QuímicaFácilCuestión · 3 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2021 · Junio

Enunciado

Sabiendo que los potenciales de reducción del cobre y de la plata en condiciones estándar son

E^\circ(\text{Cu}^+/\text{Cu}) = +0{,}52\ \text{V}

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}8\ \text{V}

:

a) (1,0 p) Indique razonadamente cuál sería el ánodo y cuál el cátodo. Calcule el potencial estándar de la pila que podría formarse con ellos.

b) (1,0 p) Escriba las reacciones que tendrían lugar en el ánodo y en el cátodo, así como la reacción global de la pila.

c) (1,0 p) Escriba la notación de la pila.

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Resultado

a) Cátodo: plata; ánodo: cobre.

\boxed{E^\circ_{\text{pila}} = +0{,}28\ \text{V}}

b) Ánodo: $\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^+ + e^-$ ; cátodo: $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ ; global: $\text{Cu} + \text{Ag}^+ \rightarrow \text{Cu}^+ + \text{Ag}$ .
c) $\text{Cu}\,|\,\text{Cu}^+(1\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}$

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Estrategia

En una pila, el electrodo con el potencial de reducción mayor es el que se reduce (cátodo) y el de potencial menor se oxida (ánodo). Aquí la plata (

+0{,}80\ \text{V}

) tiene más tendencia a reducirse que el cobre (

+0{,}52\ \text{V}

), así que los

\text{Ag}^+

se reducen a plata y el cobre metálico se oxida a

\text{Cu}^+

.

La fuerza electromotriz es

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

, que debe salir positiva para una pila que funciona espontáneamente.

Desarrollo

a) Ánodo, cátodo y potencial de la pila.

Cuanto más positivo es el potencial estándar de reducción, mayor tendencia tiene la especie oxidada a captar electrones. Como

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V} > E^\circ(\text{Cu}^+/\text{Cu}) = +0{,}52\ \text{V}

el cátodo (donde ocurre la reducción, polo positivo) es el electrodo de plata;
el ánodo (donde ocurre la oxidación, polo negativo) es el electrodo de cobre.

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}80 - 0{,}52 = +0{,}28\ \text{V}

Al ser positivo,

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

: la reacción de la pila es espontánea.

b) Reacciones de electrodo y reacción global.

Ánodo (oxidación): $\quad \text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^+(aq) + e^-$
Cátodo (reducción): $\quad \text{Ag}^+(aq) + e^- \longrightarrow \text{Ag}(s)$

Ambas intercambian un electrón, así que se suman directamente:

\text{Cu}(s) + \text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Cu}^+(aq) + \text{Ag}(s) \qquad E^\circ = +0{,}28\ \text{V}

Los electrones circulan por el circuito externo del cobre (ánodo) a la plata (cátodo).

c) Notación de la pila.

Se escribe el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha; una barra simple separa fases y la doble barra representa el puente salino:

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

Consejo

El potencial no se multiplica por los coeficientes: aunque ajustaras una reacción con 2 electrones, $E^\circ$ seguiría siendo 0,28 V. Y recuerda que el «razonadamente» de a) pide decir por qué: el de mayor potencial de reducción se reduce y es el cátodo.

En la notación, el ánodo siempre a la izquierda («la oxidación va primero»). Invertirla es un error que se penaliza aunque el resto esté bien.

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