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Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · País Vasco 2017 · Junio · Opción B

Enunciado

Los potenciales de reducción estándar de los electrodos

\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}

\text{Ag}^+/\text{Ag}

son, respectivamente,

E^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) = -0{,}14\ \text{V}

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}80\ \text{V}

. Si se monta una pila utilizando láminas de ambos metales y disoluciones 1 M de sus iones, indicar:

a) Las reacciones que se producen en los electrodos de esta pila. (0,5 puntos)

b) Identificar el ánodo y el cátodo de la pila. (0,5 puntos)

c) Calcular el potencial estándar de la pila formada con estos dos electrodos. (0,5 puntos)

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Resultado

a) Ánodo:

\text{Sn} \to \text{Sn}^{2+} + 2e^-

. Cátodo:

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

. Global:

\text{Sn} + 2\,\text{Ag}^+ \to \text{Sn}^{2+} + 2\,\text{Ag}

.

b) Ánodo (−): electrodo de estaño. Cátodo (+): electrodo de plata.

c)

E^\circ_\text{pila} = 0{,}94\ \text{V}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, el par con el potencial de reducción mayor es el que se reduce (cátodo) y el de potencial menor se oxida (ánodo). Aquí la plata (+0,80 V) tiene mucha más tendencia a reducirse que el estaño (−0,14 V): los iones

\text{Ag}^+

se reducen y la lámina de estaño se oxida. La fuerza electromotriz es la diferencia entre los dos potenciales.

Desarrollo

a) Reacciones en los electrodos

Como

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) > E^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn})

, el

\text{Ag}^+

se reduce y el Sn se oxida:

\text{Oxidación:}\quad \text{Sn}\,(s) \longrightarrow \text{Sn}^{2+}\,(aq) + 2\,e^-

\text{Reducción:}\quad \text{Ag}^+\,(aq) + e^- \longrightarrow \text{Ag}\,(s)

Reacción global. Para igualar los electrones, la reducción se multiplica por 2:

\text{Sn}\,(s) + 2\,\text{Ag}^+\,(aq) \longrightarrow \text{Sn}^{2+}\,(aq) + 2\,\text{Ag}\,(s)

b) Ánodo y cátodo

Ánodo (donde ocurre la oxidación, polo negativo): el electrodo de estaño. La lámina de Sn se va disolviendo.
Cátodo (donde ocurre la reducción, polo positivo): el electrodo de plata. Sobre él se deposita plata.

Los electrones van por el circuito exterior del estaño a la plata. La notación de la pila es:

\text{Sn}\,(s)\,|\,\text{Sn}^{2+}\,(1\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+\,(1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}\,(s)

c) Potencial estándar de la pila

E^\circ_\text{pila} = E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo} = 0{,}80\ \text{V} - (-0{,}14\ \text{V}) = 0{,}94\ \text{V}

Sale positivo, como debe ser: la reacción de la pila es espontánea. (Al multiplicar la semirreacción de la plata por 2 su potencial no cambia: es una propiedad intensiva.)

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

El error típico es multiplicar el potencial de la plata por 2 al ajustar los electrones: los potenciales no dependen de los coeficientes.

Para no liarte con ánodo y cátodo, recuerda «oxidación en el ánodo, reducción en el cátodo» (las dos vocales y las dos consonantes) y comprueba que $E^\circ_\text{pila}$ sale positivo.