Início do Conteúdo

Autor e Co-autor(es)

Wesley Pereira da Silva imagem do usuário

BRASILIA - DF Universidade de Brasília

Marco G. B. Burlamaqui

A Pilha de Daniell e o Potencial Padrão de Redução

Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Química Modelos de constituição: substâncias, transformações químicas
Ensino Médio Química Propriedades das substâncias e dos materiais
Ensino Médio Química Transformações: caracterização, aspectos energéticos, aspectos dinâmicos

Dados da Aula

O que o aluno poderá aprender com esta aula

  • Calcular a voltagem gerada por uma célula eletrolítica;
  • Conceituar o potencial padrão de redução;
  • Comparar o valor do potencial padrão de redução de algumas substâncias: magnésio, cobre, zinco e outras.
  • Utilizar o potencial padrão de redução para prever a oxidação ou a redução de algumas substâncias.

Duração das atividades

Duas horas aulas de cinqüenta minutos cada.

Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

  • Modelo atômico;
  • Conceito de oxidação e redução.

Estratégias e recursos da aula

  • Professor, providencie uma solução de sulfato de cobre penta hidratado (CuSO4.5H2O), um prego, um pedaço de palha de aço e um pedaço de fio de cobre.
  • Professor, salve nos computadores os endereços das simulações que serão utilizadas ao longo da aula.

Aula 01:

Inicie a aula mostrando para os alunos a solução de sulfato de cobre penta hidratado (CuSO4.5H2O) que foi previamente preparada. Em seguida, pegue o prego e lixe-o com a palha de aço. Mergulhe o prego na solução. Peça para que os alunos observem o que acontece. Os alunos deverão comparar o novo aspecto do prego com o fio de cobre.
Informe aos alunos que esse fenômeno pode ser explicado através das teorias da eletroquímica, que consiste na geração de energia elétrica através de reações químicas.

Após isso, leve os alunos para o laboratório de informática da escola.

No laboratório de informática, divida os alunos em grupos de três ou quatro alunos. Em seguida, peça para que os alunos abram a simulação abaixo:

A pilha de Daniel

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=18002

A pilha de Daniel

Figura 1 – Imagem retirada do próprio recurso

Nessa simulação os alunos poderão verificar a geração de energia elétrica através das reações de oxidação e de redução de algumas substâncias químicas. Eles poderão selecionar duas substâncias observar qual a voltagem gerada por elas.

 undefined

Figura 2 – Instruções da simulação

Peça para que os alunos pesquisem na internet sobre as substâncias que constituem a Pilha de Daniell. Os alunos encontrarão que a Pilha de Daniell (também chamada de Célula de Daniell) é constituída por dois eletrodos: um de zinco (Zn) e um de cobre (Cu). Os alunos deverão reproduzir a Pilha de Daniell utilizando a simulação, para isso, eles deverão selecionar o zinco e o cobre, e colocá-los no béquer 1 e no béquer 2, respectivamente. Pergunte aos alunos qual foi a voltagem gerada por essa pilha? Os alunos responderão que foi de 1,1 V. Os alunos deverão construir uma tabela para anotarem a voltagem gerada pelos diferentes eletrodos:

Tabela 1 - Voltagem gerada pela combinação de diferentes eletrodos
Eletrodo 1 Eletrodo 2 Voltagem gerada (V)
Zinco Cobre 1,1
Zinco Chumbo 0,02
Zinco Alumínio 0,2

 Diga para que os alunos anotem a voltagem de da combinação de todos os eletrodos.

Aula 02:

Em seguida, pergunte aos alunos por que quando mudamos os eletrodos a voltagem gerada muda? É provável que os alunos não saibam a resposta, sendo assim, explique que a voltagem gerada por cada célula eletrolítica está relacionada com o potencial padrão de redução (E) de cada um dos eletrodos. Esse potencial define qual das espécies vai reduzir, ganhar elétrons, e qual das espécies vai oxidar, perder elétrons, ou seja, o cobre possui o potencial padrão de redução maior do que o zinco, por isso, o cobre reduz e o zinco oxida:
Zn2+ + 2e- → Zn E = -0,76 V (o zinco irá oxidar, e o seu E0 = 0,76 V)
Cu2+ + 2e- → Cu E = 0,36 V

Somando os valores do potencial padrão de redução da espécie que oxida e da espécie que reduz teremos:

0,76 V + 0,34 V = 1,1 V

Obs.: Professor, aproveite esse momento para revisar os conceitos de oxidação e redução.

Utilizando a tabela abaixo peça para que os alunos calculem a voltagem gerada pela combinação dos diferentes eletrodos descritos na tabela 1.

undefined

Figura 3 – Tabela do potencial padrão de redução de algumas substâncias
Fonte:

http://proquimica.iqm.unicamp.br/10_7.htm - acessado em 03 de agosto de 2009

Obs.: Professor, se preferir, utilize as tabelas do livro didático que utiliza em sala de aula.

Os alunos poderão organizar os dados utilizando uma tabela, como exemplificado abaixo:

Tabela 2 – Resultado do cálculo da voltagem gerada pela combinação de alguns eletrodos
Eletrodo 1/E0 (V) Eletrodo 2/E (V) Voltagem gerada (V)
Zinco (Zn)/-0,76 Cobre(Cu)/0,36 1,1

Depois de construída a tabela 2 os alunos poderão comparar os valores da voltagem com os valores da tabela 1. Peça para que os alunos façam o cálculo da voltagem em uma folha, de forma organizada, pois esses cálculos serão avaliados.

Para sistematizar a aula os alunos deverão fazer um relatório sobre o que eles entenderam do tema abordado na aula, explicando como funciona a simulação utilizada. Além disso, peça para que os alunos calculem a voltagem para cada uma das células eletrolíticas apresentadas na simulação abaixo, para isso, deverão utilizar a figura 3 que contém o potencial padrão de redução para algumas substâncias:

Medição de potenciais em relação ao magnésio

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=17918

Medição de potenciais em relação ao magnésio

undefined

Caso o professor não tenha à sua disposição um laboratório computacional e possua apenas um computador com um datashow, poderá mostrar as simulações e as imagens aos alunos na própria sala de aula.

Recursos Educacionais

Nome Tipo
Medição de potenciais em relação ao magnésio Animação/simulação
A pilha de Daniel Animação/simulação

Recursos Complementares

Simulação

O troféu de alumínio

Uma simulação que trabalha de forma bem simplificada conceitos como: célula eletrolítica e reações oxi/red.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=13698

Para o Professor:

Caso queira continuar trabalhando com os conceitos sobre Eletroquímica acesse a aula a seguir: O Bafômetro e o Número de Oxidação.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=273

Avaliação

O professor poderá avaliar os alunos através do relatório produzido e dos cálculos efetuados ao longo da aula que os alunos entregarão para o professor. Os procedimentos estão descritos na parte de sistematização da aula.