QuímicaFácil2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Extremadura · 2019 · Julio · Opción B

Enunciado

Conocidos los potenciales normales de reducción de los siguientes pares redox:

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}346\ \text{V}

;

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

.

a) (0,5 puntos) Indicar, razonadamente, la especie más oxidante y la más reductora.

b) (0,5 puntos) Explicar qué sucedería si se introduce una barra de cinc en una disolución de iones

\text{Ag}^+

.

c) (1 punto) Calcular el potencial de la pila formada por los electrodos de cobre y cinc, escribiendo las semi-reacciones de oxidación y reducción, indicando el ánodo y el cátodo.

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Resultado

a) Más oxidante: $\text{Ag}^+$ (mayor $E^\circ$ ). Más reductora: $\text{Zn}$ (menor $E^\circ$ ).
b) $\text{Zn} + 2\,\text{Ag}^+ \to \text{Zn}^{2+} + 2\,\text{Ag}$ , $E^\circ = 1{,}56\ \text{V}$ : el cinc se disuelve y se deposita plata.
c) Ánodo Zn (oxidación), cátodo Cu (reducción): $E^\circ_{\text{pila}} = 1{,}11\ \text{V}$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El potencial de reducción mide la tendencia de la forma oxidada de cada par a reducirse.

a) El par con el $E^\circ$ más alto tiene la forma oxidada que más se reduce (el mejor oxidante); el de $E^\circ$ más bajo, la forma reducida que más se oxida (el mejor reductor).
b) y c) Una reacción redox es espontánea cuando $E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} > 0$ : se reduce la especie del par de mayor potencial y se oxida la del de menor potencial.

Desarrollo

a) Especie más oxidante y más reductora

Ordenando los pares de mayor a menor potencial de reducción:

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V} > E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}346\ \text{V} > E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}

Cuanto más positivo es $E^\circ$ , mayor tendencia tiene la forma oxidada a captar electrones y reducirse. La especie más oxidante es el $\text{Ag}^+$ .
Cuanto más negativo es $E^\circ$ , mayor tendencia tiene la forma reducida a ceder electrones y oxidarse. La especie más reductora es el $\text{Zn}$ (metálico).

b) Barra de cinc en una disolución de $\text{Ag}^+$

El

\text{Ag}^+

(mejor oxidante) puede oxidar al

\text{Zn}

(mejor reductor):

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

\text{Oxidación:}\quad \text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^-

\text{Global:}\quad \text{Zn}(s) + 2\,\text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)

E^\circ = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = 0{,}80 - (-0{,}76) = 1{,}56\ \text{V} > 0

Como

E^\circ > 0

, la reacción es espontánea: la barra de cinc se va disolviendo (pasa a

\text{Zn}^{2+}

) y sobre ella se deposita plata metálica, mientras la concentración de

\text{Ag}^+

de la disolución disminuye. (El coeficiente 2 de la plata no multiplica el potencial:

E^\circ

es una propiedad intensiva.)

c) Pila de cobre y cinc

Se reduce el par de mayor potencial (

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

) y se oxida el de menor (

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

\text{Ánodo (oxidación, polo }-\text{):}\quad \text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^-

\text{Cátodo (reducción, polo }+\text{):}\quad \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,e^- \longrightarrow \text{Cu}(s)

\text{Global:}\quad \text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}346 - (-0{,}76) = 1{,}106\ \text{V} \approx 1{,}11\ \text{V}

El ánodo es el electrodo de cinc y el cátodo, el de cobre; los electrones circulan por el circuito externo del cinc al cobre. Es la pila Daniell:

\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(aq)\,\|\,\text{Cu}^{2+}(aq)\,|\,\text{Cu}(s)

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

Consejo

«Especie más oxidante» no es un elemento cualquiera del par: es la forma oxidada del par de mayor potencial ( $\text{Ag}^+$ , no Ag). Y la más reductora es la forma reducida del de menor potencial (Zn, no $\text{Zn}^{2+}$ ).

Al ajustar con coeficientes las semirreacciones no multipliques los potenciales: $E^\circ$ no depende de cuántos electrones se intercambien.