solução prova2 II2011

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Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. 
Disciplina: Físico- Química V – Segunda prova - Professor: Cambraia – Data: 26/10/2011 
1. (1,0 ponto) Explique a necessidade da utilização de grandezas médias na descrição dos componentes de 
soluções eletroquímicas. 
 
Solução 
 A necessidade de utilização de grandezas médias na descrição de componentes de soluções 
eletroquímicas é devida a impossibilidade de aplicação da definição de potencial químico aos íons 
presentes nestas soluções, pois esta definição violaria a condição de eletroneutralidade da solução. Ou 
seja, o potencial químico do cátion seria a taxa de variação da energia de Gibbs com a concentração do 
mesmo, mantendo constante a concentração de todos outros participantes do sistema, incluindo o ânion 
associado. 
 
 
 
 
 
jnpT
n
G
,,
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
∂
∂=
+
+μ
2. (1,0 ponto) O que é comprimento de Debye? Discuta e interprete o comportamento do mesmo em 
função força iônica. 
 
Solução 
Comprimento de Debye é uma medid da espe a da nuvem iônica e é dada por: a ssur
૚
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Aumento do campo elétrico devido aos íons presentes na solução (força iônica) diminui a distancia 
entre cátions e anions, ou seja diminui a espessura da nuvem iônica medida pelo comprimento de Debye. 
 
3. (1,0 ponto) De acordo com as leis de Faraday da eletrólise, um mol de eletricidade (1 Faraday) causa a 
reação de um equivalente grama de um íon da solução no eletrodo. De uma maneira simples podemos 
visualizar a produção de ½ H2 no catodo de uma célula eletrolítica (necessitando um mol de elétrons por 
mol de H+). Correspondentemente, no outro eletrodo, podemos imaginar uma oxidação anodica de modo 
que um mol de Cl- é oxidado para ½ Cl2 . Em cada eletrodo, o numero de elétrons transferidos e 
reagentes são iguais. Isto parece simples e esperado. Entretanto existe um problema aparente. Para reagir 
os íons devem ser transportados através da solução até a interface dos eletrodos. Tudo estaria bem se os 
números de transportes fossem exatamente 0,5. Porém, isto não é verdade porque os números de 
transportes são muito diferentes. Explique se as leis de Faraday da eletrolise devem ser alteradas ou 
quais modificações observadas em uma célula eletrolítica considerando os números de transportes. 
 
Solução 
 As leis de Faraday não são alteradas, o que se observa devido as diferenças nos números de 
transporte é uma diferença na concentração dos íons entre as regiões próximas e afastadas dos eletrodos. 
Este fato é a base do método de Hittorf para medida do numero de transporte. 
 
4. (1,0 ponto) Explique o efeito eletroforético e do tempo de relaxação na mobilidade iônica. 
 
Solução 
 Efeito eletroforético: aplicação de campo provoca o deslocamento do íon num sentido acompanhado 
do deslocamento da nuvem iônica no sentido contrário. O movimento da nuvem iônica retarda o 
movimento do íon. 
Efeito do tempo de relaxação: O movimento do íon provoca uma deformação da simetria esférica da 
nuvem iônica com um gradiente de carga de sinal oposto ao íon na direção contraria ao movimento do 
mesmo, o que diminui sua mobilidade. Tempo de relaxação é o tempo necessário para restabelecimento 
da simetria esférica da nuvem iônica. 
 
Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. 
Disciplina: Físico- Química V – Segunda prova - Professor: Cambraia – Data: 21/09/2011 
5. (2,0 pontos) A solubilidade de AgX em água, onde X indica algum anion monovalente, é 10-7 molal. 
Calcule a solubilidade de AgX em 0,1 molal de NaNO3. 
 
Solução 
 
 
( )( )
( )
( ) ( )[ ]
7
72
1
2
0,
2
1
2
1
22
333
14272
0,
22
10.45,1
69,0
10
69,0
161,0)1,0)(1.(1.509,0log
1,01.1,01.1,0
2
1
:NaNO molal 0,1
1010
1 :Água
−
−
±
±
−+±
−+
−−
±
±−−++
−+
==⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
=
−=−−==
=−+=
+↔
===
=
==
+↔
γ
γ
γ
γ
γνγνγ
ps
ps
ps
K
m
IzAz
I
NONaNaNO
mK
mmmK
XAgAgX 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Disciplina: Físico- Química V – Segunda prova - Professor: Cambraia – Data: 21/09/2011 
6. (2,0 pontos) A solubilidade de [Co(NH3)4Cl2]ClO4 é medida através da determinação da condutância de 
uma solução saturada. A constante da célula é 0,20 cm-1 e os valores das condutâncias iônicas são 50 e 
70 Ω-1.cm2/Eq, para [Co(NH3)4Cl2]+ e ClO4-, respectivamente. A resistência medida foi de 33,5 Ω. 
Calcule a solubilidade. 
a. Verificou-se posteriormente que a determinação experimental acima foi feita com o complexo 
dissolvido em 0,01 N de HCl e não em água pura. Qual o valor correto da solubilidade? As 
condutâncias iônicas do H+ e Cl- são 349,82 e 76,34 Ω -1.cm2/Eq. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
( )[ ]
L
Eq
Eq
cm
cm
L
cm
s
cm
cm
L
cm
L
Eq
Eq
cm
c
Eq
cma
L
Eq
Eq
cm
cm
L
cm
s
Eq
cm
cmcm
R
K
BClO
AClNHCo
AB
AB
HClsoluçãoAB
HCl
HCl
o
Cl
o
HHCl
AB
AB
o
B
o
AAB
AB
AB
0143,0
120
10.71,1.10001000
10.71,110.26,410.97,5
10.26,4
1000
01,0.16,426
1000
.
16,42634,7682,349.
0498,0
120
10.97,5.10001000
1207050
10.97,5
5,33
2,0
12
113
3
0
11333
113
3
12
0
12
0
12
113
3
0
12
0
113
1
4
243
=Ω
Ω
=Λ=
Ω=−=−=
Ω=
Ω
=Λ=
Ω=+=+=Λ
=Ω
Ω
=Λ=
Ω=+=+=Λ
Ω=Ω==
⎪⎩
⎪⎨
⎧
=
=
−
−−−
−−−−−
−−−
−
−
−
−−−
−
−−−
−
−
−−
++
−+
−+
κ
κκκ
κ
λλ
κ
λλ
κ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. 
Disciplina: Físico- Química V – Segunda prova - Professor: Cambraia – Data: 21/09/2011 
7. (2,0 pontos) Escreva a reação da pilha 
Pt | H2 (1 atm) | HBr (m) | AgBr (s) | Ag. 
Se, a 25 oC, ε = 0,2005 V quando m = 0,10 molal e 0,2340 quando m = 0,05 molal, calcule o coeficiente 
de atividade iônico médio para a solução 0,05 molal de HBr. 
 
Solução 
 
( ) ( )[ ]
905,0
099,005,0.193,0.303,2ln05,0
193,0
0265,00374,0
0801,00822,0
0265,00801,00374,00822,0
0265,00801,0
56,96484
05,0ln15,298,314,8.2
56,96484
05,015,298,314,8.606,4
2340,0
2340,0
05,0
0374,00822,0
56,96484
1,0ln15,298,314,8.2
56,96484
1,015,298,314,8.606,4
2005,0
2005,0
1,0
ln2.606,4
303,2ln
1.1.
2
1
log
ln2ln2
ln.lnln
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
22
2
1
22
2
2
=
−=−=⇒=
=−
−=
−=−
+=
−+=⎭⎬
⎫
=
=
+=
−+=⎭⎬
⎫
=
=
−+=
−=
⎪⎭
⎪⎬
⎫
=−+=
=
−−=
−=−=−=
++→+
+→+
+→
±
±
±
−+±
±
±−−++−+
+−
−−
−+
γ
γ
ε
εε
ε
εε
εε
γγ
γεε
γενγνγεεε
molalm
A
AA
A
A
V
molalm
A
A
V
molalm
m
F
RTAm
F
RT
Am
mmmI
IzAz
m
F
RT
F
RT
m
F
RTmm
F
RTaa
F
RT
HBrAgAgBrH
BrAgeAgBr
eHH
o
o
o
o
o
o
ooo