QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · País Vasco 2022 · Julio

Enunciado

Se quiere construir una pila Daniell.

a) Indicar los materiales y reactivos que serán necesarios. (0,5 puntos)

b) Realizar un esquema o dibujo de la pila señalando el ánodo y el cátodo. (0,5 puntos)

c) Explicar para qué sirve el puente salino. (0,5 puntos)

d) Escribir la notación de la pila Daniell. (0,5 puntos)

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Resultado

a) Dos vasos, láminas de Zn y Cu, disoluciones de

\text{ZnSO}_4

\text{CuSO}_4

, puente salino (KCl o

\text{KNO}_3

), cables y voltímetro.

b) Ánodo (−): Zn, se oxida. Cátodo (+): Cu, se reduce el

\text{Cu}^{2+}

. Electrones del Zn al Cu por el cable.

c) Cierra el circuito y mantiene neutras las disoluciones sin que se mezclen.

d)

\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(aq)\,\|\,\text{Cu}^{2+}(aq)\,|\,\text{Cu}(s)

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

La pila Daniell es la pila de cinc y cobre: una lámina de Zn en una disolución de

\text{Zn}^{2+}

y una de Cu en una disolución de

\text{Cu}^{2+}

, unidas por un hilo conductor y por un puente salino. El cinc, más reductor, se oxida; el cobre(II) se reduce. Con eso se sabe cuál es el ánodo (donde hay oxidación) y cuál el cátodo (reducción), hacia dónde van los electrones y cómo se escribe la notación: ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha.

Desarrollo

a) Materiales y reactivos

Dos vasos de precipitados (por ejemplo, de 250 mL).
Un electrodo (lámina) de cinc y otro de cobre, limpios.
Disolución de sulfato de cinc, $\text{ZnSO}_4$ (por ejemplo, 1 M).
Disolución de sulfato de cobre(II), $\text{CuSO}_4$ (por ejemplo, 1 M).
Un puente salino: un tubo en U lleno de una disolución saturada de una sal inerte (KCl, $\text{KNO}_3$ o $\text{Na}_2\text{SO}_4$ ), tapado con algodón o en un gel; o, en su lugar, un tabique poroso.
Cables de conexión con pinzas y un voltímetro (o una bombilla o un LED) para cerrar el circuito y medir la fuerza electromotriz.

b) Esquema de la pila

Se dibujan los dos vasos uno junto al otro:

A la izquierda, la lámina de Zn sumergida en la disolución de $\text{ZnSO}_4$ : es el ánodo (polo negativo), donde ocurre la oxidación:

\text{Zn}(s) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,\text{e}^-

A la derecha, la lámina de Cu sumergida en la disolución de $\text{CuSO}_4$ : es el cátodo (polo positivo), donde ocurre la reducción:

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

Por arriba, un cable une las dos láminas pasando por el voltímetro; una flecha sobre el cable indica que los electrones van del Zn al Cu por el circuito exterior.
El puente salino (tubo en U invertido) une las dos disoluciones; en él se dibujan los aniones moviéndose hacia el vaso del cinc y los cationes hacia el del cobre.

Reacción global:

\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)

. Con el tiempo, la lámina de cinc se desgasta, sobre la de cobre se deposita cobre y la disolución azul de

\text{Cu}^{2+}

se aclara.

c) Función del puente salino

Cierra el circuito eléctrico por el interior de la pila: permite el paso de corriente (por movimiento de iones) entre las dos semiceldas sin que las disoluciones se mezclen.
Mantiene la neutralidad eléctrica de cada disolución. En el ánodo se forman iones $\text{Zn}^{2+}$ (exceso de carga positiva) y en el cátodo desaparecen $\text{Cu}^{2+}$ (queda exceso de carga negativa, los $\text{SO}_4^{2-}$ ). Los aniones del puente (por ejemplo, $\text{Cl}^-$ ) migran hacia el ánodo y los cationes ( $\text{K}^+$ ) hacia el cátodo y compensan esas cargas. Sin el puente, la carga acumulada frenaría enseguida la reacción y la pila dejaría de funcionar.
Evita que se mezclen las disoluciones: si los $\text{Cu}^{2+}$ llegaran a la lámina de cinc, reaccionarían directamente con ella sin producir corriente por el circuito exterior.

d) Notación de la pila

Se escribe el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha; una barra separa fases y la doble barra representa el puente salino:

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

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

Consejo

En el esquema no basta con dibujar dos vasos: señala ánodo y cátodo, su signo, la semirreacción de cada uno y el sentido de los electrones por el cable. Un truco para no confundirse: ánodo y oxidación empiezan por vocal; cátodo y reducción, por consonante.

Paso 1 de 3

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