Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · País Vasco 2018 · Junio · Opción A

a) Cobre en nitrato de plata

Si la barra se recubre de plata, los $\text{Ag}^+$ se reducen y el Cu se oxida:$$\text{Cu} + 2\,\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\,\text{Ag}$$$$E^0 = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^0(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}80 - 0{,}34 = +0{,}46\ \text{V}$$Como $E^0 > 0$ ($\Delta G^0 = -nFE^0 < 0$), el proceso es espontáneo: el cobre pasa a la disolución como $\text{Cu}^{2+}$ (que la va tiñendo de azul) y la plata metálica se deposita sobre la barra. Verdadera.

b) Pila Ag/Zn

El par $\text{Ag}^+/\text{Ag}$ tiene mayor potencial de reducción ($+0{,}80$ V frente a $-0{,}76$ V): en la pila los $\text{Ag}^+$ se reducen, y la reducción ocurre en el cátodo. El cinc se oxida en el ánodo:

• Ánodo (oxidación): $\text{Zn} \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\,e^-$
• Cátodo (reducción): $\text{Ag}^+ + e^- \longrightarrow \text{Ag}$

$$E^0_{\text{pila}} = 0{,}80 - (-0{,}76) = +1{,}56\ \text{V}$$Si el ánodo fuera el de plata saldría $E^0 = -0{,}76 - 0{,}80 = -1{,}56\ \text{V} < 0$: no sería espontáneo. El electrodo de plata es el cátodo. Falsa.

c) Pares Fe³⁺/Fe y Zn²⁺/Zn

El par $\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}$ tiene mayor potencial ($-0{,}04$ V frente a $-0{,}76$ V): el $\text{Fe}^{3+}$ se reduce y el Zn se oxida.

• Oxidación: $\text{Zn} \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\,e^-\quad (\times 3)$
• Reducción: $\text{Fe}^{3+} + 3\,e^- \longrightarrow \text{Fe}\quad (\times 2)$

Multiplicando para igualar los 6 electrones y sumando:$$2\,\text{Fe}^{3+} + 3\,\text{Zn} \longrightarrow 2\,\text{Fe} + 3\,\text{Zn}^{2+}$$Está ajustada en masa (2 Fe y 3 Zn a cada lado) y en carga ($+6$ a cada lado), y es espontánea:$$E^0 = -0{,}04 - (-0{,}76) = +0{,}72\ \text{V} > 0$$Verdadera.