QuímicaFácil2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla y León · 2021 · Julio

Enunciado

Dados los potenciales normales de reducción:

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

;

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

.

a) (0,7 puntos) Razone cuál será la reacción espontánea que tendrá lugar en una pila formada por estos dos electrodos.

b) (0,7 puntos) Indique cuál se comportará como ánodo y cuál como cátodo, escriba las semirreacciones y la reacción global que tiene lugar.

c) (0,6 puntos) Calcule la f.e.m. estándar de la pila y escriba la notación de la pila.

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Resultado

a) $\text{Cu} + 2\,\text{Ag}^+ \to \text{Cu}^{2+} + 2\,\text{Ag}$ ( $E^\circ > 0$ , espontánea).
b) Ánodo: Cu, $\text{Cu} \to \text{Cu}^{2+} + 2e^-$ . Cátodo: Ag, $\text{Ag}^+ + e^- \to \text{Ag}$ .
c) $E^\circ = 0{,}46\ \text{V}$ ; $\text{Cu}\,|\,\text{Cu}^{2+}\,\|\,\text{Ag}^+\,|\,\text{Ag}$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, el par con mayor potencial de reducción se reduce (es el oxidante más fuerte) y el de menor potencial se oxida.

a) Comparamos los potenciales: el $\text{Ag}^+$ se reduce y el $\text{Cu}$ se oxida. Lo confirmamos con el signo de $E^\circ$ .
b) La oxidación ocurre en el ánodo y la reducción en el cátodo. Igualamos los electrones para sumar las semirreacciones.
c) $E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}$ , y la notación se escribe con el ánodo a la izquierda.

Desarrollo

a) Reacción espontánea

Cuanto mayor es el potencial de reducción, mayor es la tendencia de la forma oxidada a reducirse. Como

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V} > E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}

, el

\text{Ag}^+

es mejor oxidante que el

\text{Cu}^{2+}

: los iones plata se reducen a plata metálica y el cobre metálico se oxida a

\text{Cu}^{2+}

2\,\text{Ag}^+(aq) + \text{Cu}(s) \longrightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq)

Para esta reacción

E^\circ = 0{,}80 - 0{,}34 = +0{,}46\ \text{V} > 0

, así que

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

: es espontánea. La reacción inversa (Ag reduciendo al

\text{Cu}^{2+}

) tendría

E^\circ < 0

y no lo es.

b) Ánodo, cátodo y semirreacciones

Ánodo (polo negativo, oxidación): el electrodo de cobre.

\text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,e^-

Cátodo (polo positivo, reducción): el electrodo de plata.

\text{Ag}^+(aq) + e^- \longrightarrow \text{Ag}(s)\qquad (\times 2)

Multiplicando la reducción por 2 para que se intercambien los mismos electrones y sumando:

\text{Cu}(s) + 2\,\text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)

Los electrones van por el circuito exterior del cobre a la plata.

c) F.e.m. estándar y notación

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}80\ \text{V} - 0{,}34\ \text{V} = 0{,}46\ \text{V}

El potencial de la plata no se multiplica por 2: es una propiedad intensiva.

Notación (ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha, la doble barra es el puente salino):

\text{Cu}(s)\,|\,\text{Cu}^{2+}(aq,\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(aq,\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}(s)

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

Consejo

El error más caro es multiplicar el potencial de la plata por 2 al ajustar los electrones: los potenciales no dependen de los coeficientes, así que $E^\circ = 0{,}80 - 0{,}34 = 0{,}46$ V.

Para no liarte con ánodo y cátodo: «ánodo» y «oxidación» empiezan por vocal; «cátodo» y «reducción», por consonante. En la notación, el ánodo siempre va a la izquierda.