QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Comunidad de Madrid · 2022 · Junio

Enunciado

Responda las siguientes cuestiones:

a) (1 punto) Dibuje el esquema de una pila utilizando como electrodos una barra de cadmio y otra de plata. Identifique todos los elementos que la forman, e indique el sentido del movimiento de los electrones.

b) (1 punto) Escriba las reacciones que tienen lugar en el cátodo y en el ánodo, y calcule el potencial de la pila.

Datos:

E^0

(V):

\text{Cd}^{2+}/\text{Cd} = -0{,}40

;

\text{Ag}^+/\text{Ag} = 0{,}80

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Resultado

a) Ánodo (−): Cd en $\text{Cd}^{2+}$ ; cátodo (+): Ag en $\text{Ag}^+$ ; puente salino y voltímetro. Electrones de Cd a Ag por el hilo exterior. $\text{Cd}\,|\,\text{Cd}^{2+}\,\|\,\text{Ag}^+\,|\,\text{Ag}$
b) Ánodo: $\text{Cd} \rightarrow \text{Cd}^{2+} + 2e^-$ ; cátodo: $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ ; $E^0 = 1{,}20\ \text{V}$

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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 la plata (

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

) se reduce y el cadmio (

-0{,}40\ \text{V}

) se oxida. Los electrones salen del ánodo y van al cátodo por el circuito exterior. El potencial estándar es

E^0 = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}}

, sin multiplicar los potenciales por ningún coeficiente.

Desarrollo

¿Quién es cada electrodo?

Comparamos los potenciales estándar de reducción:

E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V} > E^0(\text{Cd}^{2+}/\text{Cd}) = -0{,}40\ \text{V}

. El

\text{Ag}^+

tiene más tendencia a reducirse, así que:

Cátodo (+): la barra de plata, donde se reduce el $\text{Ag}^+$ .
Ánodo (−): la barra de cadmio, que se oxida y se disuelve.

a) Esquema de la pila y sus elementos.

La pila consta de:

Semicelda del ánodo: una barra de cadmio sumergida en una disolución de una sal de $\text{Cd}^{2+}$ (por ejemplo, $\text{Cd(NO}_3)_2$ $1\ \text{M}$ ).
Semicelda del cátodo: una barra de plata sumergida en una disolución de una sal de $\text{Ag}^+$ (por ejemplo, $\text{AgNO}_3$ $1\ \text{M}$ ).
Puente salino: un tubo en U con una disolución de un electrolito inerte (por ejemplo, $\text{KNO}_3$ ; con KCl precipitaría AgCl en la semicelda de la plata). Cierra el circuito y mantiene la neutralidad eléctrica de las disoluciones: sus aniones migran hacia el ánodo, donde se generan $\text{Cd}^{2+}$ , y sus cationes hacia el cátodo, donde se consume $\text{Ag}^+$ .
Circuito exterior: un hilo conductor que une las dos barras, con un voltímetro para medir la fuerza electromotriz.

Sentido de los electrones: salen del ánodo de cadmio y viajan por el hilo exterior hasta el cátodo de plata (de Cd a Ag). Por el puente salino no pasan electrones, sino iones.

En notación abreviada (ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha,

\|

= puente salino):

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

La simulación dibuja este montaje con sus electrodos, el puente salino y el movimiento de electrones e iones:

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

b) Reacciones en los electrodos y potencial de la pila.

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

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

Para igualar los electrones, la del cátodo se multiplica por 2. La reacción global es:

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

Potencial estándar de la pila:

E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = 0{,}80 - (-0{,}40) = 1{,}20\ \text{V}

El potencial no se multiplica por 2: es una propiedad intensiva, que no depende de cuántos electrones se intercambien. Al ser positivo, la reacción es espontánea, como corresponde a una pila.

Consejo

En el esquema hay que rotular todo: ánodo y cátodo con su signo, las dos disoluciones, el puente salino y la flecha de los electrones (de ánodo a cátodo por el hilo). Un dibujo sin rótulos pierde casi todo el punto.

Al calcular $E^0$ , no multipliques el potencial de la plata por 2 aunque ajustes su semirreacción por 2: los potenciales no dependen de los coeficientes.

Paso 1 de 3

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