QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Comunidad de Madrid · 2018 · Junio · Opción A

Enunciado

A partir de los potenciales de reducción que se adjuntan, conteste razonadamente:

a) (1 punto) ¿Qué metales de la lista se disolverán en una disolución de

\text{HCl}

1\ \text{M}

?

b) (1 punto) Se dispone de tres recipientes con disoluciones de nitrato de plata, nitrato de cinc y nitrato de manganeso (II). En cada uno se introduce una barra de hierro, ¿en qué caso se formará una capa del otro metal sobre la barra de hierro?

Datos:

E^0

(V):

\text{Fe}^{2+}/\text{Fe} = -0{,}44

;

\text{Zn}^{2+}/\text{Zn} = -0{,}76

;

\text{Ag}^+/\text{Ag} = 0{,}80

;

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu} = 0{,}34

;

\text{Na}^+/\text{Na} = -2{,}71

;

\text{Mn}^{2+}/\text{Mn} = -1{,}18

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Resultado

a) Se disuelven en HCl $1\ \text{M}$ los metales de $E^0 < 0$ : Na, Mn, Zn y Fe (desprenden $\text{H}_2$ ). No lo hacen Cu ni Ag.
b) Solo en el nitrato de plata: $\text{Fe} + 2\,\text{Ag}^+ \to \text{Fe}^{2+} + 2\,\text{Ag}$ , $E^0 = +1{,}24\ \text{V}$ . Con $\text{Zn}^{2+}$ ( $-0{,}32\ \text{V}$ ) y $\text{Mn}^{2+}$ ( $-0{,}74\ \text{V}$ ) no hay reacción.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Una reacción redox es espontánea si su potencial

E^0 = E^0_{\text{cátodo (se reduce)}} - E^0_{\text{ánodo (se oxida)}}

es positivo. Dicho de otra forma: un par con mayor potencial de reducción oxida a la forma reducida de un par con menor potencial.

a) «Disolverse en HCl» es que el metal se oxide a catión y los $\text{H}^+$ se reduzcan a $\text{H}_2$ . Como $E^0(\text{H}^+/\text{H}_2) = 0$ , lo hacen los metales de potencial negativo.
b) Se forma una capa de otro metal si el hierro es capaz de reducir a sus cationes, es decir, si ese par tiene un potencial mayor que el del $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$ .

Desarrollo

a) Metales que se disuelven en $\text{HCl}$ $1\ \text{M}$ .

El oxidante disponible es el

\text{H}^+

del ácido (

\text{Cl}^-

no oxida a estos metales):

2\,\text{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow \text{H}_2 \qquad E^0 = 0{,}00\ \text{V}

Para un metal M que pasa a

\text{M}^{n+}

, la reacción global tiene

E^0 = 0 - E^0(\text{M}^{n+}/\text{M})

, que es positivo solo si

E^0(\text{M}^{n+}/\text{M}) < 0

Metal	$E^0$ (V)	$E^0_{\text{reacción}} = 0 - E^0$ (V)	¿Se disuelve?
Na	$-2{,}71$	$+2{,}71$	Sí
Mn	$-1{,}18$	$+1{,}18$	Sí
Zn	$-0{,}76$	$+0{,}76$	Sí
Fe	$-0{,}44$	$+0{,}44$	Sí
Cu	$+0{,}34$	$-0{,}34$	No
Ag	$+0{,}80$	$-0{,}80$	No

Por ejemplo, para el cinc:

\text{Zn} + 2\,\text{H}^+ \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{H}_2 \qquad E^0 = 0 - (-0{,}76) = +0{,}76\ \text{V} > 0

Se disuelven Na, Mn, Zn y Fe, desprendiendo hidrógeno. El cobre y la plata, con potenciales positivos, no son capaces de reducir el

\text{H}^+

y no se disuelven en HCl. (El sodio, además, reacciona violentamente incluso con el agua de la disolución.)

b) Barra de hierro en las tres disoluciones.

Para que aparezca una capa de otro metal, el hierro debe oxidarse y el catión de la disolución reducirse:

\text{Fe} + \text{M}^{n+} \longrightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{M} \qquad E^0 = E^0(\text{M}^{n+}/\text{M}) - E^0(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe})

Nitrato de plata:

\text{Fe} + 2\,\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\,\text{Ag} \qquad E^0 = 0{,}80 - (-0{,}44) = +1{,}24\ \text{V} > 0

Es espontánea: se deposita una capa de plata sobre la barra.

Nitrato de cinc: $E^0 = -0{,}76 - (-0{,}44) = -0{,}32\ \text{V} < 0$ . No es espontánea: el hierro no reduce al $\text{Zn}^{2+}$ .

Nitrato de manganeso (II): $E^0 = -1{,}18 - (-0{,}44) = -0{,}74\ \text{V} < 0$ . Tampoco ocurre.

Solo en el recipiente de nitrato de plata se recubre la barra de hierro. Ocurre porque el

\text{Ag}^+

es mejor oxidante que el

\text{Fe}^{2+}

, mientras que el

\text{Zn}^{2+}

y el

\text{Mn}^{2+}

son peores.

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

Consejo

No basta con decir «el hierro es más reductor»: escribe la reacción de cada caso y calcula su $E^0$ con $E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}}$ . El signo del resultado es la justificación que pide el «razonadamente».

Y recuerda que el potencial de reducción no se multiplica por los coeficientes: en la reacción con $2\,\text{Ag}^+$ se sigue usando $0{,}80\ \text{V}$ .

Paso 1 de 3

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