QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2020 · Septiembre

Enunciado

Bloque B · B4. Se desea construir una pila en la que el cátodo esté constituido por el electrodo

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

. Para el ánodo se dispone de los electrodos

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

\text{Al}^{3+}/\text{Al}

.

a) Razone cuál de los dos electrodos se podrá utilizar como ánodo.

b) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción, identificando en qué electrodo de la pila se producen.

c) Calcule el potencial estándar de la pila y escriba su notación simplificada.

Datos:

E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}25

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13

E^\circ(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = -1{,}66

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) el electrodo } \text{Al}^{3+}/\text{Al}, \text{ por tener } E^\circ < -0{,}25 \text{ V}\;}

\boxed{\;\textbf{b) ánodo: } \text{Al} \to \text{Al}^{3+} + 3e^- \;;\; \text{cátodo: } \text{Ni}^{2+} + 2e^- \to \text{Ni}\;}

\boxed{\;\textbf{c) } E^\circ = +1{,}41 \text{ V} \;;\quad \text{Al}\,|\,\text{Al}^{3+}\;\|\;\text{Ni}^{2+}\,|\,\text{Ni}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Una pila funciona espontáneamente, y eso obliga a que su fuerza electromotriz sea positiva:

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} > 0 \;\Longrightarrow\; E^\circ_{\text{cátodo}} > E^\circ_{\text{ánodo}}

Como el enunciado fija el cátodo (

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

-0{,}25

V), el ánodo debe ser el electrodo de potencial menor que ese valor. Basta con mirar los datos.

Desarrollo

a) El ánodo debe ser el electrodo $\text{Al}^{3+}/\text{Al}$ .

Comparamos los dos candidatos con el cátodo impuesto:

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13 \text{ V} \;>\; -0{,}25 \text{ V} \qquad E^\circ(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = -1{,}66 \text{ V} \;<\; -0{,}25 \text{ V}

Con plomo: la fem sería

E^\circ = -0{,}25 - (-0{,}13) = -0{,}12 \text{ V} \;<\; 0

Negativa: la reacción no sería espontánea. De hecho, ocurriría la inversa (el níquel se oxidaría y el plomo se depositaría).

Con aluminio:

E^\circ = -0{,}25 - (-1{,}66) = +1{,}41 \text{ V} \;>\; 0

Positiva: el proceso es espontáneo. El aluminio es un reductor mucho más fuerte que el níquel y le cede electrones sin problema.

b) Semirreacciones y localización.

En el ánodo (electrodo de aluminio) ocurre la oxidación:

\boxed{\text{Al}(s) \longrightarrow \text{Al}^{3+}(ac) + 3e^-}

En el cátodo (electrodo de níquel) ocurre la reducción:

\boxed{\text{Ni}^{2+}(ac) + 2e^- \longrightarrow \text{Ni}(s)}

Reacción global, igualando los electrones (m.c.m. de 3 y 2 igual a 6):

2\,\text{Al}(s) \longrightarrow 2\,\text{Al}^{3+}(ac) + 6e^-

3\,\text{Ni}^{2+}(ac) + 6e^- \longrightarrow 3\,\text{Ni}(s)

\rule{9cm}{0.4pt}

2\,\text{Al}(s) + 3\,\text{Ni}^{2+}(ac) \longrightarrow 2\,\text{Al}^{3+}(ac) + 3\,\text{Ni}(s)

En la práctica, el electrodo de aluminio se disuelve mientras sobre el de níquel se deposita níquel metálico.

c) Potencial estándar y notación.

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = -0{,}25 - (-1{,}66)

\boxed{E^\circ_{\text{pila}} = +1{,}41 \text{ V}}

Notación simplificada, con el ánodo a la izquierda:

\boxed{\text{Al}(s)\,|\,\text{Al}^{3+}(1\ \text{M})\;\|\;\text{Ni}^{2+}(1\ \text{M})\,|\,\text{Ni}(s)}

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

Consejo

Cuando el enunciado fija uno de los electrodos, la elección del otro se decide con una sola comparación numérica: $\text{si te fijan el } \textbf{cátodo}, \text{ el ánodo debe tener } E^\circ \textbf{ menor}$ $\text{si te fijan el } \textbf{ánodo}, \text{ el cátodo debe tener } E^\circ \textbf{ mayor}$ Y para justificarlo bien, calcula la fem de las dos opciones: mostrar que con el plomo sale $-0{,}12$ V es un argumento mucho más contundente que decir "el aluminio es más reductor".

Y no olvides que $E^\circ$ no se multiplica por los coeficientes de ajuste. Aunque la reacción global lleve un 2 y un 3, los potenciales siguen siendo $-1{,}66$ y $-0{,}25$ V.

Paso 1 de 3

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