resposta: alternativa b) Os elétrons vão do zinco para o cobre pelo fio; os cátions migram para o cátodo e os ânions, para o ânodo. Os elétrons percorrem o circuito externo saindo do ânodo (zinco, que oxida) em direção ao cátodo (cobre, que reduz). Na ponte salina, o transporte é puramente iônico: cátions (cargas positivas) migram para o cátodo e ânions (cargas negativas) migram para o ânodo, mantendo a neutralidade elétrica das soluções.

Exercício 5

Considere a reação de oxirredução representada a seguir:

Al(s) + 3 Ag⁺(aq) → Al³⁺(aq) + 3 Ag(s)

Nessa reação, o alumínio atua como:

a) agente oxidante, pois sofre redução e passa a Al³⁺.
b) agente oxidante, pois ganha elétrons dos íons prata.
c) catalisador, pois não sofre alteração durante a reação.
d) agente redutor, pois sofre redução e doa elétrons.
e) agente redutor, pois sofre oxidação e fornece os elétrons que reduzem os íons Ag⁺.

Resposta: alternativa e) agente redutor, pois sofre oxidação e fornece os elétrons que reduzem os íons Ag⁺. O alumínio passa de NOX 0 para +3, perdendo elétrons. Portanto, ele sofre oxidação. Ao se oxidar, ele atua como agente redutor, pois fornece os elétrons necessários para que os íons Ag⁺ sejam reduzidos à prata metálica.

Exercício 6

Considere os potenciais-padrão de redução abaixo:

Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu (E° = +0,34 V)
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni (E° = −0,230 V)
Cd²⁺ + 2 e⁻ → Cd (E° = −0,402 V)
Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn (E° = −0,76 V)
Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (E° = −1,66 V)

Nas condições-padrão, qual reação abaixo é espontânea no sentido indicado?

a) Cu(s) + Zn²⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + Zn(s)
b) Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s)
c) Ni(s) + Cd²⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Cd(s)
d) 3 Cu(s) + 2 Al³⁺(aq) → 3 Cu²⁺(aq) + 2 Al(s)
e) 3 Cd(s) + 2 Al³⁺(aq) → 3 Cd²⁺(aq) + 2 Al(s)

Resposta: alternativa b) Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s). Para saber se a reação é espontânea, a ddp (ΔE°) deve ser positiva. Calcula-se subtraindo o E° de quem oxida do E° de quem reduz:

a) −0,76 − (+0,34) = −1,10 V (não espontânea)
b) −0,230 − (−0,76) = +0,53 V (espontânea)
c) −0,402 − (−0,230) = −0,172 V (não espontânea)
d) −1,66 − (+0,34) = −2,00 V (não espontânea)
e) −1,66 − (−0,402) = −1,258 V (não espontânea)

Exercício 7

Uma pilha opera nas condições-padrão com um eletrodo de alumínio e um de cobre, cada um em contato com uma solução de seus íons. Adote os dados:

Al³⁺ + 3 e⁻ → Al (E° = −1,66 V)
Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu (E° = +0,34 V)

A diferença de potencial dessa pilha é:

a) +1,32 V
b) +1,10 V
c) +2,00 V
d) −2,00 V
e) +1,66 V

Resposta: alternativa c) +2,00 V. Para calcular o potencial-padrão da pilha (ΔE°), identifique os eletrodos: o alumínio tem o menor potencial, logo atua como ânodo; o cobre tem o maior, logo atua como cátodo. Usando a fórmula: ΔE° = E°(cátodo) − E°(ânodo) = 0,34 − (−1,66) = 0,34 + 1,66 = +2,00 V.

Exercício 8

Uma pilha utilizada em um bafômetro apresenta as seguintes semirreações:

Eletrodo A: CH₃CH₂OH(g) → CH₃CHO(g) + 2 H⁺(aq) + 2 e⁻
Eletrodo B: ½ O₂(g) + 2 H⁺(aq) + 2 e⁻ → H₂O(l)

Com base nessas semirreações, é correto afirmar que o dispositivo funciona com:

a) o eletrodo A como polo positivo, pois nele ocorre a oxidação do etanol.
b) o eletrodo A como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
c) o eletrodo B como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
d) o eletrodo B como polo negativo, pois nele ocorre a redução do oxigênio.
e) os dois eletrodos como polos negativos, pois ambos participam da reação.

Resposta: alternativa c) o eletrodo B como polo positivo, pois nele ocorre a redução do oxigênio. Na semirreação A, os elétrons aparecem nos produtos, indicando perda (oxidação do etanol) no ânodo (polo negativo). Na semirreação B, os elétrons estão nos reagentes, sendo consumidos: ocorre redução do oxigênio no cátodo (polo positivo).

Exercício 9

O zinco é frequentemente utilizado como “metal de sacrifício” na proteção de um tanque de aço (ferro) contra a corrosão. Qual alternativa explica o critério eletroquímico dessa escolha?

a) O zinco apresenta maior potencial de redução que o metal protegido e recebe seus elétrons.
b) O zinco impede a corrosão porque permanece sem sofrer transformação química.
c) O zinco apresenta menor potencial de redução que o metal protegido e se oxida preferencialmente.
d) O zinco atua como cátodo e sofre redução durante a proteção.
e) Qualquer metal em contato com o tanque exerce a mesma função, independentemente de seu potencial.

Resposta: alternativa c) O zinco apresenta menor potencial de redução que o metal protegido e se oxida preferencialmente. O metal de sacrifício deve ter uma tendência à oxidação maior (ou seja, menor potencial de redução) do que o metal que se quer proteger. O zinco atua como ânodo da pilha formada com o aço, oxidando-se e corroendo-se no lugar dele.

Exercício 10

Considere uma bateria de zinco-ar cuja reação anódica, em meio alcalino, forma uma espécie solúvel de zinco. Entre as alternativas abaixo, qual corresponde à espécie formada no ânodo dessa bateria?

a) OH⁻(aq)
b) O₂(g)
c) H₂O(l)
d) Zn(s)
e) Zn(OH)₄²⁻(aq)

Resposta: alternativa e) Zn(OH)₄²⁻(aq). Na bateria considerada, o ânodo é onde ocorre a oxidação. O zinco metálico (Zn) sofre oxidação em meio rico em hidroxilas (OH⁻), passando de NOX 0 para NOX +2 e formando o íon complexo solúvel tetrahidroxozincato, cuja fórmula é Zn(OH)₄²⁻.

Gabarito

Exercício	Alternativa	Resposta
1	c)	Reação espontânea, que converte energia química em elétrica.
2	a)	Alumínio oxida (passa a +3); Cu²⁺ sofre redução.
3	d)	Cádmio é o ânodo (negativo); níquel é o cátodo (positivo).
4	b)	Elétrons: do Zn pro Cu no fio; Cátions: pro cátodo; Ânions: pro ânodo.
5	e)	Agente redutor, pois sofre oxidação e fornece elétrons.
6	b)	Zn(s) + Ni²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ni(s)
7	c)	+2,00 V
8	c)	Eletrodo B é o polo positivo (redução do oxigênio).
9	c)	Menor potencial de redução; oxida preferencialmente.
10	e)	Zn(OH)₄²⁻(aq)

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