QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2019 · Reserva 2 · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 3. Explique, mediante las correspondientes reacciones, qué sucede cuando en una disolución de sulfato de hierro(II) se introduce una lámina de:

a) Cobalto.

b) Zinc.

c) ¿Y si la disolución fuese de nitrato de hierro(II)?

Potenciales estándar de reducción:

E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = 0{,}40\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Co}^{2+}/\text{Co}) = -0{,}28\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{Co} + \text{Fe}^{2+} \to \text{Co}^{2+} + \text{Fe}; \quad E^\circ = +0{,}68\ \text{V} \;\Rightarrow\; \text{espontánea}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } \text{Zn} + \text{Fe}^{2+} \to \text{Zn}^{2+} + \text{Fe}; \quad E^\circ = +1{,}16\ \text{V} \;\Rightarrow\; \text{espontánea}\;}

\boxed{\;\textbf{c) Igual: el anión de la sal es un espectador}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una reacción de desplazamiento, un metal se disuelve reduciendo el catión de otro. El criterio es el de siempre:

E^\circ = E^\circ(\text{catión que se reduce}) - E^\circ(\text{metal que se oxida}) \qquad\qquad E^\circ > 0 \;\Longleftrightarrow\; \text{espontánea}

Aquí, el catión que puede reducirse es el

\text{Fe}^{2+}

de la disolución, y el metal que se oxida es la lámina que se introduce.

Y una idea clave para c): el anión de la sal es un espectador. Ni el sulfato ni el nitrato participan en el intercambio de electrones, así que el resultado no cambia.

Desarrollo

a) Lámina de cobalto: sí reacciona.

\text{Co}(s) + \text{Fe}^{2+}(aq) \longrightarrow \text{Co}^{2+}(aq) + \text{Fe}(s)

E^\circ = E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) - E^\circ(\text{Co}^{2+}/\text{Co}) = 0{,}40 - (-0{,}28) = \mathbf{+0{,}68\ V} > 0

Al ser positivo (

\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0

), el proceso es espontáneo: la lámina de cobalto se disuelve y sobre ella se deposita hierro metálico, mientras la disolución va perdiendo el color verde pálido del

\text{Fe}^{2+}

y ganando el rosado del

\text{Co}^{2+}

.

Semirreacciones:

\text{Co} \to \text{Co}^{2+} + 2e^- \; (\text{oxidación}) \qquad\qquad \text{Fe}^{2+} + 2e^- \to \text{Fe} \; (\text{reducción})

b) Lámina de zinc: sí reacciona, y con más fuerza.

\text{Zn}(s) + \text{Fe}^{2+}(aq) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Fe}(s)

E^\circ = 0{,}40 - (-0{,}76) = \mathbf{+1{,}16\ V} > 0

También es espontánea, y con una fuerza electromotriz mayor que la del cobalto: el zinc es el reductor más enérgico de los tres metales, por ser el de potencial de reducción más negativo.

c) Con nitrato de hierro(II) ocurre exactamente lo mismo.

La especie que se reduce es el catión

\text{Fe}^{2+}

, y ese es idéntico en las dos sales. Los aniones

\text{SO}_4^{2-}

\text{NO}_3^-

son iones espectadores: no aparecen en las semirreacciones ni intervienen en el intercambio electrónico, así que las ecuaciones iónicas de a) y b) —y sus potenciales— no varían.

Nota sobre los datos. El valor real del par hierro es $E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}$ , no $+0{,}40\ \text{V}$ . Con el valor real, el cobalto no desplazaría al hierro ( $E^\circ = -0{,}16\ \text{V}$ ) y solo el zinc lo haría ( $E^\circ = +0{,}32\ \text{V}$ ). La resolución anterior utiliza los datos tal como los proporciona el enunciado, que es lo que se debe hacer en el examen.

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

Consejo

En los problemas de desplazamiento, escribe siempre la ecuación iónica: deja a la vista que los aniones no intervienen y hace evidente la respuesta del apartado c).

Recuerda el criterio del signo: si $E^\circ$ sale positivo, la reacción tal como la has escrito es espontánea; si sale negativo, ocurre la inversa. No hay que cambiar signos de los potenciales tabulados, solo restarlos en el orden correcto.

Y usa el enunciado tal cual, aunque un dato te resulte extraño. Si adviertes la anomalía, lo elegante es resolver con los datos dados y añadir una nota al margen, como se ha hecho aquí: demuestra criterio sin apartarse de lo que se pide.

Paso 1 de 3

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