QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Julio · Opción B

Enunciado

Se prepara una pila voltaica formada por electrodos

\text{Ag}^+(ac)/\text{Ag}(s)

\text{Cu}^{2+}(ac)/\text{Cu}(s)

en condiciones estándar.

a) Escriba la semirreacción que ocurre en cada electrodo así como la reacción global ajustada. (1 punto)

b) Explique qué electrodo actúa de ánodo y cuál de cátodo y calcule la diferencia de potencial que proporcionará la pila. (1 punto)

Datos. Potenciales estándar de reducción,

E^\circ

(en V):

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

+0{,}80

;

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

+0{,}34

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Resultado

a) Cátodo:

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

. Ánodo:

\text{Cu} \to \text{Cu}^{2+} + 2\,e^-

. Global:

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

.

b) Ánodo: el electrodo de cobre (oxidación); cátodo: el de plata (reducción).

E^\circ_{\text{pila}} = 0{,}46\ \text{V}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila funciona la reacción espontánea. Se reduce el par con mayor potencial de reducción (el que tiene más tendencia a ganar electrones) y se oxida el de menor potencial. Aquí la plata (

+0{,}80

V) gana al cobre (

+0{,}34

V): el

\text{Ag}^+

se reduce y el Cu se oxida.

Para la reacción global hay que igualar los electrones: el cobre cede dos y cada ion plata acepta uno, así que la semirreacción de la plata se multiplica por dos. El potencial no se multiplica: es una propiedad intensiva.

Desarrollo

a) Semirreacción en el electrodo de plata (reducción)

\text{Ag}^+(ac) + e^- \longrightarrow \text{Ag}(s) \qquad E^\circ = +0{,}80\ \text{V}

Semirreacción en el electrodo de cobre (oxidación)

\text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(ac) + 2\,e^- \qquad E^\circ_{\text{oxidación}} = -0{,}34\ \text{V}

Reacción global. Se multiplica por 2 la de la plata para que se intercambien 2 electrones y se suman:

2\,\text{Ag}^+(ac) + \text{Cu}(s) \longrightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Cu}^{2+}(ac)

b) Ánodo y cátodo

Cátodo (polo positivo): el electrodo de plata, donde ocurre la reducción. La lámina de plata engorda porque se deposita Ag.
Ánodo (polo negativo): el electrodo de cobre, donde ocurre la oxidación. La lámina de cobre se disuelve y la disolución se enriquece en $\text{Cu}^{2+}$ .

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

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

Fuerza electromotriz

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}80 - 0{,}34 = 0{,}46\ \text{V}

Sale positiva, como corresponde a una reacción espontánea.

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

Consejo

Al multiplicar por 2 la semirreacción de la plata para ajustar los electrones, el potencial sigue siendo $0{,}80$ V: no lo dupliques. Es el error más frecuente en este tipo de cuestión.

«Explique» pide el porqué: di que se reduce el par de mayor potencial de reducción y que la reducción ocurre siempre en el cátodo. Sin esa frase, el apartado no se puntúa entero.