QuímicaMedio2,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

También trata: Electrólisis y leyes de Faraday
Cataluña · 2020 · Julio
Enunciado
El año 2019 el Premio Nobel de Química recompensó el desarrollo de las baterías de ion litio. Estas baterías se utilizan actualmente en dispositivos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos.

Hay diversos modelos de baterías de ion litio; en uno de los modelos, el electrodo de litio es oxidado y el electrodo de azufre (S8\text{S}_8) es reducido a sulfuro (S2−\text{S}^{2-}) mediante un proceso complejo. La fuerza electromotriz estándar medida de una de estas baterías es 2,23 V2{,}23\ \text{V}.

a) (1,25 puntos) Escriba las semirreacciones ajustadas que tienen lugar en cada electrodo y la reacción global.
Indique la polaridad y el nombre de los electrodos.
Calcule el potencial estándar de reducción para la semirreacción del azufre en esta batería.

b) (1,25 puntos) ¿Cuántos gramos de litio se necesitan para construir una batería que funcione durante 10 horas a una intensidad de 0,5 A0{,}5\ \text{A}?

Datos: F=96 500 C⋅mol−1F = 96\,500\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1}. Masa atómica del Li: 6,946{,}94. E∘(Li+/Li)=−3,05 VE^\circ(\text{Li}^+/\text{Li}) = -3{,}05\ \text{V}.
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Resultado
  S8+16 Li→8 S2−+16 Li+  \boxed{\;\text{S}_8 + 16\,\text{Li} \rightarrow 8\,\text{S}^{2-} + 16\,\text{Li}^+\;}Azufre: cátodo (++); litio: ánodo (−-).  E∘(S8/S2−)=−0,82 V    m(Li)=1,29 g  \boxed{\;E^\circ(\text{S}_8/\text{S}^{2-}) = -0{,}82\ \text{V}\;}\qquad \boxed{\;m(\text{Li}) = 1{,}29\ \text{g}\;}
Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)

Semirreacciones, reacciones, electrodos y potencial del azufre

0,3 p.16 e−+S8→8 S2−16\,e^- + \text{S}_8 \rightarrow 8\,\text{S}^{2-}16×(Li→Li++1 e−)16\times(\text{Li} \rightarrow \text{Li}^+ + 1\,e^-)S8+16 Li→8 S2−+16 Li+‾\overline{\text{S}_8 + 16\,\text{Li} \rightarrow 8\,\text{S}^{2-} + 16\,\text{Li}^+}0,4 p. Azufre: cátodo, polaridad ++
Litio: ánodo, polaridad −-

0,55 p.Epila∘=Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}2,23=Ecaˊtodo∘−(−3,05)2{,}23 = E^\circ_{\text{cátodo}} - (-3{,}05)Ecaˊtodo∘=−0,82 V\mathbf{E^\circ_{\text{cátodo}} = -0{,}82\ V}b)

Gramos de litio para 10 h de descarga de una pila

0,5 p. 10 horas =36 000= 36\,000 segundosI=q/t ;0,5 A=q/36 000 s ;q=18 000 CI = q/t\ ;\quad 0{,}5\ \text{A} = q/36\,000\ \text{s}\ ;\quad q = 18\,000\ \text{C}0,75 p.18 000 C×(1 mol e−96 500 C)×(1 mol Li1 mol e−)×(6,94 g1 mol Li)=1,29 g Li18\,000\ \text{C}\times\left(\frac{1\ \text{mol}\ e^-}{96\,500\ \text{C}}\right)\times\left(\frac{1\ \text{mol Li}}{1\ \text{mol}\ e^-}\right)\times\left(\frac{6{,}94\ \text{g}}{1\ \text{mol Li}}\right) = \mathbf{1{,}29\ g\ Li}

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

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