Exercício 2.5 - Reações ácido-base e pH · Exame Nacional Física e Química A 2.ª fase 2025

2. O di-hidrogénio, necessário para a produção de amoníaco, pode ser produzido por eletrólise da água.

A eletrólise da água, $\text{H}_2\text{O} \, (\text{l})$, é uma reação de oxidação-redução provocada pela passagem de corrente elétrica contínua entre dois elétrodos mergulhados na água, formando di-hidrogénio, $\text{H}_2 \, (\text{g})$, e dioxigénio, $\text{O}_2 \, (\text{g})$, como se representa esquematicamente na Figura 1. Obtém-se «hidrogénio verde» quando, para a eletrólise da água, se recorre a energia elétrica proveniente de fontes renováveis.

Investigações recentes mostram que a eficiência da produção de $\text{H}_2 \, (\text{g})$ aumenta quando se submetem os elétrodos a ultrassons, uma vez que os gases formados são mais rapidamente removidos da superfície dos elétrodos.

No destaque lateral da Figura 1, representam-se as zonas de compressão e de rarefação da água, junto ao elétrodo positivo, formadas devido à propagação dos ultrassons emitidos pelo altifalante.

2.5. A passagem de corrente elétrica através da água pode ser facilitada adicionando-se, por exemplo, hidróxido de potássio, $\text{KOH}$ ($M = 56{,}11\text{ g mol}^{-1}$), uma base forte muito solúvel em água.

O $\text{pH}$ da solução pode ser medido com um aparelho medidor de $\text{pH}$. Este possui dois elétrodos, entre os quais se estabelece uma diferença de potencial, $U$, que é função do $\text{pH}$ da solução.

A Figura 4 apresenta o gráfico do módulo da diferença de potencial, $|U|$, em função do $\text{pH}$ da solução em análise, a $25\text{ }^\circ\text{C}$.

Admita que, ao medir o $\text{pH}$ de uma solução de $\text{KOH}$, se estabelece uma diferença de potencial aos terminais dos elétrodos idêntica à que se obteria aos terminais de uma resistência de $2{,}0 \times 10^6\text{ }\Omega$ percorrida por uma corrente de $1{,}75 \times 10^{-7}\text{ A}$.

Determine a massa de $\text{KOH}$ necessária para preparar $500\text{ cm}^3$ dessa solução.

Apresente todos os cálculos efetuados.