QuímicaFácilCuestión · 1 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2020 · Julio
Enunciado
Teniendo en cuenta los potenciales de reducción estándar de los pares E∘(Ag+/Ag)=+0,80 VE^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\,\text{V} y E∘(Ni2+/Ni)=−0,25 VE^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}25\,\text{V}:

a) (0,25 p) ¿Cuál es la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir?

b) (0,75 p) Escribir la notación de la pila y las reacciones anódica, catódica y global que tendrían lugar.
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Resultado
Epila∘=1,05 V\boxed{E^\circ_{\text{pila}} = 1{,}05\,\text{V}}Ni ∣ Ni2+(1 M) ∥ Ag+(1 M) ∣ Ag;Ni+2 Ag+→Ni2++2 Ag\boxed{\text{Ni}\,|\,\text{Ni}^{2+}(1\,\text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(1\,\text{M})\,|\,\text{Ag};\quad \text{Ni} + 2\,\text{Ag}^+ \to \text{Ni}^{2+} + 2\,\text{Ag}}
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Estrategia

En una pila, el par con mayor potencial de reducción se reduce (cátodo) y el de menor potencial se oxida (ánodo). Aquí la plata (+0,80 V+0{,}80\,\text{V}) es el cátodo y el níquel (−0,25 V-0{,}25\,\text{V}) el ánodo. La fem es la diferencia Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}, que sale positiva, como corresponde a una pila.

Para la reacción global se igualan los electrones: el níquel cede dos y cada ion plata acepta uno.
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Desarrollo

a) Fuerza electromotriz.Epila∘=Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘=E∘(Ag+/Ag)−E∘(Ni2+/Ni)=0,80−(−0,25)=1,05 VE^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = 0{,}80 - (-0{,}25) = 1{,}05\,\text{V}b) Notación y reacciones.

Ánodo (oxidación, polo negativo):Ni (s)⟶Ni2+ (ac)+2 e−\text{Ni}\,(s) \longrightarrow \text{Ni}^{2+}\,(ac) + 2\,e^-Cátodo (reducción, polo positivo):Ag+ (ac)+e−⟶Ag (s)(×2)\text{Ag}^+\,(ac) + e^- \longrightarrow \text{Ag}\,(s) \qquad (\times 2)Reacción global (2 electrones intercambiados):Ni (s)+2 Ag+ (ac)⟶Ni2+ (ac)+2 Ag (s)\text{Ni}\,(s) + 2\,\text{Ag}^+\,(ac) \longrightarrow \text{Ni}^{2+}\,(ac) + 2\,\text{Ag}\,(s)Multiplicar la semirreacción de la plata por 2 no cambia su potencial: el E∘E^\circ es una propiedad intensiva.

Notación de la pila (ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha, ∥\| = puente salino):Ni (s) ∣ Ni2+ (1 M)  ∥  Ag+ (1 M) ∣ Ag (s)\text{Ni}\,(s)\,|\,\text{Ni}^{2+}\,(1\,\text{M})\;\|\;\text{Ag}^+\,(1\,\text{M})\,|\,\text{Ag}\,(s)Los electrones circulan por el hilo exterior desde el electrodo de níquel hasta el de plata.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

No multipliques el potencial de la plata por 2 al ajustar los electrones: los potenciales no dependen de los coeficientes. Y si la fem te sale negativa, has cambiado ánodo por cátodo.

En la notación, el ánodo siempre va a la izquierda y el cátodo a la derecha.
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