QuímicaFácilCuestión · 3 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2022 · Julio

Enunciado

Sabiendo que los potenciales de reducción del hierro y del cobalto en condiciones estándar son

E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}

E^\circ(\text{Co}^{2+}/\text{Co}) = -0{,}28\ \text{V}

:

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

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

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

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Resultado

\boxed{E^\circ = +0{,}16\ \text{V};\ \text{ánodo: Fe};\ \text{cátodo: Co}}

\boxed{\text{Fe} + \text{Co}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{Co}}

\boxed{\text{Fe}\,|\,\text{Fe}^{2+}(1\ \text{M})\,||\,\text{Co}^{2+}(1\ \text{M})\,|\,\text{Co}}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, el par con el potencial de reducción más alto se reduce (cátodo) y el de potencial más bajo se oxida (ánodo). Aunque los dos potenciales son negativos,

-0{,}28\ \text{V}

es mayor que

-0{,}44\ \text{V}

: el

\text{Co}^{2+}

tiene más tendencia a reducirse que el

\text{Fe}^{2+}

. Así queda la pila con

E^\circ > 0

, que es lo que hace falta para que funcione de forma espontánea.

Desarrollo

a) Como

E^\circ(\text{Co}^{2+}/\text{Co}) = -0{,}28\ \text{V} > E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}

Cátodo (reducción): el electrodo de cobalto.
Ánodo (oxidación): el electrodo de hierro.

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = -0{,}28 - (-0{,}44) = +0{,}16\ \text{V}

El potencial sale positivo, así que

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

y la reacción de la pila es espontánea. Con el reparto contrario saldría

-0{,}16\ \text{V}

: no sería una pila.

b) Reacciones de cada electrodo:

\text{Ánodo (oxidación):}\quad \text{Fe}(s) \longrightarrow \text{Fe}^{2+}(ac) + 2\,\text{e}^-

\text{Cátodo (reducción):}\quad \text{Co}^{2+}(ac) + 2\,\text{e}^- \longrightarrow \text{Co}(s)

Como intercambian los mismos electrones, se suman directamente:

\text{Reacción global:}\quad \text{Fe}(s) + \text{Co}^{2+}(ac) \longrightarrow \text{Fe}^{2+}(ac) + \text{Co}(s) \qquad E^\circ = +0{,}16\ \text{V}

c) La notación se escribe con el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha; una barra separa fases y la doble barra es el puente salino:

\text{Fe}(s)\,|\,\text{Fe}^{2+}(ac,\ 1\ \text{M})\,||\,\text{Co}^{2+}(ac,\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Co}(s)

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

Consejo

Con potenciales negativos es fácil equivocarse: el mayor es el menos negativo ( $-0{,}28 > -0{,}44$ ). Si te sale un $E^\circ$ negativo, has cambiado ánodo y cátodo.

Recuerda: «ánodo, oxidación» (las dos empiezan por vocal) y «cátodo, reducción» (consonantes), y en la notación el ánodo va siempre a la izquierda.

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