Físico-Química ⇒ Eletrólise

[amy123369]

Uma solução de nitrobenzeno (C6H5NO2) em álcool foi colocada na presença de ácido clorídrico diluído e, em seguida, reduzida eletroliticamente a anilina (C6H5NH2). Calcule a quantidade de anilina que se poderá obter, ao submeter a uma eletrólise durante 10h, usando uma corrente de 15A e supondo uma eficiência de 75% na corrente.
A) 112g
B) 81.43g
C) 72.6g
D) 65g
E) 48.93g

Resposta letra D

[Bira]

Olá amy, eu não sei se essa é a forma exata de se obter a equação, mas eu faria assim:

Observe o reagente e o produto:
[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

.
Veja que o ambiente em que o reagente foi posto é um ambiente ácido, ou seja, que tem abundância de íons H⁺, logo, o nitrobezeno terá de perder seus átomos de oxigênio e adicionar à sua estrutura átomos de hidrogênio por meio do que há disponível no ambiente. Assim, haverá como produto a anilina, e o oxigênio retirado irá reagir e produzir moléculas de água, veja:
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

Realizando o balanceamento das cargas, ficamos com:
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

Agora, vamos fazer o cálculo para determinar o número de mols de elétrons que entrou na solução:
[tex3]Q=i*t=n*F[/tex3]

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[tex3]Q=i*t=n*F[/tex3]

, Q é a carga total, i, a corrente, t, o tempo, n, o número de mols de elétron e F, a constante de Faraday (aproximadamente 96500 C/mol).
[tex3]Q=15*(60*60*10)*0,75=n*F[/tex3]

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[tex3]Q=15*(60*60*10)*0,75=n*F[/tex3]

, em que o 0,75 corresponde à eficiência da corrente.
[tex3]n=\frac{15*(60*60*10)*0,75}{96500}=4,2[/tex3]

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[tex3]n=\frac{15*(60*60*10)*0,75}{96500}=4,2[/tex3]

mol (aproximadamente).
Esse valor encontrado corresponde ao número de mols de elétron, no caso do número de mols de anilina produzida, olhamos os coeficientes estequiométricos da equação que montamos e veja que há a relação 6:1, ou seja, a cada 6 elétrons consumidos, é produzido uma molécula de anilina.
Assim, [tex3]n_{anilina}=\frac{4,2}{6}=0,7[/tex3]

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[tex3]n_{anilina}=\frac{4,2}{6}=0,7[/tex3]

mol

Logo, a massa total formada será:
[tex3]m_t=n.M=0,7*(6*12+7+14)=0,7*93=65,1[/tex3]

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[tex3]m_t=n.M=0,7*(6*12+7+14)=0,7*93=65,1[/tex3]

g, em que M corresponde à massa molar da anilina e m_t à massa total formada. Teremos, portanto, letra D.

[amy123369]

Muito obrigada Bira, mas ainda tenho uma dúvida em relação à obtenção do 6 como coeficiente do H+.Por que isso ocorreu?

[Bira]

Ok, vou tentar falar o que está acontecendo na reação.
Veja que essa é uma reação de hidrogenação por meio de uma eletrólise, ou seja, essa reação não aconteceria ou aconteceria muito reduzidamente se não houvesse o fornecimento de elétrons ao meio.

O que a gente "fez" foi meio que oferecer ao oxigênio que se encontrava estável no nitrobenzeno uma outra configuração para ele. Assim, ele cederia a sua posição no composto e em troca se ligaria ao hidrogênio disponível no ambiente. Dessa forma, ele só se ligaria ao hidrogênio disponível no meio, caso seja fornecida energia para isso, e o hidrogênio no meio só se ligaria no local do oxigênio, caso seja fornecida energia para tal.
Ou seja, queremos que duas coisas aconteçam simultaneamente:
[tex3]C_6H_5NO_2+4H^+\rightarrow 2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+4H^+\rightarrow 2H_2O[/tex3]

(o oxigênio formar água após ser retirado) e [tex3]C_6H_5NO_2 + 2H^+\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2 + 2H^+\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

(o hidrogênio substituir o oxigênio).

Tendo isso em mente, veja que essas reações simultâneas seriam justamente:
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

, e balanceando as cargas, ficamos novamente com:
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2+2H_2O[/tex3]

[Bira]

Acabei de notar que posso ter cometido um equívoco na explicação para esse balanceamento.
A explicação mais fácil para esse balanceamento seria:
[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2[/tex3]

1. Adicionar Água para balancear o oxigênio:
[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

2. Por estar em meio ácido, balancear com adição de H⁺
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^+\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

3. Balancear as cargas com a adição de elétrons:
[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

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[tex3]C_6H_5NO_2+6H^++6e^-\rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O[/tex3]

Fiquei com uma dúvida, daí fui ver as minhas anotações de quando eu tinha feito na faculdade química e tinha essa parte de eletrólise kkkkkk

[amy123369]

Muito obrigada Bira, pelas explicações!