QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2020 · Reserva 3

Enunciado

Bloque B · B6. a) Dibuje el esquema de una pila constituida por un electrodo de níquel sumergido en una disolución

1\ \text{M}

\text{Ni(NO}_3)_2

y un electrodo de plata sumergido en una disolución

1\ \text{M}

\text{AgNO}_3

, indicando el sentido de la corriente.

b) Justifique si reaccionará el cloro gaseoso,

\text{Cl}_2(g)

, con una disolución que contiene iones fluoruro,

\text{F}^-

.

c) Calcule la f.e.m. de una pila electroquímica cuya notación es:

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

.

Datos:

E^\circ(\text{Cl}_2/\text{Cl}^-) = 1{,}36\ \text{V}

;

E^\circ(\text{F}_2/\text{F}^-) = 2{,}86\ \text{V}

;

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

;

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

;

E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}34\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Mg}^{2+}/\text{Mg}) = -2{,}34\ \text{V}

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Ánodo Ni, cátodo Ag; } e^- \text{ de Ni a Ag}; \; E^\circ = 1{,}05\ \text{V}\;}

\boxed{\;\textbf{b) No: } E^\circ = 1{,}36 - 2{,}86 = -1{,}50\ \text{V} < 0\;}

\boxed{\;\textbf{c) } E^\circ_{\text{pila}} = 2{,}68\ \text{V}\;}

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Estrategia

Con una tabla de potenciales estándar, todo se reduce a una regla: el par con mayor $E^\circ$ se reduce (cátodo) y el de menor $E^\circ$ se oxida (ánodo).

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}

Si sale positivo, el proceso es espontáneo (

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

) y funciona como pila; si sale negativo, no ocurre.

Para b) basta con plantear la reacción propuesta y calcular su

E^\circ

: el signo da la respuesta sin más cálculos.

Desarrollo

a) Pila níquel-plata.

Comparando potenciales:

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}80 > E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}25

, luego la plata se reduce y el níquel se oxida.

\textbf{Ánodo } (-): \quad \text{Ni}(s) \longrightarrow \text{Ni}^{2+} + 2\,e^-

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

\textbf{Global}: \quad \text{Ni}(s) + 2\,\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Ni}^{2+} + 2\,\text{Ag}(s) \qquad E^\circ = 0{,}80 - (-0{,}25) = \mathbf{1{,}05\ V}

Esquema y componentes:

Elemento	Descripción
Vaso 1 (ánodo, polo $-$ )	Lámina de $\text{Ni}$ en $\text{Ni(NO}_3)_2$ $1\ \text{M}$ ; se corroe y su masa disminuye
Vaso 2 (cátodo, polo $+$ )	Lámina de $\text{Ag}$ en $\text{AgNO}_3$ $1\ \text{M}$ ; se deposita plata y su masa aumenta
Puente salino	Disolución de $\text{KNO}_3$ ; cierra el circuito y mantiene la neutralidad eléctrica
Circuito externo	Hilo conductor con un voltímetro

Sentido de la corriente: los electrones circulan por el hilo del níquel a la plata (del ánodo al cátodo). La corriente convencional, por definición, va en sentido contrario: de la plata al níquel por el circuito externo. En el puente salino, los aniones migran hacia el ánodo y los cationes hacia el cátodo.

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

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

b) No, el $\text{Cl}_2$ no reacciona con los iones $\text{F}^-$ .

La reacción propuesta sería la oxidación del fluoruro por el cloro:

\text{Cl}_2 + 2\,\text{F}^- \longrightarrow 2\,\text{Cl}^- + \text{F}_2

E^\circ = E^\circ(\text{Cl}_2/\text{Cl}^-) - E^\circ(\text{F}_2/\text{F}^-) = 1{,}36 - 2{,}86 = \mathbf{-1{,}50\ V} < 0

Al ser negativo,

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

y el proceso no es espontáneo. La razón es que el flúor tiene un potencial de reducción mayor: es más oxidante que el cloro, así que no puede ser desplazado por él. Lo que sí ocurre es la reacción inversa,

\text{F}_2 + 2\,\text{Cl}^- \to 2\,\text{F}^- + \text{Cl}_2

, con

E^\circ = +1{,}50\ \text{V}

.

c) F.e.m. de la pila $\text{Mg}\,|\,\text{Mg}^{2+}\,\|\,\text{Cu}^{2+}\,|\,\text{Cu}$ .

Por convenio, en la notación de una pila el ánodo se escribe a la izquierda y el cátodo a la derecha:

\text{Ánodo}: \; \text{Mg} \to \text{Mg}^{2+} + 2e^- \qquad\qquad \text{Cátodo}: \; \text{Cu}^{2+} + 2e^- \to \text{Cu}

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}34 - (-2{,}34) = \mathbf{2{,}68\ V}

El valor es positivo, lo que confirma que la asignación de electrodos es correcta y que la pila funciona espontáneamente.

Consejo

Usa siempre la misma fórmula, $E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}$ , con los potenciales tal como vienen en la tabla (todos de reducción). Cambiar el signo del potencial del ánodo y además restarlo es el error que más veces convierte un $2{,}68$ en un $-2{,}00$ .

Y no multipliques los potenciales por los coeficientes: aunque la semirreacción de la plata se duplique para igualar electrones, $E^\circ$ es una propiedad intensiva y no cambia.

En a), distingue con claridad el sentido de los electrones (ánodo $\to$ cátodo) del de la corriente convencional (al revés). El enunciado pregunta por «la corriente», así que conviene indicar explícitamente los dos.

Paso 1 de 3

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Sigue practicando

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