QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2022 · Julio

Enunciado

Bloque B · B5. La notación correspondiente a la pila Daniell es:

\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(ac,\,1\ \text{M})\;\|\;\text{Cu}^{2+}(ac,\,1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(s) \qquad E^\circ = 1{,}10 \text{ V}

a) Escriba la semirreacción que ocurre en el ánodo.

b) Sabiendo que el potencial estándar de reducción del electrodo

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

0{,}34

V, determine el potencial estándar de reducción del electrodo

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

.

c) Razone si al cambiar el electrodo de cinc por uno de plomo aumenta o disminuye el potencial de la pila.

Dato:

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{Zn}(s) \to \text{Zn}^{2+}(ac) + 2e^- \;(\text{oxidación})\;}

\boxed{\;\textbf{b) } E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = 0{,}34 - 1{,}10 = -0{,}76 \text{ V}\;}

\boxed{\;\textbf{c) disminuye: } 0{,}34 - (-0{,}13) = 0{,}47 \text{ V} < 1{,}10 \text{ V}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Lo primero es leer la notación de la pila, que sigue un convenio fijo:

\underbrace{\text{ánodo}}_{\text{izquierda, oxidación}} \;\|\; \underbrace{\text{cátodo}}_{\text{derecha, reducción}}

Es decir, aquí el cinc es el ánodo y el cobre el cátodo. Con eso, el apartado a) es inmediato y el b) se resuelve despejando de:

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

Desarrollo

a) Semirreacción anódica.

En el ánodo ocurre siempre la oxidación. Según la notación, el electrodo de la izquierda es el de cinc:

\boxed{\text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + 2e^-}

El cinc metálico se disuelve y el electrodo pierde masa; los electrones liberados recorren el circuito externo hasta el cátodo, donde:

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

La reacción global es:

\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(ac) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + \text{Cu}(s)

b) Potencial estándar del electrodo de cinc.

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

1{,}10 = 0{,}34 - E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn})

E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = 0{,}34 - 1{,}10

\boxed{E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76 \text{ V}}

El signo negativo indica que el

\text{Zn}^{2+}

es peor oxidante que el

\text{H}^+

(el electrodo de referencia), o equivalentemente, que el cinc metálico es un buen reductor.

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

c) Con plomo, el potencial de la pila DISMINUYE.

Sustituyendo el ánodo de cinc por uno de plomo, el cátodo sigue siendo el de cobre:

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) - E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = 0{,}34 - (-0{,}13)

\boxed{E^\circ_{\text{pila}} = +0{,}47 \text{ V} \;<\; 1{,}10 \text{ V}}

El potencial baja en

0{,}63

V. La razón es que el plomo tiene un potencial de reducción mayor (menos negativo) que el cinc:

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13 \;>\; E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76 \text{ V}

Un potencial de reducción mayor significa menor poder reductor: el plomo cede electrones con menos facilidad que el cinc, así que la diferencia de potencial con el cobre se reduce.

Dicho de otro modo: cuanto más separados estén los dos electrodos en la serie de potenciales, mayor es la fem de la pila.

Consejo

La notación de la pila contiene toda la información y hay que saber leerla: $\text{ánodo}\,|\,\text{disolución} \;\|\; \text{disolución}\,|\,\text{cátodo}$ La barra simple $|$ marca una interfase electrodo-disolución; la doble $\|$ , el puente salino. La oxidación siempre a la izquierda. Con ese convenio, el apartado a) se responde sin calcular nada.

Y en c), no basta con el número: explica por qué. El plomo es peor reductor que el cinc (su $E^\circ$ es menos negativo), así que la diferencia con el cobre se estrecha y la fem cae.

Por cierto, la pila Daniell (1836) daba una corriente mucho más estable que la pila de Volta y alimentó los telégrafos durante décadas.

Paso 1 de 3

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Sigue practicando

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