QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Andalucía · 2023 · Junio

Enunciado

Bloque B · B5. Dados los siguientes potenciales de reducción:

E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) = 0\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}34\ \text{V}

;

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

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

.

a) Explique, escribiendo las reacciones correspondientes, qué metal o metales producen desprendimiento de hidrógeno al ser tratados con un ácido.

b) Escriba las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo de la pila formada por los electrodos de

\text{Zn}

\text{Pb}

.

c) Escriba la notación de la pila formada por los electrodos del apartado b) y calcule su potencial.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Zn y Pb } (E^\circ < 0);\ \text{el Cu no}\;}

\boxed{\;\textbf{b) Ánodo: Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-;\ \text{Cátodo: Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{Zn}|\text{Zn}^{2+}\|\text{Pb}^{2+}|\text{Pb};\qquad E^\circ = +0{,}63\ \text{V}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Con una tabla de potenciales, la regla es siempre la misma: se reduce el par de mayor $E^\circ$ y se oxida el de menor, y el proceso es espontáneo si

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} > 0

En a), el par de referencia es el

\text{H}^+/\text{H}_2

, con

E^\circ = 0

: un metal desprende hidrógeno con un ácido si su potencial es negativo, es decir, si está por debajo del hidrógeno en la serie.

Ordena los cuatro pares antes de contestar y los tres apartados salen leyendo la lista:

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}\ (+0{,}34) \;>\; \text{H}^+/\text{H}_2\ (0) \;>\; \text{Pb}^{2+}/\text{Pb}\ (-0{,}13) \;>\; \text{Zn}^{2+}/\text{Zn}\ (-0{,}76)

Desarrollo

a) Desprenden hidrógeno el cinc y el plomo.

Para que un metal reduzca los

\text{H}^+

del ácido a

\text{H}_2

, el potencial de la pila resultante debe ser positivo:

E^\circ = E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) - E^\circ(\text{M}^{n+}/\text{M}) = -E^\circ(\text{M}^{n+}/\text{M}) > 0 \;\Longleftrightarrow\; E^\circ(\text{M}^{n+}/\text{M}) < 0

Cinc (

E^\circ = 0 - (-0{,}76) = +0{,}76\ \text{V} > 0

): sí.

\text{Zn}(s) + 2\,\text{H}^+(ac) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + \text{H}_2(g)

Plomo (

E^\circ = 0 - (-0{,}13) = +0{,}13\ \text{V} > 0

): sí, aunque con mucha menos fuerza impulsora.

\text{Pb}(s) + 2\,\text{H}^+(ac) \longrightarrow \text{Pb}^{2+}(ac) + \text{H}_2(g)

Cobre (

E^\circ = 0 - 0{,}34 = -0{,}34\ \text{V} < 0

): no. El cobre no se disuelve en ácidos no oxidantes como el

\text{HCl}

; solo lo hace en ácidos oxidantes como el nítrico, donde quien se reduce es el nitrato y no el hidrógeno.

b) Pila $\text{Zn}$ / $\text{Pb}$ .

Se reduce el par de mayor potencial, que es el del plomo (

-0{,}13 > -0{,}76

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

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

\text{Global:}\quad \text{Zn}(s) + \text{Pb}^{2+}(ac) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + \text{Pb}(s)

c) Notación y potencial.

Por convenio, el ánodo va a la izquierda y el cátodo a la derecha:

\text{Zn}(s)\;|\;\text{Zn}^{2+}(ac)\;\|\;\text{Pb}^{2+}(ac)\;|\;\text{Pb}(s)

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = -0{,}13 - (-0{,}76) = \mathbf{+0{,}63\ V}

Positivo, luego la pila funciona espontáneamente (

\Delta G^\circ = -2\cdot 96500\cdot 0{,}63 = -122\ \text{kJ}

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

Consejo

En a), el criterio es comparar con el cero del hidrógeno, no con cualquier otro par. Un metal con $E^\circ < 0$ desplaza al hidrógeno de un ácido; uno con $E^\circ > 0$ , no. Y no olvides escribir las reacciones, que el enunciado las pide expresamente.

En b), con dos potenciales negativos es fácil equivocarse: el "mayor" es el menos negativo ( $-0{,}13 > -0{,}76$ ), así que el plomo es el cátodo.

En c), cuidado con la resta de negativos: $-0{,}13 - (-0{,}76) = +0{,}63$ . Si te sale negativo, has invertido ánodo y cátodo.

Paso 1 de 3

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Sigue practicando

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