QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2018 · Julio · Opción A

Enunciado

Se construye una pila con los electrodos

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

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

en condiciones estándar.

a) (0,75 p) Escribe las reacciones anódica, catódica y global.

b) (0,25 p) Escribe la notación esquemática de la pila.

c) (0,5 p) Indica el sentido del movimiento de las cargas durante el funcionamiento de la pila.

d) (0,5 p) Calcula su fuerza electromotriz.

Datos:

E^\circ(\text{Mg}^{2+}/\text{Mg}) = -2{,}37\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}78\ \text{V}

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Resultado

a) Ánodo: $\text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2e^-$ ; cátodo: $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ ; global: $\text{Mg} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\text{Ag}$ .
b) $\text{Mg}\,|\,\text{Mg}^{2+}(1\,\text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(1\,\text{M})\,|\,\text{Ag}$
c) Electrones de Mg a Ag por el hilo; aniones del puente al ánodo y cationes al cátodo.
d) $\boxed{E^\circ = 3{,}15\ \text{V}}$

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, el electrodo con el potencial de reducción más alto es el que se reduce (cátodo) y el de potencial más bajo se oxida (ánodo). El magnesio, con

-2{,}37\ \text{V}

, es un reductor muy fuerte: se oxida y cede sus electrones a los iones plata, que se reducen.

Con eso se escriben las semirreacciones, se igualan los electrones (el Mg cede 2 y cada

\text{Ag}^+

toma 1) y se suman. La notación pone el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, y la fuerza electromotriz es

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

Desarrollo

a) Reacciones de los electrodos y global.

Como

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}78\ \text{V} > E^\circ(\text{Mg}^{2+}/\text{Mg}) = -2{,}37\ \text{V}

, la plata se reduce y el magnesio se oxida.

Ánodo (oxidación, polo negativo):

\text{Mg}(s) \longrightarrow \text{Mg}^{2+}(aq) + 2\,e^-

Cátodo (reducción, polo positivo), multiplicada por 2 para igualar los electrones:

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

Reacción global (suma de las dos):

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

b) Notación esquemática.

Ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha; una barra separa fases y la doble barra representa el puente salino:

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

c) Movimiento de las cargas.

Electrones, por el circuito externo (el hilo conductor): del ánodo (Mg) al cátodo (Ag), es decir, del polo negativo al positivo. La corriente eléctrica convencional va en sentido contrario.
Iones, por el puente salino y las disoluciones: en el compartimento del ánodo se van formando $\text{Mg}^{2+}$ y en el del cátodo se consumen $\text{Ag}^+$ . Para mantener la neutralidad eléctrica, los aniones del puente salino se mueven hacia el ánodo y los cationes, hacia el cátodo.

d) Fuerza electromotriz.

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}78\ \text{V} - (-2{,}37\ \text{V}) = 3{,}15\ \text{V}

Al multiplicar por 2 la semirreacción de la plata el potencial no cambia: es una propiedad intensiva. Como

E^\circ > 0

, la reacción global es espontánea, como debe ser en una pila.

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

Consejo

No multipliques el potencial por 2 al ajustar los electrones: los potenciales no dependen de los coeficientes. Y resta siempre cátodo menos ánodo; si te sale negativo, has cambiado los papeles.

En el sentido de las cargas, distingue los electrones (solo por el hilo) de los iones (solo por las disoluciones y el puente salino): es lo que se pide en c).

Paso 1 de 3

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