QuímicaFácilCuestión · 1 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2017 · Septiembre · Opción A
Enunciado
Se dispone de dos barras metálicas, una de plata, y otra de cinc. También se dispone de las sales de nitrato de estos elementos y cloruro de potasio, material de vidrio adecuado y un voltímetro con conexiones eléctricas. Escribe las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo de dicha pila indicando qué especie se oxida y cuál se reduce. Datos: E∘(Ag+/Ag)=0,79 VE^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}79\ \text{V}; E∘(Zn2+/Zn)=−0,76 VE^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}.
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Resultado
  • Ánodo (oxidación): Zn→Zn2++2e−\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-; se oxida el Zn.
  • Cátodo (reducción): Ag++e−→Ag\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}; se reduce el Ag+\text{Ag}^+.
Zn+2 Ag+→Zn2++2 Ag,E∘=1,55 V\boxed{\text{Zn} + 2\,\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\,\text{Ag},\quad E^\circ = 1{,}55\ \text{V}}
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Estrategia

Con el material se monta una pila: cada barra se sumerge en la disolución de su propio nitrato (AgNO3\text{AgNO}_3 y Zn(NO3)2\text{Zn(NO}_3)_2), las dos disoluciones se unen con un puente salino (de ahí la sal de potasio) y las barras, con el voltímetro.

¿Quién se reduce? El par de mayor potencial de reducción actúa como cátodo (se reduce) y el de menor potencial, como ánodo (se oxida). Comparando 0,79 V0{,}79\ \text{V} con −0,76 V-0{,}76\ \text{V}, la plata se reduce y el cinc se oxida.
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Desarrollo

Como E∘(Ag+/Ag)=0,79 V>E∘(Zn2+/Zn)=−0,76 VE^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}79\ \text{V} > E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}, los iones plata tienen más tendencia a reducirse que los de cinc. Por tanto:

Ánodo (polo negativo), oxidación: el cinc metálico pierde electrones.Zn(s)⟶Zn2+(aq)+2 e−\text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^-Cátodo (polo positivo), reducción: los iones plata captan electrones y se depositan sobre la barra de plata.Ag+(aq)+e−⟶Ag(s)\text{Ag}^+(aq) + e^- \longrightarrow \text{Ag}(s)Reacción global (multiplicando la del cátodo por 2 para igualar los electrones):Zn(s)+2 Ag+(aq)⟶Zn2+(aq)+2 Ag(s)\text{Zn}(s) + 2\,\text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)
  • Se oxida el Zn\text{Zn} (pasa de estado de oxidación 00 a +2+2): es el reductor.
  • Se reduce el Ag+\text{Ag}^+ (pasa de +1+1 a 00): es el oxidante.
La fuerza electromotriz estándar que marcaría el voltímetro:Epila∘=Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘=0,79−(−0,76)=1,55 VE^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}79 - (-0{,}76) = 1{,}55\ \text{V}positiva, como corresponde a un proceso espontáneo. Notación de la pila:Zn(s) ∣ Zn2+(aq) ∥ Ag+(aq) ∣ Ag(s)\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(aq)\,\|\,\text{Ag}^+(aq)\,|\,\text{Ag}(s)El puente salino cierra el circuito y mantiene la neutralidad eléctrica de las dos disoluciones: sus aniones migran hacia el ánodo (donde se forma Zn2+\text{Zn}^{2+}) y sus cationes hacia el cátodo (donde desaparece Ag+\text{Ag}^+).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Ánodo = oxidación (las dos empiezan por vocal); cátodo = reducción (las dos, por consonante). El cátodo es siempre el par de potencial de reducción más alto.

Al calcular la fem no multipliques el potencial de la plata por 2: aunque la semirreacción se multiplique para igualar electrones, E∘E^\circ es una propiedad intensiva y no cambia.
Paso 1 de 3
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