Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2022 · Julio

a) Poder reductor

Ordenando los potenciales de reducción: $E^\circ(\text{Zn}^{2+}|\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V} < E^\circ(\text{Cu}^{2+}|\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V} < E^\circ(\text{Ag}^+|\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}$.

El par del cinc tiene el potencial más bajo: el $\text{Zn}^{2+}$ es el ion que menos tiende a reducirse y, por tanto, el Zn metálico es el que más tiende a oxidarse ($\text{Zn} \to \text{Zn}^{2+} + 2e^-$). El cinc es el reductor más fuerte de los tres (y la plata, el más débil).

b) Ánodo y cátodo

El electrodo de cinc, de menor potencial de reducción, es el que se oxida: es el ánodo (polo negativo). El de plata, de mayor potencial, es donde se produce la reducción: es el cátodo (polo positivo).$$\text{Ánodo (oxidación):}\quad \text{Zn(s)} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(ac)} + 2\,e^-$$$$\text{Cátodo (reducción):}\quad \text{Ag}^+\text{(ac)} + e^- \longrightarrow \text{Ag(s)}$$$$\text{Global:}\quad \text{Zn(s)} + 2\,\text{Ag}^+\text{(ac)} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(ac)} + 2\,\text{Ag(s)}$$Potencial estándar de la pila. Los potenciales de reducción no se multiplican por los coeficientes:$$E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}80\ \text{V} - (-0{,}76\ \text{V}) = 1{,}56\ \text{V}$$Es positivo, así que la reacción es espontánea y la pila funciona en ese sentido.

c) Masa de la lámina de cinc

En el ánodo, los átomos de cinc de la lámina se oxidan y pasan a la disolución como iones $\text{Zn}^{2+}$; los electrones viajan por el circuito exterior hasta el cátodo. La lámina se va gastando: su masa disminuye a medida que avanza la reacción. (Al mismo tiempo, en el cátodo se deposita plata y la lámina de Ag aumenta su masa.)