QuímicaFácil2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Extremadura · 2021 · Junio

Enunciado

Se construye una pila galvánica, en condiciones estándar, mediante un electrodo de plata sumergido en una disolución de nitrato de plata (1 M), y un electrodo de cobre sumergido en una disolución de nitrato de cobre (II) (1 M).

a) (1 punto) Escribir las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando ánodo, cátodo y notación (esquema) de la pila formada.

b) (0,50 puntos) Calcular la f.e.m. estándar de la pila formada, indicando el sentido de circulación de los electrones.

c) (0,50 puntos) Explicar la función del puente salino. Indicar qué sustancias se pueden utilizar para construirlo.

Datos:

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

;

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

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) Ánodo (−), Cu: $\text{Cu} \to \text{Cu}^{2+} + 2e^-$ ; cátodo (+), Ag: $\text{Ag}^+ + e^- \to \text{Ag}$ . Pila: $\text{Cu}\,|\,\text{Cu}^{2+}(1\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}$ .
b) $E^\circ = 0{,}46\ \text{V}$ ; los electrones van del cobre a la plata por el hilo.
c) Cierra el circuito y mantiene la neutralidad; por ejemplo, $\text{KNO}_3$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, el par con mayor potencial de reducción se reduce (cátodo, polo positivo) y el de menor potencial se oxida (ánodo, polo negativo). Aquí el par

\text{Ag}^+/\text{Ag}

(

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

) supera al

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}

(

+0{,}34\ \text{V}

): la plata es el cátodo y el cobre el ánodo. La f.e.m. es

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

y los electrones van por el circuito exterior del ánodo al cátodo.

Desarrollo

a) Semirreacciones, electrodos y notación

Oxidación, en el ánodo (electrodo de cobre, polo negativo):

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

Reducción, en el cátodo (electrodo de plata, polo positivo):

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

Multiplicando la reducción por 2 para igualar los electrones, la reacción global de la pila es:

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

Notación de la pila (ánodo a la izquierda, puente salino en el centro con la doble barra, cátodo a la derecha):

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

b) F.e.m. estándar y sentido de los electrones

E^\circ_\text{pila} = E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo} = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}80 - 0{,}34 = 0{,}46\ \text{V}

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

E^\circ > 0

, la reacción es espontánea, como corresponde a una pila.

Los electrones salen del ánodo, donde los libera el cobre al oxidarse, y circulan por el circuito exterior del electrodo de cobre al de plata, donde los toman los iones

\text{Ag}^+

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

c) Puente salino

Es un tubo en U lleno de una disolución concentrada (o un gel) de un electrolito inerte que une las dos semiceldas. Sus funciones:

Cierra el circuito eléctrico: por él circulan iones entre las dos disoluciones, lo que permite el paso de la corriente sin que se mezclen las disoluciones.
Mantiene la neutralidad eléctrica de cada semicelda: en el ánodo se forman $\text{Cu}^{2+}$ (exceso de carga positiva) y hacia ella migran los aniones del puente; en el cátodo desaparecen $\text{Ag}^+$ (exceso de carga negativa) y hacia ella migran los cationes del puente. Sin él, la acumulación de carga frenaría la reacción y la pila dejaría de funcionar enseguida.

Se construye con sales solubles cuyos iones no reaccionan con los electrodos ni con las disoluciones, como el nitrato de potasio (

\text{KNO}_3

), el nitrato de amonio (

\text{NH}_4\text{NO}_3

) o el nitrato de sodio (

\text{NaNO}_3

). En esta pila conviene evitar el KCl, muy usado en otras: sus iones

\text{Cl}^-

precipitarían

\text{AgCl}

al llegar a la disolución de plata.

Consejo

Al calcular la f.e.m., no multipliques el potencial de la plata por 2 aunque la semirreacción vaya por 2: los potenciales no dependen de la cantidad. Y usa siempre potenciales de reducción en $E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo}$ , sin cambiarles el signo antes.

Truco para la notación: «oxidación a la izquierda», el ánodo, y la doble barra $\|$ es el puente salino. Si te sale una f.e.m. negativa, has puesto los electrodos al revés.