En una actividad experimental, un grupo de alumnos disponen de una lámina de níquel y una de plata para montar una pila en condiciones estándares. a) (1 punto) Diga qué otros reactivos y qué materiales necesitarán. Dibuje un esquema de la pila, y escriba las semirreacciones de cada electrodo y la reacción global. b) (1 punto) El voltaje de funcionamiento de un led va de 1{,}4\ \text{V} a 2{,}2\ \text{V}, aproximadamente. A partir de los valores de la tabla, justifique que el led no podrá emitir luz si montan la pila con níquel y plata, e indique qué cambio deberían hacer en la pila para que el led pueda emitir. | Par redox | \text{Ag}^+/\text{Ag} | \text{Pb}^{2+}/\text{Pb} | \text{Ni}^{2+}/\text{Ni} | \text{Zn}^{2+}/\text{Zn} | |---|---|---|---|---| | Potencial estándar de reducción, E^\circ (V) | +0{,}80 | -0{,}13 | -0{,}23 | -0{,}76 |

QuímicaFácil2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Cataluña · 2017 · Septiembre

Enunciado

En una actividad experimental, un grupo de alumnos disponen de una lámina de níquel y una de plata para montar una pila en condiciones estándares.

a) (1 punto) Diga qué otros reactivos y qué materiales necesitarán. Dibuje un esquema de la pila, y escriba las semirreacciones de cada electrodo y la reacción global.

b) (1 punto) El voltaje de funcionamiento de un led va de

1{,}4\ \text{V}

2{,}2\ \text{V}

, aproximadamente. A partir de los valores de la tabla, justifique que el led no podrá emitir luz si montan la pila con níquel y plata, e indique qué cambio deberían hacer en la pila para que el led pueda emitir.

Par redox	$\text{Ag}^+/\text{Ag}$	$\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}$	$\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}$	$\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$
Potencial estándar de reducción, $E^\circ$ (V)	$+0{,}80$	$-0{,}13$	$-0{,}23$	$-0{,}76$

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Resultado

\boxed{\;2\,\text{Ag}^+ + \text{Ni} \longrightarrow 2\,\text{Ag} + \text{Ni}^{2+}\;}

\boxed{\;E^\circ(\text{Ni–Ag}) = 1{,}03\ \text{V} < 1{,}4\ \text{V}\;}\qquad \boxed{\;\text{Cambiando el Ni por Zn: } E^\circ = 1{,}56\ \text{V}\;}

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Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a)

0,3 p. Reactivos y materiales necesarios (aparte de la lámina de Ni y de Ag):

Disolución de $\text{Ni}^{2+}$ 1 M
Disolución de $\text{Ag}^+$ 1 M
Disolución acuosa de un electrolito (sal soluble), para el puente salino
Dos vasos de precipitados
Hilo conductor
Tubo que conecta los dos vasos, para introducir en él el puente salino

0,3 p. Esquema de la pila (dibujo):

Esquema de la pila: a la izquierda, una lámina de Ni sumergida en un vaso con Ni²⁺ 1 M; a la derecha, una lámina de Ag en un vaso con Ag⁺ 1 M; los dos electrodos unidos por un hilo y los vasos, por un puente salino en forma de U invertida con un electrolito

En la figura: «electròlit» = electrolito.

0,2 p. Semirreacciones:

Electrodo de Ag:

\text{Ag}^+ + \text{e}^- \longrightarrow \text{Ag}

(opcional: cátodo)

Electrodo de Ni:

\text{Ni} \longrightarrow \text{Ni}^{2+} + 2\,\text{e}^-

(opcional: ánodo)

0,2 p. Reacción global:

Sumamos las dos semirreacciones, pero multiplicando por dos la del cátodo para igualar el número de electrones intercambiados.

2\,\text{Ag}^+ + \text{Ni} \longrightarrow 2\,\text{Ag} + \text{Ni}^{2+}

b)

Calculamos el potencial de la pila formada por los electrodos de Ag y Ni:

E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}

E^\circ = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni})

0,3 p.

E^\circ = (0{,}80) - (-0{,}23) = 1{,}03\ \text{V}

0,2 p. El potencial de la pila es

1{,}03\ \text{V}

; este valor es inferior al potencial necesario para que el LED emita luz (el valor mínimo es

1{,}4\ \text{V}

).

Con los valores de la tabla, vemos que podríamos cambiar alguno de los dos electrodos por uno de Pb o de Zn.

0,2 p. Para conseguir el máximo potencial de la pila hay que cambiar el electrodo de Ni por el de Zn.

0,3 p. Justificación. El potencial de esta pila sería: