UFRGS 2020 - Q50- pilhas

Baterias de Li - CO2 são de grande interesse atual, devido a questões ambientais e energéticas, pois utilizam CO2 e abrem um novo caminho para conversão e armazenamento de energia.

Uma das propostas sobre as semirreações eletroquímicas envolvidas nessa bateria é apresentada abaixo.

                               3 CO2 (g) + 4 Li+  +4e- --------> 2 Li2CO3 (s) + C(s)       Eo =  2,8V
                               2 CO2 (g) + O2 (g) + 4Li+ + 4e- ------> 2Li2CO3 (s)        Eo = -3,8V

Sobre essas baterias, é correto afirmar que

a) o cátion lítio é o agente oxidante; e o gás carbônico, o agente redutor

b) no funcionamento da bateria, 1 mol de CO2 é consumido gerando 1 mol de O2.


c) no ânodo, ocorre formação de carbono elementar e carbonato de lítio.

d) para recarregar a bateria, é necessário aplicar uma força eletromotriz de 3,8V.

e) o oxigênio sofre redução espontânea no cátodo.

Poderiam explicar? Obrigado

Olá folettinhomed;

Primeiramente devemos encontrar a reação global da bateria. Pela análise dos potenciais de redução, percebemos que a redução ocorrerá com a primeira semirreação, enquanto a segunda sofrerá oxidação e será invertida. Ficarão assim:
3CO2 + 4Li+ + 4e- → 2Li2CO3 + C ; E°= +2,8V
2Li2CO3 → O2 + 2CO2 + 4Li + 4e- ; E°= +3,8V

(como os 4 elétrons dados foram usados integralmente na redução, não há necessidade de acertar os coeficientes) A reação global é a seguinte:

CO2 → O2 + C

A variação do potencial de redução será:
/\E° = 2,8 + 3,8 = 6,6V

O fato de ser 6,6V a voltagem da pilha já anula a alternativa D, pois em caso de uma recarga, a eletrólise deve "vencer" os 6,6V da pilha.
A alternativa A e C podem ser anuladas, pois na reação global o agente redutor e oxidante é o próprio gás carbônico. Sendo o oxigênio oxidado e o carbono reduzido, o que anula a alternativa E, pois o oxigênio é oxidado (Nox vai de -2 à 0).

Pela reação global podemos perceber que um mol de CO2 realmente forma um mol de O2. A alternativa correta é a B