Eletrólise em Série

Conforme dito no texto “Eletrólise”, esse processo não espontâneo que transforma energia elétrica em energia química, por meio de reações de oxirredução, é muito utilizado nas indústrias químicas.

Porém, nessas indústrias, os materiais usados e produzidos apresentam uma quantidade em escala muito maior do que a que costumamos explicar nesse conteúdo. Por isso, eles não utilizam uma cuba eletrolítica pequena, mas sim tanques enormes. Além disso, esses tanques são ligados entre si, para que sejam mantidos por um mesmo gerador, em vez de um para cada, o que não seria viável economicamente. Dessa forma, a reação de eletrólise ocorre em série, conforme esquematizado abaixo:

Esquema Geral de Eletrólise em série.

Os cálculos para esse tipo de eletrólise são feitos da mesma maneira que na eletrólise com apenas uma célula eletroquímica, sendo o mesmo tempo e a mesma carga. O que pode mudar (e deve-se estar atento a isso) são os dados relacionados ao tipo de eletrodo, visto que cada cuba pode ter eletrodos diferentes. Assim, a massa depositada dos íons do metal, a massa molar e a carga elétrica podem ser distintas para cada caso.

Veja o exemplo, para que você entenda isso melhor.

Exemplo: Observe a eletrólise em série abaixo:

Esquema de eletrólise em série com três soluções diferentes.

Quais serão as massas dos metais depositadas em cada cuba eletrolítica, considerando que elas foram submetidas a uma corrente de 10 A, durante 45 minutos? (Massas Molares: Cu = 63,5 g/mol, Ag = 108 g/mol e Fe = 56 g/mol).

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Resolução:

Primeiramente encontra-se o valor de Q. Visto que a corrente elétrica (i = 10 A) e o tempo (t = 45 min = 2700 s) são os mesmos para os três casos, usamos a fórmula a seguir, para encontrar Q*:

Q = i . t
Q = 10 s . 2700 A
Q = 27000 C

Agora determinamos a massa em cada caso, por meio da unidade de Faraday (1 F = 96500 C = 1 mol) e dos coeficientes das semirreações de eletrólise:

1ª Cuba Eletrolítica:

Cu2+ + 2e-→ Cu
1 mol       2 mol         1 mol
  2. 96500 C ----- 63,5 g
27000 C---------- x
x ≈ 8,884 g

2ª Cuba Eletrolítica:

Fe3+ + 3e-→ Fe
1 mol       3 mol         1 mol
  3. 96500 C ----- 56 g
27000 C---------- y
y ≈ 5,223g

3ª Cuba Eletrolítica:

Ag+ + 1e-→ Ag
1 mol       1 mol         1 mol
1. 96500 C ----- 108 g
27000 C---------- z
z ≈30,22g

Portanto, as massas dos metais depositadas em cada cuba eletrolítica, respectivamente, são: 8,884 g de Cu(s), 5,223g de Fe(s) e 30,22g de Ag(s).


* Para mais informações sobre as fórmulas, unidades e constantes que aparecem nesses cálculos da Eletrólise, leia o texto "Cálculos na Eletrólise".

Na imagem, a eletrólise para produção de hidrogênio é feita em série com o uso de um só gerador
Na imagem, a eletrólise para produção de hidrogênio é feita em série com o uso de um só gerador
Publicado por: Jennifer Rocha Vargas Fogaça
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Lista de Exercícios

Questão 1

Quando realizamos a eletrólise em série de soluções aquosas de Zn(NO3)2 e TiSO4, foram formados 50g de zinco metálico no cátodo da primeira cuba. A massa de titânio depositada na segunda cuba é de aproximadamente? (Dados: Zn = 200 u; Ti= 64 u)

a) 56 g

b) 46 g

c) 36 g

d) 26 g

e) 16 g

Questão 2

Duas cubas eletrolíticas ligadas em série contêm soluções aquosas de FeSO4 e PbSO4 e recebem a passagem de uma corrente elétrica. Após a passagem, verifica-se a presença de um depósito de 30 g de ferro na primeira cuba. Determine a massa de chumbo que será depositada na segunda cuba.

a) 120 g

b) 200 g

c) 250 g

d) 111 g

e) 91 g

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