QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2021 · Reserva 3

Enunciado

Bloque B · B5. Indique razonadamente si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Una cucharilla de aluminio se disuelve al introducirla en una disolución de

\text{CuSO}_4

.

b) Las disoluciones acuosas de

\text{Fe}^{2+}

no son estables y se oxidan en presencia de oxígeno.

c) El cobre no reacciona con

\text{HCl}

, pero sí con

\text{HNO}_3

.

Datos:

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

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

E^\circ(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) = 0{,}77

E^\circ(\text{O}_2/\text{H}_2\text{O}) = 1{,}23

E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) = 0{,}00

E^\circ(\text{NO}_3^-/\text{NO}_2) = 0{,}80

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) VERDADERA} \;-\; E^\circ = 0{,}34 - (-1{,}66) = +2{,}00 \text{ V}\;}

\boxed{\;\textbf{b) VERDADERA} \;-\; E^\circ = 1{,}23 - 0{,}77 = +0{,}46 \text{ V}\;}

\boxed{\;\textbf{c) VERDADERA} \;-\; \text{con HCl } E^\circ = -0{,}34 \text{ V}; \text{ con } \text{HNO}_3, \; +0{,}46 \text{ V}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los tres apartados se resuelven con el mismo criterio:

E^\circ_{\text{reacción}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} \;\;\begin{cases} > 0 \Rightarrow \textbf{espontánea} \\ < 0 \Rightarrow \text{no espontánea}\end{cases}

El truco es identificar qué especie se reduce (la de mayor

E^\circ

) y cuál se oxida. Ordenando los datos de mayor a menor poder oxidante:

\text{O}_2 \;(1{,}23) \;>\; \text{NO}_3^- \;(0{,}80) \;>\; \text{Fe}^{3+} \;(0{,}77) \;>\; \text{Cu}^{2+} \;(0{,}34) \;>\; \text{H}^+ \;(0{,}00) \;>\; \text{Al}^{3+} \;(-1{,}66)

Desarrollo

a) VERDADERA.

El aluminio metálico tiene un potencial mucho más bajo que el

\text{Cu}^{2+}

, así que actúa como reductor y se oxida:

\text{cátodo (reducción)}: \; \text{Cu}^{2+} + 2e^- \to \text{Cu} \qquad (0{,}34 \text{ V})

\text{ánodo (oxidación)}: \; \text{Al} \to \text{Al}^{3+} + 3e^- \qquad (-1{,}66 \text{ V})

E^\circ = 0{,}34 - (-1{,}66) = \mathbf{+2{,}00 \text{ V}} \;>\; 0

Es espontánea. La reacción global, ajustada a 6 electrones:

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

La cucharilla de aluminio se disuelve mientras sobre ella se deposita cobre metálico rojizo, y el azul del

\text{CuSO}_4

se va aclarando.

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

b) VERDADERA.

Comparamos el oxígeno con el par hierro:

\text{cátodo}: \; \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4e^- \to 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad (1{,}23 \text{ V})

\text{ánodo}: \; \text{Fe}^{2+} \to \text{Fe}^{3+} + 1e^- \qquad (0{,}77 \text{ V})

E^\circ = 1{,}23 - 0{,}77 = \mathbf{+0{,}46 \text{ V}} \;>\; 0

Es espontánea: el oxígeno atmosférico oxida el

\text{Fe}^{2+}

\text{Fe}^{3+}

4\,\text{Fe}^{2+} + \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ \longrightarrow 4\,\text{Fe}^{3+} + 2\,\text{H}_2\text{O}

Por eso las disoluciones de sales ferrosas se conservan mal: adquieren con el tiempo el tono amarillento del

\text{Fe}^{3+}

. En el laboratorio se estabilizan acidificándolas y añadiendo un poco de hierro metálico.

c) VERDADERA. Las dos partes de la afirmación se cumplen.

Con $\text{HCl}$ no reacciona. El agente oxidante del ácido clorhídrico es el

\text{H}^+

E^\circ = E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) - E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}00 - 0{,}34 = \mathbf{-0{,}34 \text{ V}} \;<\; 0

No es espontánea: el cobre está por debajo del hidrógeno en la serie electroquímica y no lo desplaza. Es la razón de que los metales "nobles" (Cu, Ag, Au, Pt) no se disuelvan en ácidos no oxidantes.

Con $\text{HNO}_3$ sí reacciona. Aquí el oxidante no es el protón, sino el ion nitrato:

E^\circ = E^\circ(\text{NO}_3^-/\text{NO}_2) - E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}80 - 0{,}34 = \mathbf{+0{,}46 \text{ V}} \;>\; 0

Sí es espontánea. La reacción, con nítrico concentrado, es:

\text{Cu} + 4\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + 2\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

El cobre se disuelve dando una disolución azul y desprendiendo humos pardos de

\text{NO}_2

. El ácido nítrico es un ácido oxidante: ataca por el nitrato, no por el protón.

Consejo

El apartado c) encierra una de las ideas más útiles de toda la electroquímica:

> Un ácido puede atacar un metal por su protón o por su anión.

El $\text{HCl}$ y el $\text{H}_2\text{SO}_4$ diluido solo disponen del $\text{H}^+$ ( $E^\circ = 0$ ), así que únicamente disuelven metales con potencial negativo (Zn, Fe, Al…). El $\text{HNO}_3$ y el $\text{H}_2\text{SO}_4$ concentrado son ácidos oxidantes: su anión tiene un potencial alto y ataca también a metales nobles como el cobre o la plata.

(Ni siquiera el nítrico disuelve el oro; para eso hace falta el agua regia, mezcla de $\text{HNO}_3$ y $\text{HCl}$ , donde los cloruros estabilizan el $\text{Au}^{3+}$ formando complejos.)

Y un consejo de método: ordena los potenciales de mayor a menor nada más leer los datos. Con esa lista delante, decidir la espontaneidad de cualquier pareja es inmediato.

Paso 1 de 3

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