Exercícios sobre a pilha de Daniell (com questões resolvidas)
A Pilha de Daniell é um dos exemplos mais clássicos e importantes de pilha eletroquímica, sendo amplamente estudada em Química por demonstrar, de forma simples, como reações de oxirredução podem gerar energia elétrica.
Nestes exercícios, você poderá revisar conceitos fundamentais sobre o funcionamento da Pilha de Daniell — como o fluxo de elétrons, o papel dos eletrodos e da ponte salina, e o cálculo da diferença de potencial —, além de compreender as aplicações práticas desse modelo em sistemas eletroquímicos. Todas as questões contam com gabaritos explicados para auxiliar no aprendizado e na fixação do conteúdo.
Questão 1
A Pilha de Daniell, desenvolvida por John Frederic Daniell em 1836, foi um importante avanço para a geração de energia elétrica contínua. Esse dispositivo utiliza uma placa de zinco imersa em uma solução de ZnSO₄ e uma placa de cobre imersa em uma solução de CuSO₄, com as soluções conectadas por uma ponte salina. Quando os eletrodos são ligados por um fio condutor, ocorre uma reação espontânea que gera corrente elétrica.
Nessa pilha, o fluxo de elétrons pelo circuito externo ocorre:
a) Do eletrodo de Cu para o eletrodo de Zn
b) Do eletrodo de Zn para o eletrodo de Cu
c) Da ponte salina para o eletrodo de Zn
d) Do ZnSO₄ para o CuSO₄
e) Do cátodo para o ânodo
Resposta: alternativa B
Na Pilha de Daniell, o zinco (Zn) sofre oxidação, liberando elétrons que fluem pelo circuito externo em direção ao eletrodo de cobre (Cu), onde ocorre a redução dos íons Cu²⁺. Portanto, o fluxo de elétrons é do Zn (ânodo) para o Cu (cátodo).
Questão 2
Em uma demonstração em aula de Química, um professor monta uma Pilha de Daniell e conecta um voltímetro aos eletrodos, obtendo uma leitura de +1,10 V. Durante o funcionamento da pilha, os alunos observam que a placa de zinco começa a se desgastar gradualmente, enquanto a placa de cobre aumenta de massa.
O processo responsável pelo aumento de massa no eletrodo de cobre é:
a) Oxidação do zinco metálico
b) Redução dos íons Zn²⁺
c) Oxidação dos íons Cu²⁺
d) Redução do cobre metálico
e) Redução dos íons Cu²⁺
Resposta: alternativa E
No eletrodo de cobre ocorre a redução dos íons Cu²⁺ presentes na solução, que recebem elétrons e se depositam como cobre metálico sólido sobre a placa de cobre, aumentando assim sua massa.
Questão 3
O funcionamento de uma pilha é regido pela espontaneidade das reações de oxirredução envolvidas. Na Pilha de Daniell, os potenciais padrão de redução (E°) das semi-reações são:
Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s) | E° = -0,76 V
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) | E° = +0,34 V
A capacidade dessa pilha em gerar energia elétrica está diretamente relacionada à diferença de potencial entre os eletrodos, que serve como medida da tendência global da reação redox em ocorrer espontaneamente.
A força motriz (ddp) da Pilha de Daniell, calculada a partir dos potenciais padrão, é resultado direto:
a) Da maior capacidade do cobre em perder elétrons quando comparado ao zinco.
b) Da diferença entre os potenciais padrão de redução dos pares redox envolvidos.
c) Exclusivamente da concentração dos íons metálicos nas soluções eletrolíticas.
d) Do tipo de ponte salina utilizada para completar o circuito elétrico.
e) Das dimensões físicas dos eletrodos de zinco e cobre empregados.
Resposta: alternativa B
A diferença de potencial padrão (ΔE° = E°red maior - E°red menor = 0,34 V - (-0,76 V) = 1,10 V) entre os dois pares redox é o parâmetro fundamental que determina a espontaneidade e a força motriz da pilha. Quanto maior essa diferença, maior o potencial elétrico gerado pela pilha sob condições padrão.
Questão 4
Em uma experiência com a Pilha de Daniell, um estudante substitui a solução de CuSO₄ por uma solução de AgNO₃, mantendo o eletrodo de zinco em ZnSO₄. A nova pilha funciona gerando corrente elétrica, mas com um potencial diferente.
Nessa modificação, o eletrodo de prata atua como:
(Dados: E°red(Zn2+) = -0,76 V; E°red(Ag+) = +0,80 V)
a) Ânodo, onde ocorre oxidação
b) Cátodo, onde ocorre redução
c) Ponte salina melhorada
d) Local de oxidação dos íons Ag⁺
e) Fonte de elétrons para o circuito
Resposta: alternativa B
Como o potencial padrão de redução da prata (E° = +0,80 V) é maior que o do zinco (E° = -0,76 V), o eletrodo de prata será o cátodo, onde ocorre a redução dos íons Ag⁺ para Ag(s).
Questão 5
A ponte salina é um componente fundamental no funcionamento da Pilha de Daniell, consistindo geralmente em um tubo preenchido com gel eletrolítico de KCl ou KNO₃ em ágar-ágar. Durante o funcionamento da pilha, processos eletroquímicos específicos ocorrem em cada semicela: no compartimento do zinco, a concentração de íons Zn²⁺ aumenta devido à oxidação do metal, enquanto no compartimento do cobre, a concentração de íons Cu²⁺ diminui devido à sua redução a cobre metálico.
A função eletroquímica primordial da ponte salina neste sistema é:
a) Fornecer íons metálicos para as semi-reações de oxirredução.
b) Permitir o fluxo direto de elétrons entre os compartimentos das soluções.
c) Manter o equilíbrio eletrônico entre os eletrodos.
d) Garantir a neutralidade elétrica nas soluções de cada semicela.
e) Servir como barreira física para evitar a difusão dos íons metálicos.
Resposta: alternativa D
A ponte salina tem como função principal manter o balanço de cargas elétricas entre os compartimentos da pilha. Durante o funcionamento, no ânodo (Zn), acumulam-se cátions Zn²⁺, criando um excesso de cargas positivas. No cátodo (Cu), a redução dos íons Cu²⁺ causa um déficit de cargas positivas. A ponte salina permite a migração de íons (ânions para o ânodo e cátions para o cátodo) que compensam esses desequilíbrios, garantindo a continuidade das reações e o fluxo de corrente.
Questão 6
Uma Pilha de Daniell opera com base na reação espontânea de oxirredução representada pela equação global:
Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)
Durante seu funcionamento, ocorre consumo progressivo dos reagentes e formação dos produtos da reação. Em condições normais de operação, a pilha mantém a geração de corrente elétrica até que uma condição específica seja atingida.
O término da vida útil operacional desta pilha, caracterizado pela interrupção da geração de corrente elétrica, ocorre quando:
a) A resistência elétrica da ponte salina se torna infinita.
b) Ocorre o consumo total de pelo menos um dos reagentes envolvidos na reação global.
c) Os potenciais padrão de redução dos metais se igualam quimicamente.
d) A diferença de concentração entre as soluções eletrolíticas atinge seu valor máximo.
e) Os produtos da reação, Zn²⁺(aq) e Cu(s), atingem seu estado de saturação eletrônica.
Resposta: alternativa B.
Uma pilha eletroquímica funciona enquanto a reação redox espontânea puder ocorrer. A Pilha de Daniell deixa de gerar corrente elétrica quando um dos reagentes essenciais para a reação global é completamente consumido - seja o zinco metálico no ânodo (oxidado a Zn²⁺), seja os íons Cu²⁺ no cátodo (reduzidos a cobre metálico). Sem um desses reagentes, as semi-reações não podem prosseguir, interrompendo o fluxo de elétrons pelo circuito externo.
Questão 7
Em um laboratório, um técnico monta uma Pilha de Daniell e a conecta a um pequeno motor. Ele observa que o motor gira enquanto a pilha está em funcionamento. Paralelamente, mede o pH das soluções antes e após o experimento.
A variação esperada para o pH das soluções, considerando o funcionamento padrão da Pilha de Daniell, é:
a) Ambas as soluções tornam-se mais ácidas
b) Ambas as soluções tornam-se mais básicas
c) O pH da solução de ZnSO₄ aumenta e o da solução de CuSO₄ diminui
d) O pH permanece constante em ambas as soluções
e) A solução de ZnSO₄ acidifica e a de CuSO₄ não muda significativamente
Resposta: alternativa D.
Na Pilha de Daniell clássica, não há consumo ou produção de íons H⁺ ou OH⁻. As semi-reações envolvem apenas a oxidação do Zn metálico para Zn²⁺ e a redução de Cu²⁺ para Cu metálico, portanto o pH das soluções permanece praticamente constante durante o funcionamento da pilha.
Continue testando seus conhecimentos com exercícios sobre pilhas (com gabarito resolvido).
ALVES, Gustavo. Exercícios sobre a pilha de Daniell (com questões resolvidas). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-a-pilha-de-daniell-com-questoes-resolvidas/. Acesso em:
