QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · País Vasco 2020 · Julio (extraordinaria)

Enunciado

Teniendo en cuenta los siguientes potenciales de reducción standard (

\varepsilon^\circ

\varepsilon^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) = -0{,}16\ \text{V}

;

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

;

\varepsilon^\circ(\text{Mn}^{2+}/\text{Mn}) = -1{,}18\ \text{V}

;

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

;

\varepsilon^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}

a) ¿Cuál es el oxidante más fuerte de todos los metales e iones? ¿Cuál es el reductor más fuerte? Razonar. (0,5 puntos)

b) Al introducir una lámina de estaño en disoluciones de las siguientes sales, ¿en qué casos se depositará otro metal sobre la lámina? Razonar.

\text{CuSO}_4

\text{MnCl}_2

\text{FeSO}_4

\text{AgNO}_3

(1 punto)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) Oxidante más fuerte:

\text{Ag}^+

(

\varepsilon^\circ = +0{,}80

V, el mayor). Reductor más fuerte: Mn (

\varepsilon^\circ = -1{,}18

V, el menor).

b) Se deposita metal en las disoluciones de

\text{CuSO}_4

(Cu,

+0{,}50

V) y

\text{AgNO}_3

(Ag,

+0{,}96

V); en las de

\text{MnCl}_2

\text{FeSO}_4

no (

-1{,}02

V y

-0{,}28

V).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Un potencial de reducción alto significa que la forma oxidada (el catión) tiene mucha tendencia a captar electrones: es buen oxidante. Uno muy negativo significa que la forma reducida (el metal) cede electrones con facilidad: es buen reductor.

En b), el estaño metálico solo puede reducir (y depositar) a los cationes cuyo potencial de reducción sea mayor que el suyo. Lo comprobamos calculando el potencial de cada posible reacción: si sale positivo, es espontánea.

Desarrollo

a) Oxidante y reductor más fuertes

El oxidante más fuerte es la especie con mayor potencial de reducción, la que capta electrones con más facilidad: el ion $\text{Ag}^+$ .

\text{Ag}^+ + e^- \longrightarrow \text{Ag} \qquad \varepsilon^\circ = +0{,}80\ \text{V}

El reductor más fuerte es el metal del par con menor potencial de reducción (mayor potencial de oxidación), el que cede electrones con más facilidad: el Mn.

\text{Mn} \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 2\,e^- \qquad \varepsilon^\circ_{ox} = +1{,}18\ \text{V}

b) Condición para que se deposite un metal

Sobre la lámina se deposita el metal

\text{M}

si la reacción

\text{M}^{n+} + \text{Sn} \rightarrow \text{M} + \text{Sn}^{2+}

es espontánea, es decir, si

\Delta\varepsilon^\circ = \varepsilon^\circ_{\text{cátodo}} - \varepsilon^\circ_{\text{ánodo}} = \varepsilon^\circ(\text{M}^{n+}/\text{M}) - \varepsilon^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) > 0

Cada disolución.

$\text{CuSO}_4$ : $\text{Cu}^{2+} + \text{Sn} \rightarrow \text{Cu} + \text{Sn}^{2+}$ ; $\Delta\varepsilon^\circ = 0{,}34 - (-0{,}16) = +0{,}50\ \text{V} > 0$ . Se deposita cobre.
$\text{MnCl}_2$ : $\text{Mn}^{2+} + \text{Sn} \rightarrow \text{Mn} + \text{Sn}^{2+}$ ; $\Delta\varepsilon^\circ = -1{,}18 - (-0{,}16) = -1{,}02\ \text{V} < 0$ . No se deposita manganeso.
$\text{FeSO}_4$ : $\text{Fe}^{2+} + \text{Sn} \rightarrow \text{Fe} + \text{Sn}^{2+}$ ; $\Delta\varepsilon^\circ = -0{,}44 - (-0{,}16) = -0{,}28\ \text{V} < 0$ . No se deposita hierro.
$\text{AgNO}_3$ : $2\,\text{Ag}^+ + \text{Sn} \rightarrow 2\,\text{Ag} + \text{Sn}^{2+}$ ; $\Delta\varepsilon^\circ = 0{,}80 - (-0{,}16) = +0{,}96\ \text{V} > 0$ . Se deposita plata. (El coeficiente 2 no cambia el potencial.)

Solo se depositan los metales cuyo catión es mejor oxidante que el

\text{Sn}^{2+}

, es decir, con potencial de reducción mayor que

-0{,}16

Consejo

Escribe siempre la reacción de cada caso y su potencial, no solo «sí» o «no»: así se ve el razonamiento. Recuerda que el potencial de un electrodo no se multiplica por los coeficientes al ajustar (con la plata, 2 $\text{Ag}^+$ , el potencial sigue siendo +0,80 V).